冻结加固+橡胶可收纳式洞门止水圈——高水压下盾构接收工法(FPAS)

在日本,常采用盾构可直接切削洞门的SEW工法(洞门采用FFU材料)进行盾构始发和接收。但该工法也存在一些问题,例如: 在盾构通过时会对洞门止水圈造成损伤、切削碎片容易进入止水圈和盾构之间影响止水性能、止水圈无法承受高水压等。

为了解决这类问题,日本开发一种结合冻结法、填充料和止水圈的盾构接收FPAS(the freezing and packing stop water)工法。

FPAS工法

FPAS工法(见图1)是在洞门混凝土内设置冻结管和止水圈,能够在大深度、高水压条件下保证盾构接收安全。

该工法具有以下特征: 1)止水圈能够收纳配置在洞门混凝土内,不会受到盾构造成的损伤; 2)对橡胶管内加压后使止水圈紧密贴合盾构,可应对高水压; 3)对填充料进行冻结和解冻,使其作为流动化材料; 4)盾构到达前冻结填充料、到达后解冻填充料同时启用止水圈,能够防止杂物进入止水圈和盾构之间; 5)具有盾构周围止水效果,可以减少土体加固范围,从而降低施工成本、缩短施工时间。

工程应用

FPAS工法在日本东京都蛇崩川增强干线工程中得到应用。由于原来的蛇崩川干线埋深较浅、排水能力不足,因此新建1条内径2 200～5 000 mm、总长约6.6 km的隧道提升该地区的排涝能力。

该工程的盾构接收采用了FPAS工法,到达井为圆形竖井(内径9.6 m、深39.4 m),洞门配置了FFU材质。洞门密封装置为4分块,现场进行拼装焊接。在盾构到达前,对洞门密封装置内部注入的填充料进行部分冻结。盾构到达后,对填充料进行解冻使其流动并启用止水圈。通过止水圈与盾构紧密贴合防止地下水渗入。根据盾构预计到达时间,开始为期7 d的冻结,但当盾构开始切削FFU时,解冻后发现洞门密封内部的水压力虽大幅降低,但依然没有达到完全的止水效果,推测原因是注水压力不足或钢板间隙有杂物掺入,因此采取注浆进一步提升止水效果。最终盾构始发精度控制良好,于2022年9月顺利完成盾构接收,止水效果较好。