地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)防措施

楊勝斌

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024）

盾構(gòu)施工作為一種相對(duì)安全的工法，被越來(lái)越多地運(yùn)用到地鐵修建工程。地鐵車站多數(shù)建設(shè)在市區(qū)交通要道，修建場(chǎng)地受限。同時(shí)，因盾構(gòu)接收端地質(zhì)條件復(fù)雜、管線遷改困難等問(wèn)題，導(dǎo)致盾構(gòu)接收方式受限，對(duì)盾構(gòu)接收工作提出了更高的要求。

1 工程概況

1.1 盾構(gòu)區(qū)間接收端概況

濟(jì)南地鐵R2線歷山北路站—二環(huán)東路站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)由二環(huán)東路站始發(fā)，歷山北路站接收。歷山北路站接收端頭井東側(cè)為歷山北路與北園大街交叉口。端頭井東側(cè)埋敷柳行頭雨水暗渠，與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間最小凈距為0.8m；端頭井北側(cè)為北園高架橋，高架橋樁基基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間最小凈距為16m。

歷山北路站接收端上方管線密集，主要的管線有2處柳行頭雨水暗渠（斷面尺寸分別為6m×2.5m、4m×2.5m，基礎(chǔ)埋深約5.2m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土）、1根1050mm×600mm供電銅管、1根DN300飲用水鑄鐵管、1根DN800污水混凝土管、1根1000mm×2500mm石砌雨水管、4根DN300熱力鋼管。管線遷改困難，尤其是柳行頭雨水暗渠，經(jīng)與產(chǎn)權(quán)單位對(duì)接，暗渠無(wú)法遷改，柳行頭雨水暗渠與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的最小凈距為0.8m，不具備地面水泥系加固條件。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在歷山北路站盾構(gòu)接收端采用垂直凍結(jié)加固+鋼套筒接收的工法進(jìn)行接收。

1.2 接收端地質(zhì)水文情況

歷山北路站盾構(gòu)接收端頭井地層依次為①1素填土、⑦2粉土、⑦黏土、⑦1粉質(zhì)黏土、⑦3粉質(zhì)黏土混姜石、⑨3碎石、⑩2黏土、?4碎石、?1全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖。歷山北路站盾構(gòu)接收端地下水位于地面下約0.5m。盾構(gòu)接收端地下水為承壓水和潛水，承壓水水頭線和潛水水位線基本齊平。承壓水主要含水層為全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖和碎石，碎石土承壓水水頭高度達(dá)17.2m，滲透系數(shù)為1.73E-05cm/s。

2 鋼套筒盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)及成因

依據(jù)該工程盾構(gòu)接收端的工程實(shí)際情況，結(jié)合盾構(gòu)鋼套筒接收施工工藝特點(diǎn)，分析接收過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)及產(chǎn)生原因。此次鋼套筒盾構(gòu)接收主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

（1）隧道軸線與接收洞門(mén)鋼環(huán)中心、鋼套筒軸線存在偏差。盾構(gòu)接收前，未進(jìn)行隧道貫通復(fù)測(cè)、未糾正盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、未消除盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向設(shè)備誤差等多種情況，將導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)不能正常進(jìn)入洞門(mén)接收鋼環(huán)，甚至是鋼套筒內(nèi)。盾構(gòu)刀盤(pán)磨損鋼套筒，造成洞門(mén)鋼環(huán)破損、涌水、涌泥。偏差數(shù)據(jù)較大時(shí)，將無(wú)法進(jìn)行盾構(gòu)接收。

（2）破除洞門(mén)時(shí)涌水、涌砂。因接收端土體冷凍效果不佳，未提前向冷凍加固區(qū)打探孔、測(cè)溫，施工人員盲目破除洞門(mén)混凝土，將導(dǎo)致從破除掉的混凝土部位涌水、涌砂。

（3）盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)被凍住。盾構(gòu)機(jī)通過(guò)冷凍加固區(qū)土體，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，未定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，導(dǎo)致刀盤(pán)被凍結(jié)，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）鋼套筒發(fā)生位移，導(dǎo)致鋼套筒接縫處漏水、漏泥。鋼套筒反力架強(qiáng)度不夠、受力超限，導(dǎo)致鋼套筒發(fā)生縱向位移。

（5）洞門(mén)涌水、涌泥。盾構(gòu)機(jī)整體進(jìn)入鋼套筒后，未及時(shí)施作環(huán)箍、注漿量不足，導(dǎo)致洞門(mén)處水土流失。洞門(mén)封堵質(zhì)量差，未檢查洞門(mén)密封性、盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力變化情況，開(kāi)始拆除鋼套筒，導(dǎo)致洞門(mén)涌水、涌泥。

