承壓水砂層盾構(gòu)鋼套筒接收施工技術(shù)

孟善寶

摘要： 盾構(gòu)接收是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵工序，富水軟土地層中，隨著隧道埋深的增加，盾構(gòu)接收的施工難度及風(fēng)險(xiǎn)也越來越大。本文根據(jù)天津地鐵6號線承壓水砂層中既有運(yùn)營線地下三層車站盾構(gòu)接收為例，采用“地面水泥系加固、站內(nèi)鋼套筒接收”的施工方法，安全、順利地完成了盾構(gòu)接收，確保了隧道和周邊環(huán)境的安全，可為日后類似工程施工提供借鑒。

Abstract： Shield receiving is the key process of shield construction. In soft soil layer which is rich in water， with the increase of the tunnel depth， the difficulty and risk of receiving shield also grows. This paper takes the shield receiving technology of the existing operating line—an underground three-layer station in the confined groundwater and sand layer of Tianjin Metro Line 6 as an example， which applies to the "ground cement reinforcement， steel sleeve receiving in station" construction method， completes the receiving of shield safely and successfully and also ensures the safety of the tunnel and the surrounding environment， providing reference to similar works in the future.

關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)接收；鋼套筒；承壓水；砂層；地下三層車站

Key words： shield receiving；steel sleeve；confined groundwater；sand layer；underground three-layer station

中圖分類號：U231+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0158-03

1 工程概況

天津地鐵6號線紅旗南路站～育梁道站區(qū)間沿紅旗南路敷設(shè)，左線長477.048m，右線長477.055m。采用兩臺土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，分別從育梁道站小里程端始發(fā)，至紅旗南路站大里程端接收。區(qū)間線間距13～15.7m變化，縱斷面為單向坡，最大縱坡15‰；頂部覆土10.50～16.26m。

2 盾構(gòu)接收難點(diǎn)分析

①盾構(gòu)接收端隧道底部埋深22.3m，隧道洞身大部分位于⑧2-2粉砂層，為第一承壓含水層，承壓水水頭為地面下3m，粉砂層中加固質(zhì)量不易保證，滲漏水風(fēng)險(xiǎn)極大。

②盾構(gòu)接收端紅旗南路站為地下三層車站，且為已運(yùn)營地鐵3號線和6號線換乘站，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)將影響已運(yùn)營3號線。

③地面環(huán)境復(fù)雜，一側(cè)為交通要道，一側(cè)為居民樓，接收出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)將威脅到達(dá)處建筑物及管線安全，工程風(fēng)險(xiǎn)巨大。

3 盾構(gòu)接收方案比選

①常規(guī)簾布接收：隧道位于承壓含水層，端頭加固效果難以保證，接收過程中易發(fā)生涌水，該方案風(fēng)險(xiǎn)過大。

②冷凍法加固接收：垂直凍結(jié)受施工場地限制，不具備施工條件；水平凍結(jié)鉆孔時易發(fā)生涌水、涌砂，風(fēng)險(xiǎn)大，且施工費(fèi)用高，工期長。

③地面水泥系加固+混凝土明洞：安全可靠，但施工工期長，砂漿回填量大，混凝土鑿除緩慢，且不可循環(huán)利用。

④地面水泥系加固+鋼套筒明洞：安全可靠，施工速度快，可重復(fù)利用，節(jié)余成本[1]。

經(jīng)綜合考慮安全、成本、工期等因素，選擇地面水泥系加固+鋼套筒明洞接收方案。

4 盾構(gòu)鋼套筒接收施工要點(diǎn)

4.1 端頭加固及效果檢測

端頭加固采用？準(zhǔn)850@600三軸攪拌樁+？準(zhǔn)800@500雙排三重管雙高壓旋噴，高壓旋噴樁在地連墻轉(zhuǎn)角部位進(jìn)行包角處理。加固范圍：沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向6m，隧道上下左右各3m。

①為保證高壓旋噴樁在砂層成樁質(zhì)量，采用復(fù)噴工藝，水灰比1：1，加膨潤土5%，速凝劑0.5%（均與水泥質(zhì)量比），凝結(jié)時間控制在30min左右。

