承压水砂层盾构钢套筒接收施工技术

孟善宝

摘要： 盾构接收是盾构施工的关键工序，富水软土地层中，随着隧道埋深的增加，盾构接收的施工难度及风险也越来越大。本文根据天津地铁6号线承压水砂层中既有运营线地下三层车站盾构接收为例，采用“地面水泥系加固、站内钢套筒接收”的施工方法，安全、顺利地完成了盾构接收，确保了隧道和周边环境的安全，可为日后类似工程施工提供借鉴。

Abstract： Shield receiving is the key process of shield construction. In soft soil layer which is rich in water， with the increase of the tunnel depth， the difficulty and risk of receiving shield also grows. This paper takes the shield receiving technology of the existing operating line—an underground three-layer station in the confined groundwater and sand layer of Tianjin Metro Line 6 as an example， which applies to the "ground cement reinforcement， steel sleeve receiving in station" construction method， completes the receiving of shield safely and successfully and also ensures the safety of the tunnel and the surrounding environment， providing reference to similar works in the future.

关键词： 盾构接收；钢套筒；承压水；砂层；地下三层车站

Key words： shield receiving；steel sleeve；confined groundwater；sand layer；underground three-layer station

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）16-0158-03

1 工程概况

天津地鐵6号线红旗南路站～育梁道站区间沿红旗南路敷设，左线长477.048m，右线长477.055m。采用两台土压平衡盾构机掘进，分别从育梁道站小里程端始发，至红旗南路站大里程端接收。区间线间距13～15.7m变化，纵断面为单向坡，最大纵坡15‰；顶部覆土10.50～16.26m。

2 盾构接收难点分析

①盾构接收端隧道底部埋深22.3m，隧道洞身大部分位于⑧2-2粉砂层，为第一承压含水层，承压水水头为地面下3m，粉砂层中加固质量不易保证，渗漏水风险极大。

②盾构接收端红旗南路站为地下三层车站，且为已运营地铁3号线和6号线换乘站，出现风险将影响已运营3号线。

③地面环境复杂，一侧为交通要道，一侧为居民楼，接收出现风险将威胁到达处建筑物及管线安全，工程风险巨大。

3 盾构接收方案比选

①常规帘布接收：隧道位于承压含水层，端头加固效果难以保证，接收过程中易发生涌水，该方案风险过大。

②冷冻法加固接收：垂直冻结受施工场地限制，不具备施工条件；水平冻结钻孔时易发生涌水、涌砂，风险大，且施工费用高，工期长。

③地面水泥系加固+混凝土明洞：安全可靠，但施工工期长，砂浆回填量大，混凝土凿除缓慢，且不可循环利用。

④地面水泥系加固+钢套筒明洞：安全可靠，施工速度快，可重复利用，节余成本[1]。

经综合考虑安全、成本、工期等因素，选择地面水泥系加固+钢套筒明洞接收方案。

4 盾构钢套筒接收施工要点

4.1 端头加固及效果检测

端头加固采用？准850@600三轴搅拌桩+？准800@500双排三重管双高压旋喷，高压旋喷桩在地连墙转角部位进行包角处理。加固范围：沿盾构掘进方向6m，隧道上下左右各3m。

①为保证高压旋喷桩在砂层成桩质量，采用复喷工艺，水灰比1：1，加膨润土5%，速凝剂0.5%（均与水泥质量比），凝结时间控制在30min左右。

②加固完成达到强度后进行取芯检测，芯样无侧限抗压强度不小于1.0MPa，渗透系数小于10-7cm/s。另外，通过打水平观察孔来检测加固效果，观察孔包括4个“死角”探孔、4个隧道周边探孔、5个隧道洞体探孔，如图1所示。探水完成后必须立即安装球阀并采用水不漏封闭引流管，静置24h无渗水判断为加固合格。

③检测不合格处理措施。若探水存在渗漏现象，采取水平注水泥-水玻璃双液浆进行补强，双液浆凝结时间控制在30～45s。注浆时利用洞门探孔作为水平注浆孔，并在附近再打设一根引流管，注浆时开启引流管，达到浆液置换的目的。

4.2 钢套筒设计制作

4.2.1 筒体

筒体长10.5m，内径6.7m，分6节，每节又分为上、下两块（如图2所示），标准节每节长度2m，连接环0.5m。筒体材料采用16mm厚钢板，加强肋板20mm厚、200mm宽，间距500（环向）×528（纵向）一道，连接法兰采用30mm厚钢板，采用M30高强螺栓（8.8级）连接。连接法兰中间加10mm厚橡胶垫，以保证密封效果[2]。

