软土地区复杂条件下盾构接收施工技术

□文/王佩芬

软土地区复杂条件下盾构接收施工技术

□文/王佩芬

针对复杂情况下地下三层站盾构接收采用冷冻、明洞相结合的施工方案，提出了盾构过冷冻体及天津站遗留障碍物[1]的施工措施，重点分析盾构在冷冻体杯壁、杯底及明洞砂浆内掘进的各项参数。

盾构；冷冻；明洞；软土

1　工程概况

天津地铁2号线建国道—天津站区间，由建国道站始发天津站接收，天津站接收端为地下3层矩形框架结构，接收井在地下3层站台层内，地下连续墙宽1.2m，内衬结构厚度0.8m。

盾构开挖地层位于51粉土、61粉质粘土、72粉土、74粉砂地层中。

天津站基坑施工过程中对部分接缝进行垂直冷冻，经地表刨验探明共遗留8根冻结管未拔出，冻结管直径127 mm、厚5 mm，套管直径50 mm、厚度3 mm，左线有5根冻结管，通过洞门钻探探到4根；右线3根冻结管，已探到2根。探出冷冻管采用水钻切割成50 cm/节，见图1。

图1　天建站接收端遗留冻结管横断面

2　接收方案

2.1水平冻结

采用“杯状”冻结，冻结长度为11 m，前3 m全断面冻结加固，后8m环形冻结加固。盾构进洞设计采用水平冻结孔，单侧隧道沿盾构进洞纵向方向盾构机的外侧为1.2 m（冻结壁杯壁厚度）；连续墙处冻结壁厚度为3.0m（冻结壁杯底壁厚），见图2和图3。

图2　冷冻加固布孔剖面

图3　冷冻加固布孔平面

2.2明洞

为保证盾构接收和天津站运营安全，在接收井内施工明洞结构并对明洞进行回填，回填M1.5砂浆，材料用量：水泥200kg/m3、砂1400kg/m3、水215kg/m3。

根据盾构机和车站结构尺寸，在盾构接收井内施作长18 m、宽12.26 m、高8.84 m、壁厚0.8 m的混凝土明洞，混凝土箱结构内钢筋与盾构井结构植筋连接。明洞混凝土强度等级为C30，抗渗等级为P8，钢筋为H PB335级，保护层厚度30mm，见图4和图5。

图4　明洞施工剖面

图5　盾构机在明洞内接收

3　施工措施

3.1冷冻体掘进防冻措施

泡沫内掺入玻璃水，比例1∶1，浓度3%～5%进行土体改良。土仓注入循环水（25℃），提高土仓内渣土温度，杯底掘进期间渣土温度维持在5～10℃。停机拼装期间每10 min转动2 min刀盘，同时注意盾构刀盘扭矩有无异常。管片拼装期间不间断同步注浆和油脂注入，以少量、长时间注入为原则，防止注入孔冻死。

3.2防止刀盘卡住及防喷涌措施

在扭矩＞4 MN·m时主动停止掘进，刀盘正常转动，待扭矩降低后继续。降低盾构推进速度，切削障碍物掘进时速度放缓至6mm/min。过障碍物前将刀盘伸出10 cm，当遇到障碍物时卡住时，缩回刀盘。加强土体改良，建立土仓压力，减少刀具的磨损和增加土体的和易性，密切注意土仓压力。盾尾后方通过二次注浆形成止水环，防止后方来水进入土仓，造成喷涌。

4　盾构参数分析

为方便分析选取盾构在杯壁、杯底、砂浆中掘进3个阶段参数进行对比，428～434环盾构在杯壁中掘进，435～437环盾构在杯底中掘进（436、437环盾构切削钢管），438～442环盾构在砂浆中掘进。

4.1掘进速度

在进入杯壁后受土体加固及障碍物的影响掘进速度逐渐降低，在切削冻结管时掘进速度出现较大波动，见图6。

4.2土压

在杯壁中掘进时出土情况正常，土压力基本能够维持在0.2 MPa，随着接近杯底，受加固体及障碍物影响掘进速度降低，掘进时间长，土体改良剂的注入速度没有降低，渣土逐渐向渣浆转变，螺旋机出土口间歇喷涌，土仓压力难以保持，在杯底时切削冻结管时土仓压力降低到0.03MPa左右，在砂浆中掘进时土仓压力降低到很小，基本为0，见图7。

图6　428～442环掘进速度

图7　428～442环土压

4.3推力

进入杯壁后受冷冻加固影响推力处于缓慢上升趋势，在杯底掘进时达到最大，通过杯底后掘进砂浆时推力迅速降低。在杯壁及杯底中掘进时推力较为平稳，在进入砂浆掘进时推力波动较为明显，见图8。

图8　428～442环推力

4.4刀盘扭矩

刀盘扭矩在杯壁中掘进时基本稳定，波动较小，在杯底及砂浆中掘进时频繁出现扭矩过大，波动剧烈，幅度较大。左右线在切削冻结管及砂浆中掘进期间均出现刀盘被冻结管卡住现象，缩回刀盘后掘进正常，见图9。

图9　428～442环刀盘扭矩

5　结论及建议

1）盾构接收采用冷冻+明洞相结合的接收方案，对运营安全影响较小，可靠性高。在地面不具备加固条件，工况复杂，风险较大的情况下可选用。

2）冷冻体内盾构要持续掘进，不能长时间停机，停机期间，盾构要每1h推进一次，避免盾体被冻住。

3）盾构在明洞中掘进时，螺旋机喷涌严重，土仓很难保压，要加强同步注浆和二次注浆，尽量减小土体中水进入明洞造成地面沉降过大。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.021

□U455.43

□C

□1008-3197（2015）02-58-02

□2015-01-05

□王佩芬/女，1982年出生，工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事市政工程技术管理工作。