（6）接收端頭管線斷裂、地面沉降。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，未控制掘進(jìn)參數(shù)、注漿不及時(shí)、水土流失等情況，引發(fā)接收端土層塌陷，接收端頭管線斷裂，地面沉降。

3 鋼套筒盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施

3.1 控制隧道軸線與接收洞門(mén)鋼環(huán)中心、鋼套筒軸線偏差

安裝鋼套筒前，測(cè)量隊(duì)復(fù)核接收洞門(mén)鋼環(huán)，打出洞門(mén)鋼環(huán)的中心點(diǎn)。依據(jù)洞門(mén)鋼環(huán)的中心點(diǎn)，安裝鋼套筒。鋼套筒安裝結(jié)束后，復(fù)核鋼套筒軸線，確保洞門(mén)鋼環(huán)中心和鋼套筒軸線同軸。

在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收加固土體前100m時(shí)，測(cè)量隊(duì)進(jìn)行一次貫通前聯(lián)測(cè)，復(fù)測(cè)接收洞門(mén)鋼環(huán)。結(jié)合計(jì)劃線，復(fù)核盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，并全面核查水準(zhǔn)點(diǎn)、吊籃、全站儀、激光靶等設(shè)備設(shè)施，排除設(shè)備設(shè)置引發(fā)的導(dǎo)向錯(cuò)誤。

掘進(jìn)剩余50環(huán)時(shí)，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果，有計(jì)劃地糾正盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，逐環(huán)小量糾偏。嚴(yán)禁過(guò)量糾偏，確保區(qū)間隧道順直度。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)水平控制在-1.5～+1.5cm；垂直控制在+2～+3cm，確保隧道順直度。在剩余30環(huán)時(shí)，重新核查盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，是否沿設(shè)計(jì)線掘進(jìn)。在剩余10環(huán)時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)由豎向3000m圓曲線、平面緩和曲線調(diào)整到與洞門(mén)鋼環(huán)中心線同軸，并以直線姿態(tài)進(jìn)入加固體掘進(jìn)。

3.2 避免破除洞門(mén)時(shí)涌水、涌砂

分析溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，凍結(jié)壁平均溫度、厚度均滿足設(shè)計(jì)要求后，先在接收端洞門(mén)處施工探孔，實(shí)體檢測(cè)凍結(jié)效果。從探孔觀測(cè)無(wú)水，探孔內(nèi)溫度在-5℃以下已結(jié)冰，經(jīng)驗(yàn)收凍結(jié)效果滿足施工要求后，開(kāi)始從車站內(nèi)往區(qū)間方向鑿除洞門(mén)。破除地連墻壁時(shí)，分3層剝離。最后一層鋼筋鑿除前，應(yīng)再次探孔觀測(cè)和測(cè)溫，無(wú)漏水、漏砂風(fēng)險(xiǎn)后方可鑿除剩余部分地下連續(xù)墻。

3.3 預(yù)防盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)被凍結(jié)

接收端冷凍區(qū)沿隧道方向?qū)挾葹?.7m左右。因此，為預(yù)防盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)被凍結(jié)采取了以下措施：盾構(gòu)機(jī)穿越冷凍加固區(qū)土體，在推進(jìn)、拼裝管片過(guò)程中持續(xù)、低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度保持在0.2～0.5r/min；盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)、拼裝管片過(guò)程中，采取氣壓模式保壓；利用泡沫管、水管、油管等管路充氣，防止管路凍結(jié)、堵塞；加熱外循環(huán)水；向膨潤(rùn)土箱內(nèi)加熱水。

3.4 避免鋼套筒發(fā)生位移

鋼套筒安裝前，利用軟件模擬計(jì)算反力架受力及位移情況，確保反力架滿足施工使用要求。在盾構(gòu)接收端洞門(mén)環(huán)板與鋼套筒之間加設(shè)厚度2cm的過(guò)渡連接板。過(guò)渡連接板與洞門(mén)環(huán)板采用焊接，與鋼套筒的法蘭端采用螺栓連接。在過(guò)渡連接板上設(shè)置應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測(cè)受力情況。鋼套筒托架與車站底板上預(yù)埋的鋼板焊接，并采用20號(hào)H型鋼與車站側(cè)墻頂緊；鋼套筒上部采用20號(hào)H型鋼與中板梁頂緊；反力架由3條600mm×650mm立柱組成，用609鋼管做斜撐，與車站端頭井底板頂緊；反力架上均布9道300mm×300mm支撐柱與后端蓋受力板頂緊，支撐柱與反力架之間用支撐楔塊墊實(shí)并焊接。在支撐柱與反力架接觸面設(shè)置一個(gè)軸力計(jì)，接收時(shí)隨時(shí)監(jiān)測(cè)反力架受力情況。

