盾构弃壳接收施工技术

冉隆波

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京100068）

1 北京地铁昌平线南延工程概况

北京地铁昌平线南延学清路站—六道口站区间下穿既有地铁15号线六道口站段主体结构，主要穿越土层为：粉质黏土④层、细中砂④2层，卵石⑤层、粉质黏土⑥层、细中砂⑥1层等，其盾构区间与既有线、新建车站位置关系见图1。

图1 盾构区间与既有线、新建车站位置关系图

区间管片采用C50 P12的钢筋混凝土管片，管片外径6 000 mm、内径5 400 mm、厚300 mm、宽1 200 mm。管片之间采用弯螺栓连接，其中纵缝采用12根M24螺栓，环缝采用16根M24螺栓，管片采用错缝拼装。本区间盾构穿越既有地铁15号线段后即处于区间接收施工，且区间盾构贯通时六道口车站尚不具备接收条件，为此考虑安全及满足通车目标要求，盾构机需在隧道内弃壳接收（除盾壳及刀盘外，其余部件均拆除沿原路返回吊出）。待车站具备接收条件后，从车站方向破除洞门，拆除刀盘辐条保留刀盘圆周结构与盾壳焊接。最后施作剩余段二衬结构及洞门环梁与车站结构接驳。

2 盾构弃壳接收主要技术要点

2.1 盾构接收端头加固

图2为接收端头加固剖面图。本区间盾构穿越既有15号线段后即处于区间接收段施工，为了确保盾构到达安全，即在盾构穿越15号线之前需完成接收端端头加固。由于接收端处于交通繁忙的学清路与清华东路交叉路口，地面不具备加固条件，因此采用洞内深孔注浆方式加固；且为了避免与车站结构施工的交叉影响，在车站上层导洞内施作。加固土体无侧限抗压强度应不小于0.5 MPa，加固体渗透系数应不大于10-6cm/s。区间接收端左、右线加固平面范围均为10 m×12 m，加固范围平面位置为隧道结构线外侧3 m，断面位置为隧道结构线外侧3 m。

图2 接收端头加固剖面图

深孔注浆采用双液浆：水泥采用P·O 42.5，水玻璃采用40Be，水泥浆液质量配比为1∶1，水泥浆和水玻璃体积比例为1∶1；注浆压力控制在0.5～0.8 MPa；注浆流量控制在10～30 L/min；根据地层特性，单孔注浆量控制在0.45～0.52 m3。

2.2 切边桩护壁0.2 m范围内的盾构掘进

当刀盘中心刀尖碰到边桩时盾构掘进速度降为5～10 mm/min，土仓压力降为150～160 kPa。掘进推力应尽量控制在10 000 kN以内，各组油缸推力差值不宜过大；刀盘转速在0.9～1.0 r/min左右，并及时对脱出盾尾的管片施作二次注浆以形成止水环箍。盾构刀盘在顶桩后，应及时采取以下措施进行处理。

1）盾尾处理措施：盾构机到达六道口站停机后，加大尾刷处的油脂注入量，正常60 kg/环，考虑在此位置停机时间过长，预防盾尾渗漏水，所以注入量调整到100 kg/环。

2）盾尾与管片间隙处理措施：根据两台盾构机的配置，盾尾间隙上下左右用均为75 mm可用弧形钢板条（长1 500 mm×宽100 mm×厚20 mm）与盾体焊接，按照角度300设置，共12个点位。

3）盾尾与管片固定处理措施：用7字板将管片与盾尾固定，防止千斤顶顶力释放后，管片环间缝隙增大，引起环纵缝漏水。按照角度300设置，共12处，并对后五环管片二次补浆填充。

4）刀盘前方注浆措施：每台盾构机前盾配置12个超前注浆管，盾构机到达指定位置后对围护桩前方土体进行再次加固，预防桩间土脱落，前盾体周围前方土体更均匀地加固。注浆浆液采用双液浆，水灰比为1.1∶1～1.5∶1，水泥采用P·O 42.5，水玻璃为波美度不低于40的原液稀释液。注浆过程中可根据实际地层调整配合比，浆液应随搅随用，并在初凝前用完。

5）盾体周围的注浆处理措施：盾壳膨润土孔12个，前盾6个，中盾前部6个。可以通过改造将这12个孔变成注浆孔。对盾体周围进行注浆加固，加强盾体四周密实度。盾尾处可用盾尾注浆孔进行补浆。注浆浆液采用双液浆，水泥采用P·O 42.5，水玻璃为波美度不低于40的原液稀释液，配合比为1∶1；水泥和水比为1∶1，水玻璃与水采用1∶3～1∶4的比例进行稀释。初凝时间控制在20 s左右。浆液应随搅随用，并在初凝前用完。

