盾構(gòu)隧道接收方案及風(fēng)險(xiǎn)控制研究

左錦春

（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇南京 210019）

0 引言

盾構(gòu)接收是整個(gè)施工階段中比較重要的風(fēng)險(xiǎn)之一，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的研究。譬如，周明軍[1]結(jié)合武漢地鐵2 號(hào)線探討了盾構(gòu)始發(fā)和接收的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；張?jiān)ハ鎇2]在碩士論文中以北京地鐵14 號(hào)線為背景，通過(guò)數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的方法研究了地下接收的施工控制；戴方棟[3]依托天津特軟弱地層中的地鐵5 號(hào)線明洞接收過(guò)程，介紹其中的重難點(diǎn)和預(yù)防措施，為其他隧道建設(shè)提供了借鑒。

此外，諸多項(xiàng)目在接收施工中采用了其他技術(shù)，如洞內(nèi)脫殼解體技術(shù)[4]、冷凍鋼套筒技術(shù)[5]等。同時(shí)，不同項(xiàng)目的接收施工處于不同地層下，比如砂性富水地層[6]、濱海地區(qū)富水粉細(xì)砂層[7]、超薄覆土[8]等。盾構(gòu)接收情況復(fù)雜多樣，因此接收方案設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)控制在整個(gè)施工過(guò)程中十分重要。

1 工程背景

1.1 工程概況

南京江心洲污水二通道工程位于南京建鄴區(qū)，以隧道方式穿越夾江，全長(zhǎng)約693m，隧道內(nèi)徑7.9m，外徑8.8m，管片厚度0.45m，環(huán)寬1.5m，每環(huán)管片共8塊，分塊方式為“5+2+1”，錯(cuò)縫拼裝。

江南接收井全長(zhǎng)21m，寬25.2m，深25.37m，采用明挖順作法施工。接收段主要穿越地層為②-2a 黏質(zhì)粉土層，約占30%；②-3 粉砂層，約占25%；②-4 粉質(zhì)黏土層，約占15%；②-5 粉砂層，約占30%。地層強(qiáng)度較低，地質(zhì)性一般。

1.2 接收重難點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)在工作井內(nèi)掘進(jìn)過(guò)程中，洞門端頭土體外露，承壓水可能因同步注漿不飽滿而沿管片周圈產(chǎn)生的空隙進(jìn)入。一旦形成較大通路，水土?xí)ㄟ^(guò)洞圈空隙涌入工作井，導(dǎo)致工作井周邊產(chǎn)生較大沉降，對(duì)井內(nèi)施工造成影響。另外，盾尾脫出過(guò)程中，若洞門封堵不徹底，可能導(dǎo)致承壓水涌入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部，造成隧道倒灌。

2 盾構(gòu)接收實(shí)施方案

盾構(gòu)機(jī)施工至加固區(qū)前，完成降水井、端頭加固、接收基座等施工，并完成降水試驗(yàn)。盾構(gòu)推進(jìn)至加固區(qū)前7 環(huán)開(kāi)始做環(huán)箍，同時(shí)提前啟動(dòng)抽水作業(yè)，水位與長(zhǎng)江水位保持同一高度，刀盤達(dá)到地連墻前將水位降至洞門底部以下；盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至預(yù)定位置后及時(shí)進(jìn)行洞門密封鋼板安裝；安裝完成后停止降水施工，盾構(gòu)接收結(jié)束（見(jiàn)圖1），開(kāi)始進(jìn)行盾構(gòu)拆解工作。

圖1 盾構(gòu)機(jī)接收施工流程圖

2.1 盾構(gòu)接收基座施工

接收基座采用M10 砂漿進(jìn)行澆筑施工，為盾構(gòu)機(jī)前行時(shí)提供反作用力?；O(shè)置為整體梯形，上部根據(jù)盾構(gòu)機(jī)尺寸澆筑一道弧形導(dǎo)槽，具體尺寸見(jiàn)圖2。盾構(gòu)出洞后利用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)功能自動(dòng)切削砂漿基座，使其變?yōu)榕c盾構(gòu)機(jī)100%吻合的承載基座。

圖2 接收基座結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 盾構(gòu)接收回填土回灌水

接收基座澆筑完成并滿足強(qiáng)度后，開(kāi)始向工作井內(nèi)進(jìn)行砂土回填。

首先進(jìn)行基座周邊砂土回填，回填高度與基座等高；基座周邊回填完成后，開(kāi)始向工作井內(nèi)回填土，高度至洞門頂部以上2m。然后進(jìn)行回灌水，回灌水高度比長(zhǎng)江水位高1m。

2.3 端頭加固

為保證破除洞門時(shí)周邊地層穩(wěn)定，防止盾構(gòu)完全出洞之前其周圍流出地下水和泥砂造成端頭失穩(wěn)，需要考慮地層條件、水文條件、隧道埋深及周邊環(huán)境等因素，對(duì)盾構(gòu)接收端頭進(jìn)行相應(yīng)處理。

