天津地鐵6號(hào)線西青道站—南運(yùn)河站區(qū)間盾構(gòu)到達(dá)接收措施失效處理實(shí)例

李 海， 朱長(zhǎng)松

(中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450003)

天津地鐵6號(hào)線西青道站—南運(yùn)河站區(qū)間盾構(gòu)到達(dá)接收措施失效處理實(shí)例

李 海， 朱長(zhǎng)松*

(中鐵隧道股份有限公司， 河南 鄭州 450003)

為解決盾構(gòu)出洞接收時(shí)洞門漏水、漏漿影響盾構(gòu)正常出洞的問題，以天津地鐵6號(hào)線西青道站—南運(yùn)河站區(qū)間盾構(gòu)出洞施工中洞門漏水為例,通過采取明洞填充、隧道內(nèi)注漿、盾殼開孔對(duì)洞門主體結(jié)構(gòu)注聚氨酯、洞門凍結(jié)等應(yīng)急措施確保了盾構(gòu)順利出洞。工程實(shí)踐證明，以上方法對(duì)封堵泄漏水路溶腔等十分有效。

土壓平衡盾構(gòu)； 盾構(gòu)接收； 接收井漏水； 堵漏

0 引言

盾構(gòu)出洞施工是隧道盾構(gòu)掘進(jìn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一，同時(shí)也是盾構(gòu)隧道施工的事故多發(fā)階段。盾構(gòu)出洞施工應(yīng)確保地層的自穩(wěn)性，保證盾構(gòu)能按照設(shè)計(jì)路線出洞，防止管片移位、出洞段管片滲水等。以往盾構(gòu)出洞主要采用旋噴樁對(duì)端頭進(jìn)行加固[1]、注漿及聚氨酯等進(jìn)行填充[2-5]、端頭冷凍加固[6-7]、鋼套筒接收[8-9]等技術(shù)措施保證盾構(gòu)接收的安全，但在盾構(gòu)接收過程中往往會(huì)因?yàn)楦鞣N問題導(dǎo)致洞門冷凍、接收明洞等措施失效，從而帶來風(fēng)險(xiǎn)[10-13]；且以上研究有一部分是以預(yù)防為主，另有一部分涉及到接收漏水時(shí)洞內(nèi)注聚氨酯或雙液漿進(jìn)行洞內(nèi)堵漏，但未有對(duì)接收明洞長(zhǎng)時(shí)間(4 h左右)股狀涌水條件下，采用洞內(nèi)外同時(shí)處理、中盾及盾尾殼體開孔注漿等多種手段、綜合性的應(yīng)急處理措施。本文以天津地鐵6號(hào)線區(qū)間土壓平衡盾構(gòu)接收時(shí)洞門漏水為實(shí)例，分析盾構(gòu)出洞時(shí)洞門冷凍體及接收箱體失效情況下盾構(gòu)安全出洞的綜合應(yīng)急措施，并給出洞內(nèi)外堵漏的措施及檢驗(yàn)堵漏效果的方法、盾殼開孔的位置分布及其開孔注意事項(xiàng)、堵漏結(jié)束后盾構(gòu)推進(jìn)的注意事項(xiàng)等。

1 接收措施背景介紹

天津地鐵6號(hào)線西青道站—南運(yùn)河站區(qū)間全長(zhǎng)2 325 m(左線1 152 m、右線1 173 m)，采用2臺(tái)盾構(gòu)先后從南運(yùn)河站始發(fā)，推進(jìn)至西青道站。工程采用土壓平衡盾構(gòu)施工，開挖直徑為6 400 mm。區(qū)間覆土厚度為11～21 m。盾構(gòu)接收端西青道站目前已完成車站主體結(jié)構(gòu)施工，結(jié)構(gòu)頂板已完成封閉，且頂板上部為西青道下沉隧道，隧道凈高5.26 m，下沉隧道為箱體結(jié)構(gòu)。西青道隧道為天津快速路入口之一，是天津公路交通樞紐，日常車流量大，交通繁忙。盾構(gòu)接收端地面及地下結(jié)構(gòu)情況見圖1。西青道站接收端地質(zhì)從上到下依次為⑥3粉土、 ⑥4粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土層、⑧1粉質(zhì)黏土層、⑧2-1粉土層、⑧2-2粉砂層、⑨1粉質(zhì)黏土層、⑨2-2粉砂層。隧道范圍內(nèi)地層主要為⑧2-1粉土層、⑧2-2粉砂層，該地層主要為弱透水性地層。

