地铁盾构钢套筒接收风险分析及预防措施

杨胜斌

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024）

盾构施工作为一种相对安全的工法，被越来越多地运用到地铁修建工程。地铁车站多数建设在市区交通要道，修建场地受限。同时，因盾构接收端地质条件复杂、管线迁改困难等问题，导致盾构接收方式受限，对盾构接收工作提出了更高的要求。

1 工程概况

1.1 盾构区间接收端概况

济南地铁R2线历山北路站—二环东路站区间采用盾构法施工。复合式土压平衡盾构机由二环东路站始发，历山北路站接收。历山北路站接收端头井东侧为历山北路与北园大街交叉口。端头井东侧埋敷柳行头雨水暗渠，与车站围护结构之间最小净距为0.8m；端头井北侧为北园高架桥，高架桥桩基基础为钻孔灌注桩，与车站围护结构之间最小净距为16m。

历山北路站接收端上方管线密集，主要的管线有2处柳行头雨水暗渠（断面尺寸分别为6m×2.5m、4m×2.5m，基础埋深约5.2m，结构形式为钢筋混凝土）、1根1050mm×600mm供电铜管、1根DN300饮用水铸铁管、1根DN800污水混凝土管、1根1000mm×2500mm石砌雨水管、4根DN300热力钢管。管线迁改困难，尤其是柳行头雨水暗渠，经与产权单位对接，暗渠无法迁改，柳行头雨水暗渠与车站围护结构之间的最小净距为0.8m，不具备地面水泥系加固条件。结合现场实际情况，在历山北路站盾构接收端采用垂直冻结加固+钢套筒接收的工法进行接收。

1.2 接收端地质水文情况

历山北路站盾构接收端头井地层依次为①1素填土、⑦2粉土、⑦黏土、⑦1粉质黏土、⑦3粉质黏土混姜石、⑨3碎石、⑩2黏土、⑯4碎石、⑲1全风化闪长岩。历山北路站盾构接收端地下水位于地面下约0.5m。盾构接收端地下水为承压水和潜水，承压水水头线和潜水水位线基本齐平。承压水主要含水层为全风化闪长岩和碎石，碎石土承压水水头高度达17.2m，渗透系数为1.73E-05cm/s。

2 钢套筒盾构接收风险及成因

依据该工程盾构接收端的工程实际情况，结合盾构钢套筒接收施工工艺特点，分析接收过程中存在的风险及产生原因。此次钢套筒盾构接收主要存在以下风险：

（1）隧道轴线与接收洞门钢环中心、钢套筒轴线存在偏差。盾构接收前，未进行隧道贯通复测、未纠正盾构机姿态、未消除盾构机导向设备误差等多种情况，将导致盾构机不能正常进入洞门接收钢环，甚至是钢套筒内。盾构刀盘磨损钢套筒，造成洞门钢环破损、涌水、涌泥。偏差数据较大时，将无法进行盾构接收。

（2）破除洞门时涌水、涌砂。因接收端土体冷冻效果不佳，未提前向冷冻加固区打探孔、测温，施工人员盲目破除洞门混凝土，将导致从破除掉的混凝土部位涌水、涌砂。

（3）盾构机刀盘被冻住。盾构机通过冷冻加固区土体，盾构机长时间停机，未定时转动刀盘，导致刀盘被冻结，无法转动。

（4）钢套筒发生位移，导致钢套筒接缝处漏水、漏泥。钢套筒反力架强度不够、受力超限，导致钢套筒发生纵向位移。

（5）洞门涌水、涌泥。盾构机整体进入钢套筒后，未及时施作环箍、注浆量不足，导致洞门处水土流失。洞门封堵质量差，未检查洞门密封性、盾构机土仓压力变化情况，开始拆除钢套筒，导致洞门涌水、涌泥。

（6）接收端头管线断裂、地面沉降。盾构机掘进过程中，未控制掘进参数、注浆不及时、水土流失等情况，引发接收端土层塌陷，接收端头管线断裂，地面沉降。

3 钢套筒盾构接收风险预防措施

3.1 控制隧道轴线与接收洞门钢环中心、钢套筒轴线偏差

安装钢套筒前，测量队复核接收洞门钢环，打出洞门钢环的中心点。依据洞门钢环的中心点，安装钢套筒。钢套筒安装结束后，复核钢套筒轴线，确保洞门钢环中心和钢套筒轴线同轴。

在盾构机到达接收加固土体前100m时，测量队进行一次贯通前联测，复测接收洞门钢环。结合计划线，复核盾构机姿态，并全面核查水准点、吊篮、全站仪、激光靶等设备设施，排除设备设置引发的导向错误。

掘进剩余50环时，结合监测结果，有计划地纠正盾构机姿态，逐环小量纠偏。严禁过量纠偏，确保区间隧道顺直度。盾构机姿态水平控制在-1.5～+1.5cm；垂直控制在+2～+3cm，确保隧道顺直度。在剩余30环时，重新核查盾构机姿态，是否沿设计线掘进。在剩余10环时，将盾构机姿态由竖向3000m圆曲线、平面缓和曲线调整到与洞门钢环中心线同轴，并以直线姿态进入加固体掘进。