②加固完成達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行取芯檢測，芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa，滲透系數(shù)小于10-7cm/s。另外，通過打水平觀察孔來檢測加固效果，觀察孔包括4個“死角”探孔、4個隧道周邊探孔、5個隧道洞體探孔，如圖1所示。探水完成后必須立即安裝球閥并采用水不漏封閉引流管，靜置24h無滲水判斷為加固合格。

③檢測不合格處理措施。若探水存在滲漏現(xiàn)象，采取水平注水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，雙液漿凝結(jié)時間控制在30～45s。注漿時利用洞門探孔作為水平注漿孔，并在附近再打設(shè)一根引流管，注漿時開啟引流管，達(dá)到漿液置換的目的。

4.2 鋼套筒設(shè)計(jì)制作

4.2.1 筒體

筒體長10.5m，內(nèi)徑6.7m，分6節(jié)，每節(jié)又分為上、下兩塊（如圖2所示），標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長度2m，連接環(huán)0.5m。筒體材料采用16mm厚鋼板，加強(qiáng)肋板20mm厚、200mm寬，間距500（環(huán)向）×528（縱向）一道，連接法蘭采用30mm厚鋼板，采用M30高強(qiáng)螺栓（8.8級）連接。連接法蘭中間加10mm厚橡膠墊，以保證密封效果[2]。

鋼套筒后蓋采用鋼板加工字鋼焊接而成，鋼板厚度為20mm，在鋼板外側(cè)焊接6根32a工字鋼，井字形布置。鋼板外緣與筒體端頭法蘭采用螺栓連接，型號為M30×100（8.8級）。

4.2.2 過渡連接環(huán)

鋼套筒與洞門鋼環(huán)之間設(shè)一過渡連接環(huán)，長度0.5m，與洞門鋼環(huán)采用焊接連接[3]，由于洞門鋼環(huán)安裝誤差導(dǎo)致局部不密貼的部位采用塞焊鋼板進(jìn)行密封，保證防水質(zhì)量。過渡環(huán)與鋼套筒的連接和其余筒體相同。

4.2.3 輔助設(shè)施

①進(jìn)料口：為方便鋼套筒安裝期間的材料運(yùn)輸和回填料填灌，在靠近洞門第二節(jié)和第三節(jié)上鋼套筒上預(yù)留兩個下料口。

②安全門：在靠近洞門第一節(jié)鋼套筒兩側(cè)各設(shè)置一個安全門，便于鋼套筒安裝和洞門破除期間人員進(jìn)出和渣土及材料的運(yùn)送，盾構(gòu)接收前需將安全門關(guān)閉并確保密封性良好。

③觀察孔和監(jiān)測儀表：在鋼套筒的過渡連接環(huán)2、4、8、10點(diǎn)位置設(shè)4個帶球閥觀測孔，靠近洞門三節(jié)鋼套筒頂部1點(diǎn)和11點(diǎn)位各設(shè)置？準(zhǔn)100mm的帶蝶閥觀察孔，用來檢查洞門密封質(zhì)量。在連接環(huán)靠近洞門處和后端蓋平面板各設(shè)置1個壓力表，以檢測過渡連板的受力情況。

4.3 鋼套筒安裝

4.3.1 筒體安裝

①安裝前首先在車站內(nèi)確定線路中線，并按線路中線將托架固定。

②在地面將每節(jié)筒體安裝密封材料。

③按順序?qū)撎淄灿伤淼劳囌痉较虬惭b并緊固，安裝過程中勤量測，保證中心與設(shè)計(jì)中心相同。

④鋼套筒的過渡連接板與洞門環(huán)板的連接要確保密貼，防止?jié)B漏水。

4.3.2 密封性措施

①連接法蘭位置安裝10mm厚橡膠止水條，寬度15cm，安裝過程中做好保護(hù)工作，避免破壞。

②環(huán)向間隙較大的接縫粘貼T型止水條（采用背貼式止水帶加工）。

③其余內(nèi)、外側(cè)接縫填充嵌縫材料（普通水泥+快干水泥+108膠）。

4.3.3 反力支撐安裝

反力支撐采用？準(zhǔn)609鋼支撐支撐在車站結(jié)構(gòu)上，安裝就位后，采用千斤頂頂后蓋，消除筒體間安裝間隙后[4]，再進(jìn)行支撐固定。

