富水砂层高承压水头土压平衡盾构机水下接收技术

刘 民

中铁二十二局集团轨道工程有限公司 北京 100040

1 工程概况

广州市轨道交通十八和二十二号线项目三分部位于横沥站至番禺广场站间，HP2 中间风井～HP3 盾构井区间，左线长2503.346m，右线长2819.278m。盾构机从HP2 中间风井始发，在HP3 盾构井到达并吊出。区间左右线均采用ZTE8800 型复合式土压平衡盾构机施工，隧道采用钢筋混凝土单层衬砌，通用楔形环管片，管片内径7.7m，外径8.5m。HP3 盾构井盾构接收端位于南沙大道南侧路旁，隧道埋深约31m，地下水位约1～2m，隧道主要为<3- 2> 中砂、<3- 3> 圆砾和<7- 2> 强风化粉砂质泥岩地层。

2 接收方式选择

2.1 选择水下接收原因

HP3 接收井附近洞身穿越地层为中粗砂，上部为淤泥质粉细砂，透水性强、自稳性差，且基坑埋深41m，地下水位1～2m，属于高承压水头，接收时端头有涌水涌沙风险。水下接收工法可以应用在压力高、地基局限性不足的环境条件下，实现盾构接收施工保护。

2.2 工法特点

（1）水下接收方式可以实现接收井内外水土压力平衡性的要求，有效规避盾构接收时的各项风险，提高工程安全性与稳定性。

（2）在盾构接收地基加固环节，盾构掘进至与接收井井壁达到规定距离的条件下，停止掘进施工，保证洞门围护结构外加固土体无任何渗漏问题后，才能够使用盾构机接收，保证安全性合格。

（3）接收井中灌水到达地下水位的标高部位，可以让内外结构达到平衡状态。盾构水接收时，可以避免出现井外水土流失问题，防止盾构接收渗漏情况发生，保证建设完成的隧道运行安全。

2.3 工艺原理

盾构接收前的准备工作包括洞门测量、隧道轴线拟合、场地布置、混凝土基座的制作等。在掘进到洞门周边围护结构后，使结构加固土体符合要求，再填砂到地下水位标高部位让井内外的水土实现平衡，进行后续接收准备工作。

3 施工工艺及操作要点

3.1 水下接收总体施工工艺顺序

接收井端头土体加固和钢筋混凝土接收基座的施工；洞门延长钢环安装、密封钢板束及钢板刷安装和贯通测量；盾构机进入加固土体后进行刀具检查和盾尾止水环施工；向工作井内填砂灌水，灌水至现状地下水位高度；盾构机破碎洞门地连墙，逐步进入接收盾构井；抽掉盾构井内泥水，在洞门周边空间使用密封注浆方式加固处理，并且根据工艺要求拆解盾构机。

3.2 水下接收操作要点

3.2.1 接收准备工作

材料准备：保证现场使用的材料、器具完善，达到该环节施工需要，管片、连接件等材料准备充足，不存在停工待料的情况。准备足够施工材料，接收后及时进行封闭注浆施工。

测量工作：再次检查盾构施工位置的精度，保证盾构姿态、里程符合要求，洞门偏差处于合理范围内，对于拟定的施工轴线、坡度等进行复测，保证盾构机安装到基座部位上。

3.2.2 端头加固

接收井端头加固： 按设计要求， 采用Φ850@600mm 三轴搅拌桩加固，贴近盾构井连续墙一侧设置一排Φ800@600mm 三管旋喷桩咬合止水的综合加固措施。加固尺寸：长12m、宽14.5m、深41m。满足施工要求。

3.2.3 降水井施工观察水位

降水井的作用是观察地下水位。在地基加固区外设置降水井时，需要根据水文、地质条件进行设计、验算，使其满足各施工阶段的要求，降水井深度为12～15m。盾构接收期间需要随时观察地下水位。

3.2.4 盾构接收导台施工

本区间接收端处于1600m 的圆曲线中，隧道线路中心偏移值为280mm。盾构接收采用割线接收，否则会使盾体卡住洞门造成出洞困难，甚至不能出洞。

3.2.5 洞门密封安装

洞门密封装置安装主要包含1 道延长钢环、1 道盾尾刷和1 道钢板束。延长钢环和洞门预埋钢环应使用螺栓连接，通过焊接方式封闭。盾尾刷与洞门具有10cm 的距离，通过焊接方式和延长钢环连接，弹簧钢板层层交叠的方式和延长钢环连接，使用压板固定。盾构机进入到洞门钢环后，钢板束需要直接包裹盾体结构，阻隔地层内水土与洞门封堵浆液进入到接收井内。

洞门密封装置的作用如下：避免盾构机出洞时发生涌水、涌砂的问题；盾构机出洞洞门封闭前，需要进行压力阻挡，确保封堵质量合格，盾构机出洞达到安全性、稳定性标准。

3.2.6 盾构机姿态调整

盾构到达前需要进行洞内检测，实现系统性复测，做好各个控制点的精密度、准确性。同时，还要进行洞门中心部位偏差、洞门全圆半径的控制，必要时根据测量结果做出调整，保证盾构机根据设计线路要求从到达接收井基座开始控制。