2.3 管片拉紧

盾构解体之前，先要拉紧靠近盾壳处的10环安装纵向联系装置，防止管片松弛。整个断面按照设计要求设置联系条，联系条通过管片的壁后注浆孔与管片连接。端墙后浇盾构环梁达到设计强度后方可拆除管片拉结。联系条采用槽钢和特殊螺栓加工而成，联系条长11.2 m，每个联系条上打有5个直径40 mm的螺栓孔。

2.4 主机拆除

接收端管片采用联系条拉紧后，注浆填充盾尾空隙及盾构土仓，拆除除刀盘及盾壳外的其余盾构机设备，沿原路返回，然后从学清路站盾构始发井吊出。

2.5 洞门小导管注浆

凿除前，在端墙围护结构沿着盾构机刀盘上半部打设超前小导管并注浆。小导管管长3 m，前端做成尖锥形，尾部焊接直径为8 mm钢筋加劲箍，管壁上每隔10～20 cm梅花型钻眼，眼孔直径为6～8 mm，尾部长度不小于30 cm作为不钻孔的止浆段。注浆压力0.3～0.5 MPa、最终压力0.5 MPa、液扩散半径0.5 m、注浆速率≤30 L/min。

2.6 洞门凿除

1）待接收端底板结构施工完毕后凿除洞门，凿除前需在端墙围护结构沿着盾构机刀盘上半部打设超前小导管并注浆。在洞门凿除前打探孔观察渗漏水情况，确保无水情况下开始凿除洞门，凿除采用风镐作业，边凿除边对凿除部分进行网喷支护。

2）在破除围护结构前需端头加固区域进行探孔试验以检查水量特性，确保洞门凿除期间的工程安全，同时要严格控制渗漏水量，以免造成周边地表沉降。

3）端头加固施工应注意避开降水井，避免破坏降水井，并保留车站北端降水井，盾构接收期间维持承压水层降水施工，并随时量测水位情况，确保水位在隧道底部1m以下，以降低盾构接收风险。

2.7 刀盘拆除

盾构刀盘宽度为650 mm，拆除部位共计8根辐条+1组内圆周。保留外圆周钢圈，刀盘与前盾有5 cm间隙，采用Q235厚度为20 mm的矩形钢板在刀盘内弧面焊接。

1）刀盘切割前的状态确认：进行刀盘切割前，需完成主机盾壳范围内的二衬混凝土结构（距离刀盘背面1 000 mm），二衬与刀盘背面之间用分布均匀的16根300 mm×300 mm H型钢连接，给予刀盘一定的支撑。同时在六道口站具备人工破除围护桩后，方可进行刀盘切割。

2）刀盘总重35 t，共分13块割除，扭腿及安装法兰1块。刀盘面板每块重量约3～5 t，扭腿及法兰重量约6～7 t。

3）焊缝标记为刀盘预留坡口焊接。

4）首先在土仓上部对称焊接2个10 t的吊耳作为吊点，切除扭腿及安装法兰板。

5）自上而下在刀盘12点钟位置开始刀盘面板切割作业，每切割完1块，在刀盘外周骨架上用厚度为20 mm的钢板与对面刀盘进行焊接，封闭外部土体。

6）采用10 t叉车将切割下来的刀盘碎片从六道口站4号竖井提升运出。

2.8 盾壳承载力验算

为确认盾壳是否满足周边水土压力要求，采用Midas Civil有限元分析软件进行计算，盾构机外壳物理参数采用GB 50017-2017钢结构设计规范中的规定值，钢材杨氏模量为206 GPa，抗压强度为205 MPa，模型取1 m宽图条构建二维有限元模型，外壳截面为1.0 m×0.035 m（0.035 m为盾壳最薄处）。盾壳承载力验算结果如下：一是承载力方面，最不利截面为盾壳3点钟和9点钟位置，其安全系数为1.5，构件整体的强度满足要求；二是构件发生的最大变形值为2mm，该构件满足承载力和正常使用极限状态要求[1-2]。

3 结束语

为有效改善城市交通，全国各大城市都在发展地铁建设，而盾构机在其中扮演的角色越来越重要，采用盾构施工的领域也越来越大，遇到的施工地质条件和周边环境也更加复杂而且多样化。在隧道接收端不具备足够空间尺寸的情况下，盾构机无法正常整机拆解、吊出，这时必须在洞内完成弃壳接收，盾构弃壳接收施工技术必将得到更加广泛的应用。