富水软土地层盾构出洞接收关键技术

霍泽先，李胜东，李 硕，崔广振，郑红艳

（中国建筑第六工程局有限公司，天津 300451）

土压平衡盾构施工由于施工速度快、对周边环境影响小等优点而被广泛应用于隧道建设中。天津市滨海新区大多为淤泥质软土，强度低、含水量大、灵敏度高、受扰动变形大，对盾构接收不利；而针对该地质盾构接收可参考依据相对较少，如何保证盾构安全到达成为关注的重点。鉴于此，本文以天津市滨海新区轨道交通B1线欣嘉园站—欣嘉园北站区间右线盾构施工为例，对富水软土地层下盾构接收技术进行探讨。

1 工程概况

欣嘉园北站为双向始发站,区间长度1 276.580 m，设置2座联络通道，其中一座兼做废水泵房。盾构隧道衬砌为钢筋混凝土管片，采用3+2+1模式组合，错缝拼装，管片宽1 500 mm、厚350 mm，衬砌外径6 600 mm、内径5 900 mm，设计强度C50，抗渗等级≥S10。右线区间总计管片851环，纵断面为V形坡，最大坡度为-24‰，曲线最小半径为415 m。

区间隧道沿线主要通过⑥2-4淤泥质粉质黏土、⑥3含黏性土粉砂、⑥4粉质黏土、⑦粉质黏土、⑧1粉质黏土、⑧2粉砂。隧道顶部覆土厚度8.4 m，底部距第一承压水层约4.7 m，到达段地层稳定性较差，极易发生地面下沉、坍塌等事故[1]。

2 盾构接收条件

盾构接收水平出洞无坡，接收端为缓和曲线，半径为4 076 m（接近直线）。右线盾构接收主要包括端头井加固、洞门探水、洞门凿除、应急降水井施工、洞门密封、盾构机上托架、洞门封堵等。见图1。

图1 盾构接收流程

1）端头井加固。确保接收端地层土体的稳定是保证盾构顺利接收的关键，接收端头处于⑥2-4淤泥质粉质黏土、⑥3含黏性土粉砂地层中，地层分布较为连续。为确保端头安全可靠[2]，端头井加固采用ϕ850 mm＠600 mm搅拌桩+ϕ800 mm＠600 mm高压旋喷桩，加固范围为盾构区间上下左右各3 m，加固长度13 m。现场取芯检测，检桩数量不少于成桩数量的0.5%[3]，结果显示：加固区土体28 d无侧限抗压强度＞1.0 MPa，渗透系数＜10-7cm/s，符合设计要求，满足盾构接收需求。

2）洞门临时密封。为防止盾构接收时背衬注浆砂浆外泄[4]，设置洞门密封装置，主要由折页翻板、帘布橡胶板、螺栓及拉筋钢丝绳组成。见图2。

图2 接收端临时密封装置

临时密封装置安装前检查所用材料的完整性，安装后检查装置的密封效果，盾构机在脱出洞门位置与密封装置进行紧固，防止隧道内的水土涌入接收井内。

3）洞门探水。在盾构接收前，完成洞门探水的系列工作，米字形布置11个探孔，其中水平探孔9个（孔径50 mm、孔深4.5 m），斜向外探孔2个（孔径50 mm、孔深2.5 m）。见图3。

图3 接收端洞门探孔布置

先施作临时探孔，一般情况下选择洞门下部，以此来检查端头土体的加固情况，根据临时探孔渗漏水情况判断是否对其进行垂直注浆加固。洞门探水完成后及时用双快水泥封堵引流管四周。

4）洞门凿除。接收洞门围护结构为800 mm厚的地下连续墙，迎土侧主筋为32mm，背土侧主筋为28 mm。人工分层剔凿，做到连续紧密，凿除时保留保护层，待盾构机刀尖距离加固土体0.6 m时方可切除主筋，进行接收；此外，洞门凿除的时机须结合盾构机掘进及管片拼装的整体速度进行合理筹划，以防止盾构机长时间停留产生风险。本区间在盾构机刀尖距离接收洞门30 m时开始凿除，见图4。

图4 接收端洞门分层凿除

5）应急降水井施工。由于盾构接收风险性较大，施工过程中容易发生漏水、突涌等事故[5]，为保证工程安全，在接收端头井附近打设3口降水井，井底位于隧道底部0.5 m，接收前2～4 d开启，将静水位始终控制在洞门圈以下0.5 m处。