4.3.4 防扭轉(zhuǎn)支撐安裝

鋼套筒上下、兩側(cè)安裝防扭轉(zhuǎn)支撐，頂在底板、側(cè)墻及中板梁上。防扭轉(zhuǎn)支撐采用25a工字鋼，與鋼套筒焊接連接，另一側(cè)與車站結(jié)構(gòu)密貼。

4.3.5 混凝土基座澆筑

在鋼套筒底部60°范圍內(nèi)澆筑15cm厚C20細(xì)石混凝土基座，以防刀盤出加固體時扎頭。

4.4 盾構(gòu)接收施工

4.4.1 盾構(gòu)接收準(zhǔn)備

①應(yīng)急降水井。在端頭離洞門縱向3m，左右線隧道中間及隧道外側(cè)4m處施做3口應(yīng)急降水井，降水井穿透第一承壓含水層。若洞門破除、盾構(gòu)接收過程中出現(xiàn)大量涌水、涌砂，按照規(guī)定程序進(jìn)行上報(bào)并啟動應(yīng)急降水井，進(jìn)行降水減壓。

②隧道內(nèi)探水及封堵注漿。刀盤抵達(dá)地連墻后，盾尾完全進(jìn)入加固區(qū)1.3m，鑿開脫出盾尾往后20環(huán)的管片吊裝孔（含前期注漿完成的吊裝孔），打開盾構(gòu)機(jī)前中盾徑向注漿孔觀察滲流水。在前中盾體徑向注漿孔和盾尾倒數(shù)第2～3環(huán)注入聚氨酯，無流水的孔注入1桶，有流水的孔注入3桶。使盾構(gòu)機(jī)與地層間形成柔性密封止水環(huán)。后部注漿孔注入雙液漿。

③洞門破除。洞門補(bǔ)充注漿加固完成，重新探水無滲漏時，破除保護(hù)層，剝離地連墻第一層鋼筋網(wǎng)。盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)地連墻降低土倉壓力，加固區(qū)外止水環(huán)箍完成，并鑿開管片孔觀察有無流水，及土倉壓力有無變化。確保無流水風(fēng)險(xiǎn)后，鑿除60cm混凝土，鑿除時由上往下、先兩側(cè)后中間。

④鋼套筒填料。鋼套筒驗(yàn)收完畢且洞門破除完成后，向鋼套筒內(nèi)填料。填料采用M1.0砂漿，采用天泵澆筑，填料時間控制在8小時以內(nèi)，完成后及時封閉填料口，砂漿配比見表1。

4.4.2 過渡段掘進(jìn)

①盾構(gòu)機(jī)刀盤距離加固土體1.5m時停機(jī)檢查，確保盾構(gòu)機(jī)處于最佳狀態(tài)。開始進(jìn)行洞門破除及回填砂漿。

②通過在盾尾注聚氨酯和后續(xù)管片注雙液漿對后續(xù)20環(huán)管片進(jìn)行止水封堵，形成止水環(huán)箍，避免因同步漿液收縮后形成間隙通道，嚴(yán)格把握二次注漿部位、時間和注漿量，并確保注漿均勻，防止因注漿不當(dāng)造成盾尾固結(jié)。

4.4.3 加固區(qū)掘進(jìn)

①掘進(jìn)時嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)總推力和掘進(jìn)速度，切勿力量過大速度過快，總推力控制在8000kN以內(nèi)，掘進(jìn)速度控制在1～2cm/min。

②嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，水平姿態(tài)控制在±15mm左右，垂直姿態(tài)控制在+10～+20之間。