加固縱向長(zhǎng)度8m，加固寬度至結(jié)構(gòu)外輪廓兩側(cè)3m，加固深度至盾構(gòu)底3m。

端頭加固完成后，進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)以檢查加固效果。芯樣28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于1.0MPa，滲透系數(shù)均不大于10cm/s。在盾構(gòu)到達(dá)前，在加固區(qū)鉆水平孔和垂直孔檢查滲水量及加固土體的止水效果（見(jiàn)圖3）。

圖3 接收井端頭加固平面圖

2.4 降水井

江南工作井地下水主要賦存在②-3 粉砂、②-5 粉砂、③-1 粉細(xì)砂、④-1 中粗砂混卵礫石層中，為承壓含水層，勘查期間地下水位埋深3.5m，標(biāo)高5.44m。加固區(qū)及基坑外新增6 口降水井，降水能力滿足盾構(gòu)接收要求（見(jiàn)圖4）。

圖4 加固區(qū)內(nèi)外部降水井布置圖

2.5 洞門探孔

利用取孔機(jī)在洞門上施工4 個(gè)水平探孔，頂部1個(gè)，腰部2 個(gè)，下部1 個(gè)。探孔距離洞門環(huán)1m 位置布置，頂部及下部探孔避開(kāi)地連墻型鋼位置，具體位置見(jiàn)圖5。

(1)師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)不平衡?，F(xiàn)有專任師資副教授以上職稱極少，博士學(xué)歷為零，雖然相對(duì)研究型高校，能夠滿足獨(dú)立學(xué)院 “復(fù)合應(yīng)用型” 辦學(xué)偏向?qū)嵺`能力強(qiáng)的教學(xué)型教師的教學(xué)需求，但也致使整體師資競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。

圖5 洞門探孔位置及深度示意圖

2.6 貫通前控制測(cè)量

盾構(gòu)接收前對(duì)盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際姿態(tài)和隧道內(nèi)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，明確盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向姿態(tài)是否與實(shí)際姿態(tài)一致、管片姿態(tài)是否與推進(jìn)姿態(tài)趨勢(shì)一致，同時(shí)對(duì)接收井洞門進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，確定盾構(gòu)機(jī)的貫通姿態(tài)及掘進(jìn)糾偏計(jì)劃。

3 盾構(gòu)隧道接收風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1 盾構(gòu)隧道接收段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

盾構(gòu)隧道接收段存在一定施工風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)可能的接收段風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相應(yīng)評(píng)估。在合理劃分分部工程的基礎(chǔ)上，梳理危險(xiǎn)有害因素，明確危險(xiǎn)點(diǎn)，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)類型，初步評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)致事故發(fā)生的可能性及其嚴(yán)重程度，提出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)處理對(duì)策，再針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制以后的分部工程重新評(píng)估殘余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。評(píng)估結(jié)果如表1 所示。

表1 隧道接收段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.2 注漿措施

3.2.1 同步注漿

加強(qiáng)同步注漿質(zhì)量，減少漿液凝固時(shí)間，通過(guò)控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度，保證管片外側(cè)漿液穩(wěn)定。

3.2.2 加固區(qū)穿越前后注漿

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)后對(duì)脫出盾尾的管片進(jìn)行二次注漿加固，形成環(huán)箍，并對(duì)進(jìn)入加固區(qū)及脫出加固區(qū)的兩環(huán)管片反復(fù)、著重加強(qiáng)注漿來(lái)保證加固區(qū)止水效果。

3.3 其他措施

3.3.1 嚴(yán)格控制盾尾脫出洞門的時(shí)機(jī)，保證洞門環(huán)壁后注漿飽滿。

3.3.2 在最后12 環(huán)管片環(huán)間及管片間采用剛性連接，整體受力，避免產(chǎn)生大的變形和錯(cuò)位。

3.3.3 當(dāng)洞門滲漏情況得到控制，必須以最快的速度完成洞門鋼板封堵工作。

3.3.4 洞門出現(xiàn)大面積涌水、涌砂險(xiǎn)情且暫時(shí)無(wú)法控制時(shí)，立即通過(guò)盾構(gòu)機(jī)環(huán)流系統(tǒng)對(duì)基坑進(jìn)行回灌處理，保證周邊環(huán)境的安全。

4 結(jié)論

依托南京江心洲污水收集系統(tǒng)工程實(shí)際，針對(duì)盾構(gòu)隧道接收段施工進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并提出風(fēng)險(xiǎn)控制措施。得出以下結(jié)論：

第一，盾構(gòu)接收過(guò)程中，洞門端頭土體外露，未凝結(jié)的同步注漿漿液容易通過(guò)周邊土體縫隙流失，地層承壓水可能因同步注漿不飽滿而沿洞門周邊空隙涌入工作井。

第二，根據(jù)工程實(shí)際，接收段施工需要開(kāi)展基座施工、回填土回灌水、端頭加固、降水井等施工工序以確保接收安全進(jìn)行，各項(xiàng)施工工序均需進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管和專業(yè)驗(yàn)收。

第三，接收段施工存在一些風(fēng)險(xiǎn)因素，針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，需要采取對(duì)應(yīng)的控制措施以降低其對(duì)隧道施工安全和質(zhì)量的影響。