3.5 預(yù)防洞門(mén)涌水、涌泥

（1）接收端冷凍加固。盾構(gòu)接收前對(duì)接收端頭進(jìn)行了冷凍加固，垂直凍結(jié)加固范圍為管片外徑上下左右各向外擴(kuò)展3m，加固長(zhǎng)度為12.4m，縱向厚度為1.7～3.7m（局部受雨水暗渠影響）。

（2）鋼套筒內(nèi)填土。因接收端車站正在進(jìn)行土方開(kāi)挖，因此直接利用深基坑開(kāi)挖的近似原狀土充填鋼套筒。填土過(guò)程中，如果泥土下滑不順，可適當(dāng)加水，確保土可以順暢下滑。當(dāng)鋼套筒內(nèi)土無(wú)法承裝時(shí)，向鋼套筒內(nèi)放水，利用水充填鋼套筒內(nèi)的空隙，保持接收洞門(mén)內(nèi)外壓力平衡。

（3）注漿、施作環(huán)箍。盾構(gòu)機(jī)在冷凍區(qū)掘進(jìn)過(guò)程中，利用管片上注漿孔（吊裝孔），向盾尾后部的管片外部注入雙液漿，施作環(huán)箍。注漿壓力控制在3～4bar。盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入鋼套筒內(nèi)部之后，降低土倉(cāng)壓力。如果土倉(cāng)壓力恢復(fù)上升，通過(guò)管片注漿孔持續(xù)注雙液漿，直至打開(kāi)管片注漿孔上的球閥無(wú)水流出。

（4）封堵洞門(mén)。在出洞環(huán)管外側(cè)預(yù)埋背負(fù)鋼板。背負(fù)鋼板與接收洞門(mén)鋼環(huán)之間用1cm厚的扇形鋼板連續(xù)焊接，避免冷凍區(qū)水、土融化后涌出。

3.6 控制接收端管線斷裂、地面沉降

（1）布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定時(shí)監(jiān)測(cè)。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)前，在接收端上方管線、地面及周圍建筑物上布置沉降觀測(cè)點(diǎn)。在鋼套筒、接收洞門(mén)周圍布置形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量初始值。盾構(gòu)機(jī)在加固區(qū)掘進(jìn)時(shí)，間隔12h監(jiān)測(cè)一次，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)增加時(shí)，每隔4h監(jiān)測(cè)一次，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上報(bào)。

（2）嚴(yán)格控制推進(jìn)參數(shù)，注漿施作環(huán)箍。剩余50環(huán)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度控制在30～40mm/min，嚴(yán)格控各項(xiàng)參數(shù)。按照1∶1比例拌和雙液漿，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa。在冷凍加固區(qū)邊緣處連續(xù)6環(huán)注雙液漿，施作環(huán)箍，避免地下水滲入冷凍區(qū)管片外部縫隙，引起地表沉降。

（3）加強(qiáng)冷凍區(qū)融沉注漿。盾構(gòu)機(jī)盾尾脫出冷凍區(qū)后，利用管片上注漿孔（吊裝孔）向接收洞門(mén)后5環(huán)管片外部注水泥單液漿。適當(dāng)注入水泥-水玻璃雙液漿。注漿壓力控制在4～5bar，注漿范圍為整個(gè)凍結(jié)區(qū)域。注漿量應(yīng)多次少量均勻注漿，并按融化凍土體積15%控制注漿量。凍結(jié)壁全部融化后，未注漿時(shí)實(shí)測(cè)地表沉降速率每半個(gè)月不大于0.5mm，停止融沉注漿。

4 結(jié)束語(yǔ)

該工程通過(guò)采取以上各項(xiàng)措施，在場(chǎng)地條件受限情況下，有效降低了盾構(gòu)接收過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。在盾構(gòu)接收過(guò)程中，未出現(xiàn)軸線偏差、鋼套筒位移、洞門(mén)涌水涌砂等險(xiǎn)情。接收端地表下沉量最大為11mm，取得了良好的盾構(gòu)接收效果。