(a) 地面情況

(b) 地下結(jié)構(gòu)(單位： mm)

Fig. 1 Circumstances on the ground and underground structure at shield receiving section

為了確保接收安全，本次接收盾尾將預(yù)留在區(qū)間隧道內(nèi),接收端采用“站內(nèi)水平注漿和冷凍加固+明洞接收”的方式進(jìn)行接收。即： 冷凍前從接收端洞門均勻開孔對(duì)隧道內(nèi)外圈進(jìn)行大面積水平注漿，封閉地下水暗流；之后對(duì)洞門進(jìn)行鹽水冷凍加固，防止盾構(gòu)出洞時(shí)漏水；冷凍完成后，清理洞門立模支護(hù)，做一個(gè)包裹洞門的混凝土箱體，并向箱體內(nèi)灌筑砂漿，待砂漿凝固后，箱體與隧道成為一體，間接將盾構(gòu)可掘進(jìn)長(zhǎng)度延長(zhǎng)，進(jìn)一步防止盾構(gòu)出洞時(shí)漏水，此砂漿箱體即為接收明洞。由于沿接收端隧道軸向直徑6 m范圍內(nèi)存在冷凍加固，故未進(jìn)行降水施工，在此環(huán)境下左線盾構(gòu)掘進(jìn)至955環(huán)時(shí)洞門冷凍體和接收明洞突然失效，明洞頂板和冷凍管交接處出現(xiàn)2處股狀出水。

2 接收措施失效分析

本次盾構(gòu)接收措施失效具體表現(xiàn)為盾構(gòu)掘進(jìn)至955環(huán)時(shí)明洞頂板和冷凍管交接處出現(xiàn)2處股狀出水，見圖2。經(jīng)研究，得出出水的主要原因有： 1)拔出內(nèi)圈冷凍管后，冷凍溫度測(cè)量?jī)H靠外圈回水溫度檢測(cè)，不能保證溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，冷凍溫度控制存在一定偏差； 2)由于盾構(gòu)此時(shí)處在冷凍強(qiáng)加固區(qū)內(nèi)，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)推力大、速度慢，故在拔出內(nèi)側(cè)冷凍管的情況下盾構(gòu)于冷凍體中掘進(jìn)4 d，在這期間由于盾構(gòu)本身的溫度比冷凍體高近40 ℃，使得包裹盾構(gòu)的冷凍體和盾構(gòu)殼體之間形成溶腔，從而出現(xiàn)過水通道； 3)當(dāng)時(shí)正值夏天，明洞內(nèi)回填砂漿的溫度比較高，回填砂漿和地連墻及車站內(nèi)部冷凍體同時(shí)接觸，使得冷凍體和地連墻出現(xiàn)溶腔，從而形成過水通道。由于明洞及地連墻與內(nèi)襯墻破除處的上層砂漿填充不密實(shí)，使地連墻及內(nèi)襯墻于盾構(gòu)上半部分出現(xiàn)過水通道，如圖2所示。

紅色代表過水通道。

圖2 過水通道示意圖(單位： mm)

Fig. 2 Sketch diagram of water passage (mm)

3 盾體接收措施失效后的應(yīng)急方案及其指標(biāo)

3.1 盾構(gòu)接收措施失效的應(yīng)急處置方案

當(dāng)發(fā)現(xiàn)既有盾構(gòu)接收措施失效后，采取了以下應(yīng)急方案： 1)封堵明洞結(jié)構(gòu)滲漏處，反壓混凝土； 2)探孔檢漏； 3)在管片、盾體及明洞結(jié)構(gòu)內(nèi)注漿； 4)繼續(xù)凍結(jié)。