3.2.7 井内水土回填

为减少盾构出洞时的涌砂、涌水现象。盾构井内需要填砂至洞门中心高度，自延伸钢环的外边按照30°放坡；灌水到地下水位标高，实现内外水压平衡。

（1）在接收条件验收通过，盾构井内密封装置及混凝土导台等准备工作完成后，盾构机刀盘位于加固区内，开始接收井水土回填。

（2）水下法接收采取动态平衡接收法，可以在灌水后及时通过水位观察孔量测复核端头地下水位，确定接收井内外压力是否平衡。

（3）当水灌至地下水位齐平时，应该测量水压是否满足接收要求，接收过程中，盾构机及时按水压做适当调整。

（4）回填灌水结束后，应在端头蓄水池中蓄满水，以防井内压力低于水土压力，及时抽排回灌。

3.2.8 盾构到达掘进参数的控制

（1）达到段掘进：盾构到达接收部位时，结合地质状态、覆土厚度、降水压力等基础，确定水土压力，保证掘进参数符合要求，且结合地表沉陷数据做好上部压力调节，满足工程施工需要。盾构机接收部位的掘进速度均匀、稳定，不会给土体造成过大地扰动和影响，保证盾构隧道轴线精度合格。同步注浆量与注浆压力需要结合推进速度、出渣量进行控制，避免盾尾漏浆。

（2）加固区掘进：加固土体强度高，加固掘进时速度在20mm/ min 以内，土压按照监测数据、巡查结论进行调整，保证符合技术标准。在加固土体掘进施工时，随时进行接收井观察，加强沉降监测控制，保证土压力合格，回填注浆饱满度合格，且推力相对较小。最后10 环管片拼装的质量合格，每一环进行3 次复紧处理。每3 环设置止水环，便于切断后方来水，从而确保缩短浆液凝固时间，注入过程中应严控注浆压力，注浆压力为0.3～0.5MPa。确保盾尾下部空隙的封堵密实，避免隧道底部出现渗漏水。

（3）工作井内推进：盾构机刀盘突破连续墙结构，直接进入接收井时，可以推进盾构机刀盘到洞门钢环位置上，停止转动刀盘，关闭螺旋机闸门。需要确保土仓压力与水压相同，且注浆量均匀。拼装环节，油缸伸缩速度降低，防止拼装过程中发生设备移动、千斤顶松动等问题，管片密封性必须合格，防止渗漏问题发生。当盾构机前进至盾尾与延伸钢环搭接40～50 cm 时停止前进，并开始洞门封堵注浆。

3.2.9 螺旋机止水措施

盾构井内水压力较高，易从螺旋机涌出，应采取收回螺旋机，关闭螺旋机前、后闸门；在螺旋机内注入高浓度的膨润土止水或聚氨酯、厚浆等措施。

3.2.10 止水环施做

为了及时切断后续来水，需要制作止水环，采取二次注浆方式。二次注浆根据现场标准要求确定，压力为0.3～0.4MPa，应使用双液补充注浆方式，通过多孔、多次循环方法进行，探究管片和后部结构间隙密封性合格，对后方来水的进行影响。

3.2.11 盾构一次接收

盾构机第1 次出洞时，盾尾留40～50cm 在洞门密封里，洞门部位需要预埋钢环相应的管片，保证注浆孔上双液浆从下到上进行封闭处理，洞门上方12 点处设置一排气阀，直到浆液从阀流出时关闭。盾构盾体进入洞圈后，通过双液浆把洞门封闭，保证预埋钢环全部填充好浆液，确保整体洞门密封性合格。

3.2.12 洞门注浆封堵

盾构接收时，盾壳与洞圈之间存在约15cm 间隙，可能成为渗漏通道。注浆封堵间隙是确保盾构接收后洞门密封效果的有效措施，为之后井内水土排除提供有利条件。利用隧道内增加的注浆孔向隧道外注浆，待注浆达到预期效果后在接收井内抽出部分水，观察水位变化。洞门封堵注浆以不形成水流为检验标准。

3.2.13 井内排土排水

（1）二次注浆封堵完成后，若无漏水现象，开始抽排井内积水。

（2）清理接收井内泥沙。

（3）时刻观测洞门位置处是否具有涌水涌砂的情况，若存在涌水涌砂应立即停止抽水或清泥工作，重新进行洞门封堵。

3.2.14 盾构二次接收

确认洞圈无渗漏，盾构尽快推上导台，缩短盾构二次接收时间。将密封装置拆除一部分，在背覆钢板管片与预埋钢环之间焊接钢板，封堵管片与预埋钢环之间的间隙。

4 到达测量监测

盾构机掘进施工阶段，每日对盾构姿态与管片姿态进行严格监控，采取人工测量方法反馈给管理者、监理工程师审查。地面监测一般为全天候两班轮流工作，结果及时送报监理。地表设置观测点，不间断进行地表沉降、围护结构监测，一旦有任何危险征兆，及时采取措施处理。

5 结语

通过对水下接收施工难点的调查、分析和实践，可以保证盾构机安全顺利接收。为今后土压平衡盾构机水下接收提供参考。