③嚴(yán)格控制盾尾間隙，掘進(jìn)過程中隨時關(guān)注盾尾油脂壓力，及時進(jìn)行補(bǔ)壓，以防漏漿。

④為防止管片與開挖土體間形成漏水通道，在管片注漿孔注雙液漿，及時形成封閉環(huán)箍。

⑤鋼套筒接收時二次注漿在管片脫出盾尾5環(huán)后進(jìn)行[4]，距離不宜過近，否則容易造成盾尾刷破壞。注漿時嚴(yán)格控制孔位和壓力、注漿量，不僅要保證環(huán)箍封閉水的質(zhì)量，還不能對盾尾刷造成破壞。

4.4.4 進(jìn)鋼套筒掘進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)入筒體后，按正常參數(shù)進(jìn)行掘進(jìn)，當(dāng)環(huán)管片全部拼裝完成后，對最后5環(huán)管片進(jìn)行二次注漿，并通過觀察閥進(jìn)行滲漏水檢查，保證后方無水流進(jìn)入鋼套筒，盾構(gòu)接收完成。

①掘進(jìn)參數(shù)：掘進(jìn)速度<5mm/min；推力<4000kN，盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)過程中，要確保與外界聯(lián)系，密切觀察鋼套筒支撐情況，一旦發(fā)現(xiàn)變形量超量或有滲漏時，立即停止掘進(jìn)，及時采取補(bǔ)救措施。

②掘進(jìn)姿態(tài)：掘進(jìn)時以鋼套筒實(shí)測中心線為控制線，水平和垂直偏差控制在±2cm之內(nèi)，防止盾構(gòu)機(jī)與筒體發(fā)生碰撞。

③施做環(huán)箍：一邊掘進(jìn)一邊進(jìn)行二次注漿施做環(huán)箍，封堵管片外的滲水通道，防止盾構(gòu)后方的水進(jìn)入鋼套筒。

④滲漏水檢查：掘進(jìn)到位后，通過觀察閥進(jìn)行滲漏水檢查，保證后方無水流進(jìn)入鋼套筒。

⑤施工監(jiān)測：掘進(jìn)時定時對鋼套筒的變形情況進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常立即停機(jī)，待處理完成后恢復(fù)掘進(jìn)。

4.4.5 鋼套筒拆除及盾構(gòu)機(jī)吊裝

盾構(gòu)接收完成后，經(jīng)檢查洞門無滲漏水，方可進(jìn)行鋼套筒拆除。先拆除反力支撐及防扭轉(zhuǎn)支撐。然后割除鋼套筒上半部分連接環(huán)鋼板，割除完成后立即在洞門鋼環(huán)與管片之間焊接弧形鋼板，保證洞門密封。最后拆除鋼套筒上蓋，鑿除鋼套筒內(nèi)砂漿，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)吊裝。

5 施工總結(jié)

天津地鐵6號線紅旗南路站-育梁道站區(qū)間接收施工中，采用鋼套筒接收有效控制盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)，對周邊道路、管線、建筑物及既有線運(yùn)營未造成施工影響，并得到以下施工經(jīng)驗(yàn)：

①高壓旋噴樁在承壓水砂層成樁質(zhì)量較差，經(jīng)試驗(yàn)在水泥漿中添加適當(dāng)?shù)乃倌齽┖团驖櫷聊苡行г黾映蓸顿|(zhì)量。

②施工中鋼套筒回填砂漿強(qiáng)度選擇尤為關(guān)鍵，若砂漿強(qiáng)度太高，因盾構(gòu)機(jī)配置軟土地層刀盤，掘進(jìn)困難，掘進(jìn)速度十分緩慢，從而可能引起其他風(fēng)險(xiǎn)。

③由于預(yù)埋鋼環(huán)的圓度和鋼套筒的圓度很難保持一致，建議鋼套筒直徑較鋼環(huán)內(nèi)徑增大100mm，從而保證焊接質(zhì)量，避免洞口滲漏水。

④鋼套筒拆除前的滲漏水檢查尤為關(guān)鍵，通過多個點(diǎn)位多種方式進(jìn)行確認(rèn)，否則在拆除后出現(xiàn)涌水涌砂，則將功虧一簣，失去了鋼套筒接收的意義。

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