3.2 應(yīng)急方案指標(biāo)

1)對(duì)明洞結(jié)構(gòu)、明洞與車站結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合部位進(jìn)行檢查，對(duì)有滲漏部位注入聚氨酯進(jìn)行封閉，之后進(jìn)行混凝土反壓。在明洞上部開孔進(jìn)行注漿，開孔位置如圖3和圖4所示，雙液漿注入量不小于38 m3，聚氨酯注入量不小于1 200 kg，確保明洞結(jié)構(gòu)、明洞與車站結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合部位無(wú)滲漏。

圖3 鉆孔注漿位置平面圖(單位： mm)

圖4 鉆孔注漿位置剖面圖(單位： mm)

2)探孔檢漏時(shí)，在明洞側(cè)墻上共開5個(gè)檢漏孔，開孔位置如圖5所示。根據(jù)這些檢漏孔每天的漏水量來判斷后方是否有地下水流入明洞內(nèi)，待判斷后方無(wú)漏水或個(gè)別孔流量小于1～1.2 L/min的清水時(shí)，再進(jìn)行明洞內(nèi)充填注漿。

圖5 明洞側(cè)墻開孔位置(單位： mm)

3)隧道內(nèi)及洞門主體結(jié)構(gòu)注漿方案控制指標(biāo)如下： ①通過管片吊裝孔對(duì)隧道進(jìn)行徑向注漿，注漿范圍為盾尾后倒數(shù)第1環(huán)至第15環(huán)(954—940環(huán))，先淺孔注雙液漿，后深孔注單液漿。注漿完畢后，開孔檢查(開孔深度為管片背后100 mm)，保證無(wú)滲漏水。由于深層注漿可能會(huì)破壞凍結(jié)壁和凍結(jié)管道，所以對(duì)凍結(jié)區(qū)域內(nèi)管片背后不進(jìn)行深層注漿。洞內(nèi)注雙液漿的區(qū)域如圖6所示。洞內(nèi)注漿量統(tǒng)計(jì)如圖7所示。②通過盾體開孔(開孔位置如圖8和圖9所示)，對(duì)盾體段用聚氨酯進(jìn)行徑向注漿。盾尾開孔時(shí)應(yīng)先安裝球閥，再利用磁力鉆從球閥內(nèi)切割形成注漿孔，以防盾體開孔后漏水無(wú)法處理。其中，盾尾開孔位置距離凍結(jié)壁和地連墻交接處0.5 m，填充物主要注向隧道內(nèi)；中體開孔位置距離凍結(jié)壁和地連墻交接處0.35 m，填充物主要注向地連墻及主體結(jié)構(gòu)內(nèi)。這樣可以從地連墻的兩面同時(shí)封堵地下水。

圖6 洞內(nèi)注雙液漿區(qū)域(單位： mm)

圖7 洞內(nèi)注漿量統(tǒng)計(jì)

4)繼續(xù)凍結(jié)。保護(hù)好目前剩余周圈凍結(jié)管，繼續(xù)實(shí)施維護(hù)凍結(jié)，并檢測(cè)冷凍管回水溫度，保證溫度恒定。

通過采取以上4種應(yīng)急處置方案，在明洞觀察孔和反壓混凝土持續(xù)無(wú)水滲出、洞內(nèi)管片開孔檢查持續(xù)無(wú)水滲出、洞口外圈鹽水冷凍管回水溫度恒定時(shí)，即可恢復(fù)掘進(jìn)。

4 應(yīng)急處置方案效果

采取以上措施后，以低速向前推進(jìn)100 mm后停機(jī)，逐個(gè)打開球閥檢查漏水情況，發(fā)現(xiàn)無(wú)滲漏水發(fā)生，同時(shí)明洞上檢測(cè)孔亦無(wú)明顯變化。重復(fù)以上流程，直至斷開盾尾鉸接，將主機(jī)與盾尾分離，期間各檢測(cè)孔均無(wú)變化。