钢套筒后盖采用钢板加工字钢焊接而成，钢板厚度为20mm，在钢板外侧焊接6根32a工字钢，井字形布置。钢板外缘与筒体端头法兰采用螺栓连接，型号为M30×100（8.8级）。

4.2.2 过渡连接环

钢套筒与洞门钢环之间设一过渡连接环，长度0.5m，与洞门钢环采用焊接连接[3]，由于洞门钢环安装误差导致局部不密贴的部位采用塞焊钢板进行密封，保证防水质量。过渡环与钢套筒的连接和其余筒体相同。

4.2.3 辅助设施

①进料口：为方便钢套筒安装期间的材料运输和回填料填灌，在靠近洞门第二节和第三节上钢套筒上预留两个下料口。

②安全门：在靠近洞门第一节钢套筒两侧各设置一个安全门，便于钢套筒安装和洞门破除期间人员进出和渣土及材料的运送，盾构接收前需将安全门关闭并确保密封性良好。

③观察孔和监测仪表：在钢套筒的过渡连接环2、4、8、10点位置设4个带球阀观测孔，靠近洞门三节钢套筒顶部1点和11点位各设置？准100mm的带蝶阀观察孔，用来检查洞门密封质量。在连接环靠近洞门处和后端盖平面板各设置1个压力表，以检测过渡连板的受力情况。

4.3 钢套筒安装

4.3.1 筒体安装

①安装前首先在车站内确定线路中线，并按线路中线将托架固定。

②在地面将每节筒体安装密封材料。

③按顺序将钢套筒由隧道往车站方向安装并紧固，安装过程中勤量测，保证中心与设计中心相同。

④钢套筒的过渡连接板与洞门环板的连接要确保密贴，防止渗漏水。

4.3.2 密封性措施

①连接法兰位置安装10mm厚橡胶止水条，宽度15cm，安装过程中做好保护工作，避免破坏。

②环向间隙较大的接缝粘贴T型止水条（采用背贴式止水带加工）。

③其余内、外侧接缝填充嵌缝材料（普通水泥+快干水泥+108胶）。

4.3.3 反力支撑安装

反力支撑采用？准609钢支撑支撑在车站结构上，安装就位后，采用千斤顶顶后盖，消除筒体间安装间隙后[4]，再进行支撑固定。

4.3.4 防扭转支撑安装

钢套筒上下、两侧安装防扭转支撑，顶在底板、侧墙及中板梁上。防扭转支撑采用25a工字钢，与钢套筒焊接连接，另一侧与车站结构密贴。

4.3.5 混凝土基座浇筑

在钢套筒底部60°范围内浇筑15cm厚C20细石混凝土基座，以防刀盘出加固体时扎头。

4.4 盾构接收施工

4.4.1 盾构接收准备

①应急降水井。在端头离洞门纵向3m，左右线隧道中间及隧道外侧4m处施做3口应急降水井，降水井穿透第一承压含水层。若洞门破除、盾构接收过程中出现大量涌水、涌砂，按照规定程序进行上报并启动应急降水井，进行降水减压。

②隧道内探水及封堵注浆。刀盘抵达地连墙后，盾尾完全进入加固区1.3m，凿开脱出盾尾往后20环的管片吊装孔（含前期注浆完成的吊装孔），打开盾构机前中盾径向注浆孔观察渗流水。在前中盾体径向注浆孔和盾尾倒数第2～3环注入聚氨酯，无流水的孔注入1桶，有流水的孔注入3桶。使盾构机与地层间形成柔性密封止水环。后部注浆孔注入双液浆。

③洞门破除。洞门补充注浆加固完成，重新探水无渗漏时，破除保护层，剥离地连墙第一层钢筋网。盾构机抵达地连墙降低土仓压力，加固区外止水环箍完成，并凿开管片孔观察有无流水，及土倉压力有无变化。确保无流水风险后，凿除60cm混凝土，凿除时由上往下、先两侧后中间。

④钢套筒填料。钢套筒验收完毕且洞门破除完成后，向钢套筒内填料。填料采用M1.0砂浆，采用天泵浇筑，填料时间控制在8小时以内，完成后及时封闭填料口，砂浆配比见表1。