6）接收托架。依据隧道实际量测洞门的中心平面位置、高程以及放置接收基座的底板高程，反推出接收基座的空间位置；若有需要，在接收基座底部加设钢板块垫层。对接收基座安装位置的要求主要是为了保证盾构机接收以后刚好落在接收基座上。

3 盾构接收关键工艺

1）第826环管片拼装完成后，盾构机距离洞门距离约30 m，此时开始逐渐调整掘进参数，将土压控制在0.1～0.12 MPa，掘进速度由原来正常段的30～50 mm/min减至30～40 mm/min，推力维持在12 000～14 000 kN，刀盘转速1.0 r/min，刀盘扭矩1 400～1 800 kN·m，注浆压力控制在0.2～0.4 MPa，注浆量7 m3/环；调整掘进姿态，盾构出洞姿态为水平方向0，垂直方向-10 mm。

2）第836环管片拼装完成向前推进1 m后，盾构机刀盘开始进入加固区，刀尖距离洞门14.6 m，此时开始逐渐调整掘进参数，将土压控制在0.09～0.12 MPa，掘进速度20 mm/min，推力6 000～9 000 kN，刀盘转速0.8 r/min，刀盘扭矩800～1 600 kN·m。

3）第844环管片拼装完成，盾构机刀尖距离出加固区约2 m，距离洞门约3.6 m，开始在840、841、842三环管片位置进行二次注浆封堵，注浆总量8～12 m3，反复多次进行，注浆全过程派人观察地表情况。土仓压力逐渐由0.09 MPa降到0.02 MPa，掘进速度控制在10 mm/min，推力5 000～8 000 kN，刀盘转速0.6 r/min。

4）第845环管片拼装完成后，盾构机距离出加固土体约0.6 m，距离洞门约1.8 m，此时土仓压力降为0，将土体全部排出，开始切割地下连续墙最外侧钢筋，切割完向前继续推进0.2 m后刀盘出加固土体，此时采用60挖机配合人工进行清渣。

5）第846环管片拼装完成后，向前推进1 m，刀盘出洞门，此时使用手拉葫芦将帘布橡胶翻板用钢丝绳拉紧，继续掘进并进行同步注浆，提高推掘速度至30～50 mm/min，推力5 000～8 000 kN。

6）第848环管片拼装完成后，在846环管片位置进行二次注浆，根据试配比，凝结时间控制为60 s，注浆量5 m3，压力0.3 MPa，采取注浆量和注浆压力双控，掘进速度30～50 mm/min，推力5 000～8 000 kN。

7）第851环管片拼装完成后，向前顶进2.3 m，盾尾距离出洞门0.5 m，使用手拉葫芦再次拉紧橡胶帘布，开始在849、850环位置进行二次注浆，封堵洞门，浆液凝结时间60 s，注浆压力0.2 MPa，注浆量6～8 m3，根据二次注浆量、注浆压力以及洞门帘布橡胶板渗漏情况确定停止时间。

8）洞门封堵完成，待同步注浆浆液凝固后，将盾尾脱出洞门，851环管片位置出主体结构侧墙约0.2 mm，此时完成盾构接收工作。

9）为防止接收端管片被拉开[6]，采用12#的槽钢进行拉紧，3环一紧固，共拉紧10环。拉紧位置设在管片的纵向螺栓上，分别为上部2根、左右腰部各1根。

4 结论

1）富水软土条件下，土层含水量较大、强度低，接收前须做好准备工作，做到工序衔接紧密，提前调整盾构姿态，确保盾构机安全出洞。

2）在盾构机刀尖距离出加固土体约0.6 m时，尽可能将切口正面的水土压力降到最低值，割除迎土侧竖向钢筋，通过刀盘切削最后一层混凝土保护层，尽快推进并完成管片拼装，尽量缩短盾构出洞的时间。

3）止水环箍宜先两腰再上部，反复多次进行，以注浆压力和注浆量进行双控来评价注浆效果，通过打设的3道止水环箍，形成3道挡水墙，能够有效封堵加固土体前后的地下水，确保周边环境安全。

4）盾尾拖出之后，帘布橡胶板落到最后一环管片上时，拉紧翻板上的钢丝绳，以保证洞门密封效果。

5）接收前，对洞门位置进行复测并结合接收托架的标高调整出洞姿态，一般情况下，盾构机水平出洞，垂直方向需高于托架钢轨顶标高20 mm，以便盾构机顺利上接收托架。