富水砂层盾构端头接收风险控制技术研究

陈建

摘 要：保证盾构机在富水砂性地层端头的顺利接收是地铁隧道顺利掘进的关键，文章从标段端头接收风险出发，研究从地表、盾构径向孔注、管片壁后AB型双组分聚氨酯，增加泄压孔等方法保证盾构在复杂环境下的顺利接收，为类似工程提供依据。

关键词：地铁;富水砂层;洞门接收;密封

文章编号：2095-4085（2020）10-0074-02

1 工程概况

中央商务区站～海霞路站区间出中央商务区站后沿崇川路向东，至进入海霞路站。区间隧道上行线（南侧）起止里程为，长链一处，上行线长度599.730m。下行线（北侧）起止里程为，下行线长度597.300m。区间左（下行）、右（上行）线均含2个平面曲线，曲线半径分别为700m，800m。本区间未设置联络通道。区间线路纵坡接近直线，线路最大坡度4‰，最小坡度2‰。隧道埋深约13.9m～15.7m。主要穿越粉砂夹砂质粉土地层。

2 盾构接收风险

中央商务区站～海霞路站区间属高富水砂性地层，施工风险主要集中在盾构进出洞施工阶段，在此地质条件下到达施工阶段易发生端头沉降、洞门涌水涌砂、端头坍塌等施工风险。为降低再次地层中到达出洞风险，提高地层自稳性，防止开挖面坍塌及地面沉降，减小盾构到达时涌水、涌砂风险，盾构到达前对到达端头提前进行了加固处理。但在实际施工中如果端头加固效果不佳，盾构到达接收端头后破除洞门时洞门会有大量的地下水喷出，给盾构安全快速到达接收造成极高的安全隐患。

3 风险控制措施

3.1 预埋管路深孔注AB型双组份聚氨酯

洞门破除前，在距地连墙3m的地面，用注浆钻机在盾构机盾体上方2，10，3，9点位对应的位置打孔，每个孔钻至距盾构机刀盘10cm。钻孔完成后在地面用1.1t齿轮泵注A组份聚氨酯、5t齿轮泵注B组份聚氨酯，对盾构机刀盘外的水流通道进行封堵。注AB型双组份聚氨酯的两根管子需预埋至钻孔底部，两根管子在地面上各设置一道止回阀，两根管在地下钻孔底部于汇合管路处向连，汇合管路长度为30cm，避免汇合管路过长注AB型双组分聚氨酯堵管，双组份聚氨酯配合比A ∶B=1 ∶5，反应时间为1min（图1）。

3.2 WSS深孔注浆

洞门破除前，先将盾构机土仓内填满惰性浆液，然后在距地连墙1.2m的地面，注浆钻机在盾构机盾体上方2，10，3，9点位对应的位置打孔，每个孔钻至距盾构机盾体10cm。洞门破除前将双液注浆泵的两个吸浆管分别放入水泥浆和水玻璃桶内，通过钻机动力头上部的双液水龙头、双通道主轴、双层钻杆、孔底混合器、钻头进入孔内，双液浆在孔底混合器处混合。浆液初凝时间小于20s，此时双液浆会在钻头附近形成一个密封带，防止浆液返流至地面，由于土仓内提前注满了厚浆，浆液得以在盾构机盾体周围扩散堵住流水通道，注浆时钻杆保持旋转。

3.3 盾构机径向孔注高性能优质聚氨酯

由于刀盘开挖直径比盾构机盾体直径大，为减少土仓内水的来源，在洞门破除前往盾构机径向孔注高性能优质聚氨酯，从而起到对盾体与围岩间的水流和部分裂隙水进行控制的目的。在盾构机中盾和盾尾径向孔注高性能优质聚氨酯同时，安排人在土仓里观察仓内水流情况，对流水对应的径向孔加注高性能优质聚氨酯，阻断盾体周边水源。

3.4 管片壁后注高性能优质聚氨酯、双液浆（图2，3）

在高水压富水砂层中盾构出洞时，土仓里的水除了来自盾体周围围岩间外，大多数来自盾尾后方管片壁后的流水通道。为了彻底阻断盾尾后方来水，在盾尾后第2环后每隔一环开孔注双液浆做止水环箍，注双液浆之前在脱出盾尾1-2环管片开孔注高性能优质聚氨酯，防止双液浆流向盾体周边包裹盾体。止水环箍做完后通过在止水环箍前方开孔观察的方式对止水效果進行验证，用钢钎打孔至管片壁后1m，孔内无泥水流出说明止水环箍效果显著，确保止水措施有效后方可进行下步施工。

3.5 侧墙增设泄压孔（图4）

接收端止水帷范围内布置有6口降水井及2口观测井，在盾构机到达时一直利用降水井对端头进行降水，但实际降水效果并不明显。为确保端头水位在隧道底部以下，以防到达过程中地下水位过高引起土体坍塌。在洞门5点和7点的侧墙上打泄压孔引流地连墙和车站主体维护结构夹缝的水源。

3.6 分两次破除洞门

洞门破除前在洞门上米字形开9个观察孔，观察是否有渗水现象，达到自稳性等技术指标，全部指标满足施工规范要求，再进行洞门凿除。地连墙设计厚度为80cm，为防止洞门完全破除后土体失稳危及车站及隧道安全，洞门破除过程中先破除50cm厚度，完成后再破除剩余30cm，减少洞门掌子面暴露时间。

3.7 洞门钢圈内焊止水钢板（图7）

由于端头井洞门钢圈直径与盾构外径存有一定的间隙，盾构出洞前，为了缩小盾壳与洞圈的间隙、便于塞填海绵条以防止盾构出洞时洞门钢圈产生漏水、漏泥等问题，在洞门钢圈内焊2道5mm厚18cm高的弧形弹性钢板，洞门钢圈内弧形弹性钢板焊接成完整两圈间隔为10cm，弧形钢板以10cm间距开缝，缝深10cm。两圈弧形钢板之间填充180mm×100mm高密度海绵条。

4 结 语

通过采用预埋管路深孔注AB型双组份聚氨酯施工、wss深孔注浆、盾构机径向孔注高性能优质聚氨酯、洞内管片注双液浆和高性能优质聚氨酯、侧墙增设泄压孔、洞门钢圈内焊双道止水钢板等施工工艺相结合，地面与隧道内相协调的立体施工法，在盾构接收端头加固效果不理想的情况下，多措并举有效切断盾体周边和盾构机后方来水，规避了在端头加固失效的情况下盾构机在高水压富水砂层中到达接收时的巨大风险，避免了在此高风险点造成毁灭性安全事故的可能性，盾构机安全、有序的到达接收，保障了工期，也为后续的快速施工的打下了夯实的安全基础。