3.2 避免破除洞门时涌水、涌砂

分析温度监测数据，冻结壁平均温度、厚度均满足设计要求后，先在接收端洞门处施工探孔，实体检测冻结效果。从探孔观测无水，探孔内温度在-5℃以下已结冰，经验收冻结效果满足施工要求后，开始从车站内往区间方向凿除洞门。破除地连墙壁时，分3层剥离。最后一层钢筋凿除前，应再次探孔观测和测温，无漏水、漏砂风险后方可凿除剩余部分地下连续墙。

3.3 预防盾构机刀盘被冻结

接收端冷冻区沿隧道方向宽度为3.7m左右。因此，为预防盾构机刀盘被冻结采取了以下措施：盾构机穿越冷冻加固区土体，在推进、拼装管片过程中持续、低转速旋转刀盘，刀盘旋转速度保持在0.2～0.5r/min；盾构机推进、拼装管片过程中，采取气压模式保压；利用泡沫管、水管、油管等管路充气，防止管路冻结、堵塞；加热外循环水；向膨润土箱内加热水。

3.4 避免钢套筒发生位移

钢套筒安装前，利用软件模拟计算反力架受力及位移情况，确保反力架满足施工使用要求。在盾构接收端洞门环板与钢套筒之间加设厚度2cm的过渡连接板。过渡连接板与洞门环板采用焊接，与钢套筒的法兰端采用螺栓连接。在过渡连接板上设置应力计，监测受力情况。钢套筒托架与车站底板上预埋的钢板焊接，并采用20号H型钢与车站侧墙顶紧；钢套筒上部采用20号H型钢与中板梁顶紧；反力架由3条600mm×650mm立柱组成，用609钢管做斜撑，与车站端头井底板顶紧；反力架上均布9道300mm×300mm支撑柱与后端盖受力板顶紧，支撑柱与反力架之间用支撑楔块垫实并焊接。在支撑柱与反力架接触面设置一个轴力计，接收时随时监测反力架受力情况。

3.5 预防洞门涌水、涌泥

（1）接收端冷冻加固。盾构接收前对接收端头进行了冷冻加固，垂直冻结加固范围为管片外径上下左右各向外扩展3m，加固长度为12.4m，纵向厚度为1.7～3.7m（局部受雨水暗渠影响）。

（2）钢套筒内填土。因接收端车站正在进行土方开挖，因此直接利用深基坑开挖的近似原状土充填钢套筒。填土过程中，如果泥土下滑不顺，可适当加水，确保土可以顺畅下滑。当钢套筒内土无法承装时，向钢套筒内放水，利用水充填钢套筒内的空隙，保持接收洞门内外压力平衡。

（3）注浆、施作环箍。盾构机在冷冻区掘进过程中，利用管片上注浆孔（吊装孔），向盾尾后部的管片外部注入双液浆，施作环箍。注浆压力控制在3～4bar。盾构机全部进入钢套筒内部之后，降低土仓压力。如果土仓压力恢复上升，通过管片注浆孔持续注双液浆，直至打开管片注浆孔上的球阀无水流出。

（4）封堵洞门。在出洞环管外侧预埋背负钢板。背负钢板与接收洞门钢环之间用1cm厚的扇形钢板连续焊接，避免冷冻区水、土融化后涌出。

3.6 控制接收端管线断裂、地面沉降

（1）布置监测点，定时监测。盾构机进入加固区前，在接收端上方管线、地面及周围建筑物上布置沉降观测点。在钢套筒、接收洞门周围布置形变监测点，测量初始值。盾构机在加固区掘进时，间隔12h监测一次，监测点数据增加时，每隔4h监测一次，并将监测数据统计上报。

（2）严格控制推进参数，注浆施作环箍。剩余50环时，盾构机推进速度控制在30～40mm/min，严格控各项参数。按照1∶1比例拌和双液浆，注浆压力控制在0.3～0.4MPa。在冷冻加固区边缘处连续6环注双液浆，施作环箍，避免地下水渗入冷冻区管片外部缝隙，引起地表沉降。

（3）加强冷冻区融沉注浆。盾构机盾尾脱出冷冻区后，利用管片上注浆孔（吊装孔）向接收洞门后5环管片外部注水泥单液浆。适当注入水泥-水玻璃双液浆。注浆压力控制在4～5bar，注浆范围为整个冻结区域。注浆量应多次少量均匀注浆，并按融化冻土体积15%控制注浆量。冻结壁全部融化后，未注浆时实测地表沉降速率每半个月不大于0.5mm，停止融沉注浆。

4 结束语

该工程通过采取以上各项措施，在场地条件受限情况下，有效降低了盾构接收过程中的风险。在盾构接收过程中，未出现轴线偏差、钢套筒位移、洞门涌水涌砂等险情。接收端地表下沉量最大为11mm，取得了良好的盾构接收效果。