1)盾尾開孔位置距離凍結(jié)壁和地連墻交接處0.5 m； 2)中體開孔位置距離凍結(jié)壁和地連墻交接處0.35 m。

圖8 盾體開孔位置縱剖面圖(單位： mm)

Fig. 8 Longitudinal profile showing open cut on shield body (mm)

內(nèi)圈為中盾12個(gè)孔； 外圈為盾尾12個(gè)孔。

圖9 盾體開孔位置橫剖面圖

Fig. 9 Horizontal profile showing open cut on shield body

5 結(jié)論與討論

本次盾構(gòu)接收措施失效是由于盾構(gòu)在進(jìn)入冷凍區(qū)后盾構(gòu)推進(jìn)速度慢、盾體內(nèi)外溫差大所致。一方面，過長(zhǎng)的推進(jìn)時(shí)間造成包裹盾構(gòu)的冷凍體在盾構(gòu)殼體處出現(xiàn)溶腔，從而形成過水通道；另一方面，冷凍管的保護(hù)層未剝離直接澆筑在混凝土內(nèi)，形成了漏水通道。二者綜合作用，導(dǎo)致既有盾構(gòu)接收措施失效。

在接收措施失效后，綜合采取明洞結(jié)構(gòu)滲漏處封堵及混凝土反壓、探孔檢漏、管片和盾體及明洞結(jié)構(gòu)內(nèi)注漿、繼續(xù)凍結(jié)等應(yīng)急處置方案，很好地封堵了泄漏水路溶腔等，從而確保盾構(gòu)順利恢復(fù)推進(jìn)、出洞。

相對(duì)于正常情況下盾構(gòu)出洞失效后的解決措施，本文給出了更為極端環(huán)境下盾構(gòu)出洞措施失效的解決方法。其不足之處在于，本文所討論的盾構(gòu)出洞措施是明洞加冷凍的接收方式，可為出洞降水及地層加固的接收形式提供一定參考，但并不能完全適用。

[1] 劉濤，張志冰. 盾構(gòu)端頭井洞門SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水處理技術(shù)研究[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2014(6): 57-68.(LIU Tao， ZHANG Zhibing. Study of the water leakage treatment technology of the shield end well chamber door using SMW pile enclosure structure [J]. Railway Construction Technology， 2014 (6): 57-68.(in Chinese))

[2] 康杰. 11.58 m大直徑泥水盾構(gòu)出洞止水工藝研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2011, 7(5): 957-976.(KANG Jie. Shield launching sealing technology for the 11.58 m diameter slurry shield TBM [J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2011, 7(5): 957-976.(in Chinese))

[3] 張朝彪,金福強(qiáng),胡俊,等. 不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)進(jìn)出洞施工技術(shù)研究[J]. 江蘇建筑，2010(4): 62-65.(ZHANG Chaobiao, JIN Fuqiang, HU Jun, et al. A study of shields’ launching and arriving technology in different geological conditions [J]. Jiangsu Construction，2010(4): 62-65.(in Chinese))

[4] 郭紅遠(yuǎn). 盾構(gòu)在砂性土層中進(jìn)出洞施工的風(fēng)險(xiǎn)控制[J]. 城市道橋與防洪， 2011 (6): 211-214.(GUO Hongyuan. Risk control in construction of shield going in and out of cave in sandy soil layer [J]. Urban Roads Bridges & Flood Control， 2011 (6): 211-214.(in Chinese))

[5] 李玉濤. 地鐵冷凍法及盾構(gòu)水中進(jìn)洞施工控制要點(diǎn)[J]. 城市建筑， 2014(2): 74-85.(LI Yutao. The controlling essentials of subway frezzing method and shield break-in in water [J]. Urbanism and Architecture，2014(2): 74-85.(in Chinese))

