既有车站无降水条件下盾构水平冻结加小钢箱接收技术

刘纯洁 （中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100）

1 工程概况

本工程为常州地铁1号线一期工程土建施工09标段，合同范围为三站四区间，起止里程：CK21+618.777～CK24+854.580，单线全长2695.5m。其中常州火车站在2009年火车站北广场改扩建过程当中，作为常州轨道交通1号线的规划预留站同步实施完成。2015年我标段开工建设时，车站顶板全部封闭，盾构沿线及车站周边设施已经全部投入使用，接收端头加固体系时隔8年，无法预计是否满足现有盾构接收需要，且无法设置降水井，没有吊装条件无法进行常规钢套筒接收，只能采用洞门补强加固及水平冻结法结合小钢箱辅助接收。

2 原盾构端头加固体系补强措施

2.1 盾构接收端头加固区现状

既有站博常区间接收洞门围护结构采用钻孔灌注桩，围护结构外采用传统三轴搅拌桩加高压旋喷桩止水加固沿隧道走向延伸10m。该接收洞门围护结构及加固体系与既有车站同步施工完成，我标段现场勘查时，发现该洞门围护结构表面有多处渗漏，原有加固体系预计无法满足我标段盾构接收需要，必须采取适宜的补强加固措施[1]。

2.2 原盾构洞门补强加固措施

既有站博常区间接收洞门所处地层为⑤2粉砂，在第Ⅰ层承压水的压力作用下，该洞门围护结构破除后，极易产生流砂现象。为保证在破除围护结构时，接收洞门土体的自稳和防水要求，项目部提前采用全断面水平注入WSS浆液对洞门进行补强加固。WSS注浆是利用双液高压输送泵分别将水泥浆和水玻璃泵送至双液混合器，在较高压力的作用下使两种浆液迅速均匀混合，通过注浆管路使混合浆液迅速定向扩散到土体，填充到砂层缝隙，通过浆液凝固时产生的凝胶效应固结砂层。同时可根据实际情况，调整水泥浆和水玻璃的比例来调节浆液的凝结时间，从而控制浆液的扩散范围，最终形成止水帷幕，达到注浆加固止水的目的。

在盾构接收端头洞内水平钻孔布设注浆孔，孔间距为 1000mm，外插角 5。～15。，孔深 4m（包含地连墙1m）；接收洞门的注浆孔采用三排环向错位布置，选用φ42mm钻孔孔径，注浆压力为2～4.0MPa，逐一进行单孔放射状注浆，固结盾构洞门破除断面加固体系范围内的地层，达到土体改良、固结砂层强化止水的作用。

3 盾构接收洞门水平冻结加固

3.1 盾构接收洞门水平冻结区加长设计

博常区间盾构机刀盘到盾尾长度约为8.1m，原设计盾构接收洞门圈外冻结帷幕长度为10m，考虑盾构机刀盘到达冻结帷幕“杯底”时，原有10m的冻结帷幕不能有效的包裹住盾构机壳体，为原状土与冻结帷幕接缝处注浆封环提供有利位置，可能会导致原状土与冻结帷幕接缝处产生过水通道，在盾构接收时产生涌水涌砂。经过精确计算，我标段决定将原冻结帷幕长度增加至12m，洞门中心冻结厚度为2m，外圈冻土帷幕有效厚度保证在1.6m。交圈后平均温度保持在≤-10℃，加固体指标 qu[28]为 0.8～1.0MPa，渗透系数≤10(-7)cm/s。如图1所示为盾构接收、始发水平冻结平面图。

3.2 盾构接收洞门水平冻结孔位布置

盾构接收洞门按水平角度共布设59个冻结孔，最外圈沿直径8m的圆周布设34个冻结孔，第二圈沿直径5.4m的圆周布设16个冻结孔，第三圈沿直径2.7m的圆周布设8个冻结孔，洞门正中心处布设1个冻结孔，上部布设11个泄压孔，洞门范围内布设8个测温孔。图2所示为盾构接收冻结孔布置图。

图1 盾构接收、始发水平冻结平面图

图2 盾构接收冻结孔布置图

3.3 水平冻结施工工艺流程

水平冻结施工工艺流程：生产准备→基础施工→安装→试压、包扎保温→充氟、试运转→正常运转→盾构始发、接收→拆除→撤场。

4 接收洞门增设辅助小钢箱及盾尾刷

4.1 辅助小钢箱结构原理

在接收洞门外侧增加一套小钢箱，钢箱长度450mm，板厚20mm，分四块拼装，焊接于洞门钢环之上，分内外双层止水帘布和扇形压板。小钢箱和橡胶帘布板委托加工厂进行加工，现场组装安装。注浆孔用DN10钢管制作，每45。设置1个，共设置7个（下部不设置）。

在盾构接收过程中向小钢箱内同步注入惰性浆液以起到密封止水作用[2]。图3所示为辅助小钢箱结构图。

图3 辅助小钢箱结构图

外侧翻板上焊接螺母，中间用钢丝绳串联，在端墙两侧用手拉葫芦固定，在盾体、管片通过时，通过手拉葫芦拉紧翻板，使得橡胶帘布板与盾体、管片紧密贴合，并向小钢箱内注入惰性浆液进行填充，起到止水环箍的效果。必要时可注入化学浆液（WSS），快速凝固。

4.2 洞门处增加盾尾刷

在洞门钢环内焊接两圈加长型盾尾刷，并在结构墙设置盾尾油脂压入孔，在盾构接收过程中可以压注盾尾油脂，起到密封止水的作用。

5 结束语

综上所述，通过采用对原洞门加固补强，水平冻结加长设计，增设辅助小钢箱及盾尾刷，增强了盾构机在接收过程中的安全系数，有效规避了涌水涌砂的风险。本工程既有车站无降水条件下盾构顺利接收，对于接收场地狭小不适宜进行钢套筒接收而正常接收又具有很大风险的情况提供了参考。