4.4.2 过渡段掘进

①盾构机刀盘距离加固土体1.5m时停机检查，确保盾构机处于最佳状态。开始进行洞门破除及回填砂浆。

②通过在盾尾注聚氨酯和后续管片注双液浆对后续20环管片进行止水封堵，形成止水环箍，避免因同步浆液收缩后形成间隙通道，严格把握二次注浆部位、时间和注浆量，并确保注浆均匀，防止因注浆不当造成盾尾固结。

4.4.3 加固区掘进

①掘进时严格控制盾构机总推力和掘进速度，切勿力量过大速度过快，总推力控制在8000kN以内，掘进速度控制在1～2cm/min。

②严格控制盾构机姿态，水平姿态控制在±15mm左右，垂直姿态控制在+10～+20之间。

③严格控制盾尾间隙，掘进过程中随时关注盾尾油脂压力，及时进行补压，以防漏浆。

④为防止管片与开挖土体间形成漏水通道，在管片注浆孔注双液浆，及时形成封闭环箍。

⑤钢套筒接收时二次注浆在管片脱出盾尾5环后进行[4]，距离不宜过近，否则容易造成盾尾刷破坏。注浆时严格控制孔位和压力、注浆量，不仅要保证环箍封闭水的质量，还不能对盾尾刷造成破坏。

4.4.4 进钢套筒掘进

盾构机刀盘进入筒体后，按正常参数进行掘进，当环管片全部拼装完成后，对最后5环管片进行二次注浆，并通过观察阀进行渗漏水检查，保证后方无水流进入钢套筒，盾构接收完成。

①掘进参数：掘进速度<5mm/min；推力<4000kN，盾构机在钢套筒内掘进过程中，要确保与外界联系，密切观察钢套筒支撑情况，一旦发现变形量超量或有渗漏时，立即停止掘进，及时采取补救措施。

②掘进姿态：掘进时以钢套筒实测中心线为控制线，水平和垂直偏差控制在±2cm之内，防止盾构机与筒体发生碰撞。

③施做环箍：一边掘进一边进行二次注浆施做环箍，封堵管片外的渗水通道，防止盾构后方的水进入钢套筒。

④渗漏水检查：掘进到位后，通过观察阀进行渗漏水检查，保证后方无水流进入钢套筒。

⑤施工监测：掘进时定时对钢套筒的变形情况进行监测，发现异常立即停机，待处理完成后恢复掘进。

4.4.5 钢套筒拆除及盾构机吊装

盾构接收完成后，经检查洞门无渗漏水，方可进行钢套筒拆除。先拆除反力支撑及防扭转支撑。然后割除钢套筒上半部分连接环钢板，割除完成后立即在洞门钢环与管片之间焊接弧形钢板，保证洞门密封。最后拆除钢套筒上盖，凿除钢套筒内砂浆，进行盾构机吊装。

5 施工总结

天津地铁6号线红旗南路站-育梁道站区间接收施工中，采用钢套筒接收有效控制盾构接收风险，对周边道路、管线、建筑物及既有线运营未造成施工影响，并得到以下施工经验：

①高压旋喷桩在承压水砂层成桩质量较差，经试验在水泥浆中添加适当的速凝剂和膨润土能有效增加成桩质量。

②施工中钢套筒回填砂浆强度选择尤为关键，若砂浆强度太高，因盾构机配置软土地层刀盘，掘进困难，掘进速度十分缓慢，从而可能引起其他风险。

③由于预埋钢环的圆度和钢套筒的圆度很难保持一致，建议钢套筒直径较钢环内径增大100mm，从而保证焊接质量，避免洞口渗漏水。

④钢套筒拆除前的渗漏水检查尤为关键，通过多个点位多种方式进行确认，否则在拆除后出现涌水涌砂，则将功亏一篑，失去了钢套筒接收的意义。

参考文献：

[1]李飞，凌波.盾构到达接收辅助装置的设计[J].建筑机械化，2009，30（9）：66-68.

[2]郑石，鞠世健.泥水平衡盾构到达钢套筒辅助接收施工技术[J].现代隧道技术，2010，47（6）：51-56.

[3]赵立锋.土压平衡盾构到达钢套筒辅助施工接收技术[J].铁道标准设计，2013（8）：89-93.

[4]逯建栋.盾构到达钢套筒接收施工技术[J].广东土木与建筑，2011（10）：45-47.

[5]赵东华.盾构隧道下穿湖底超浅层覆土段施工技术[J].铁道建筑技术，2015（5）：60-62.