[6] 鄧勝,焦倓然,任飛,等. 盾構(gòu)法的冷凍地層加固探討[J]. 價(jià)值工程， 2015(10): 108-111.(DENG Sheng, JIAO Tanran, REN Fei, et al. On the reinforcement of frozen layer in construction with shield method [J]. Value Engineering， 2015(10): 108-111.(in Chinese))

[7] 嵇彭. 盾構(gòu)進(jìn)出洞全方位風(fēng)險(xiǎn)控制凍結(jié)加固技術(shù)[J]. 中國(guó)工程科學(xué)， 2012(2): 90-95.(JI Peng.Technology of freezing reinforcement and risk control at all direction in construction of break-in and break-out of shield [J]. Engineering Science， 2012 (2): 90-95.(in Chinese))

[8] 王健. 盾構(gòu)到達(dá)鋼套筒輔助接收系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)及施工[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù)， 2014, 11(4): 59-62.(WANG Jian. Improved design and construction technology of steel sleeves in shield auxiliary arriving system [J]. Modern Transportation Technology， 2014, 11(4): 59-62.(in Chinese))

[9] 陳珊東. 盾構(gòu)到達(dá)接收輔助裝置的使用分析[J]. 隧道建設(shè)， 2010, 30(4): 492-494.(CHEN Shandong. Analysis of application of steel sleeves in shield arrivals [J]. Tunnel Construction， 2010, 30(4): 492-494.(in Chinese))

[10] 張斌. 盾構(gòu)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的進(jìn)出洞施工技術(shù)[J]. 隧道建設(shè)， 2009, 29(3): 305-309.(ZHANG Bin. Construction technology of launching and arriving for shield tunneling in complex geology [J]. Tunnel Construction， 2009, 29(3): 305-309. (in Chinese))

[11] 楊勇. 軟土復(fù)雜環(huán)境下盾構(gòu)法隧道防水與堵漏技術(shù)[J]. 鐵道建筑技術(shù)， 2013(9): 88-106.(YANG Yong. Waterproofing and leak-stoppage technology for shield-driven tunnels in the complex environment [J]. Railway Construction Technology， 2013(9): 88-106.(in Chinese))

[12] 王義強(qiáng). 盾構(gòu)隧道滲漏水原因分析及處理[J]. 城市建筑，2013 (6): 150-152.(WANG Yiqiang. Cause analysis and treatment of the seepage water leakage of shield tunnel [J]. Urbanism and Architecture， 2013(6): 150-152.(in Chinese))

[13] 王峰. 盾構(gòu)隧道滲漏水原因分析及應(yīng)對(duì)措施[J]. 城市建筑， 2013(8): 2.(WANG Feng. The causes and countermeasures of water leakage in shield tunnel [J]. Urbanism and Architecture， 2013 (8)： 2.(in Chinese))

Countermeasures for Failure of Shield Receiving of Xiqingdao Station-Nanyunhe Station Section on Line No. 6 of Tianjin Metro

LI Hai, ZHU Changsong*

(China Railway Tunnel Stock Co., Ltd., Zhengzhou 450003, Henan, China)

The stopping of water leakage and slurry leakage of shield receiving shaft are very important and difficult. A series of technologies, i.e. filling of open-cut tunnel, grouting in tunnel, polyurethane filling for main tunnel structure and tunnel portal freezing, have been adopted in water leakage stopping of shield receiving shaft of Xiqingdao Station-Nanyunhe Station section on Line No. 6 of Tianjin Metro. The construction results show that the above-mentioned technologies are feasible and effective.

earth pressure balance shield; shield receiving; water leakage of shield receiving shaft; water leakage stopping

2016-02-01；

2016-07-18

李海(1982—)，男，甘肅蘭州人，2007年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，工業(yè)工程專業(yè)，本科，工程師，從事隧道及地下工程建設(shè)及設(shè)備管理工作。E-mail: 240269146@qq.com。*通訊作者： 朱長(zhǎng)松， E-mail: zcs767@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.12.016

U 455

B

1672-741X(2016)12-1512-05