城市地鐵工程盾構(gòu)機水中接收施工技術(shù)

1、城市地鐵工程盾構(gòu)機水中接收施工技術(shù)1 前言近些年來， 隨著我國施工技術(shù)的飛速發(fā)展， 盾構(gòu)機的使用越 來越多，技術(shù)日趨成熟，已趕上發(fā)達(dá)國家的水平。但根據(jù)現(xiàn)有的 施工工藝、盾構(gòu)設(shè)備、地基處理技術(shù)水平，在深覆土、高水壓的 工況狀態(tài)下的盾構(gòu)施工風(fēng)險依然無法有效規(guī)避， 且一旦發(fā)生盾構(gòu) 進(jìn)出洞或隧道管片大量泥水噴涌等重大工程險情，由于缺乏有 效、迅速和絕對確保的手段進(jìn)行處置， 極有可能在短時間內(nèi)引發(fā) 災(zāi)難性的事故。 因此， 某城市地鐵工程在臨近長江地段采用的盾 構(gòu)機水中接收， 有效的規(guī)避的風(fēng)險， 四次接收均一次性圓滿成功。2 工程概況該工程臨近長江， 地質(zhì)情況為第四系松散層和白堊紀(jì)上統(tǒng)浦 口組基巖， 松散

2、層巖性主要為淤泥、 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、 粉質(zhì)黏土、 粉土、粉細(xì)砂、中粗礫砂及卵礫石混合土。巖性為泥質(zhì)粉砂巖、 泥巖。根據(jù)地下水賦存條件， 地下水類型主要為松散巖類孔隙水 和基巖裂隙水。地面下 1.5m 以下富含地下水。3 接收設(shè)計3.1 施工原理盾構(gòu)水下接收是指為防止或控制在盾構(gòu)接收過程中地下水 土從開放的洞圈中大量涌出而發(fā)生工程險情， 利用接收井內(nèi)外水 土壓力平衡可控制滲透的機理， 主動或被動將盾構(gòu)接收井用水或 土回填，而后在水土壓力平衡情況下再將盾構(gòu)安全推入接收井的 施工工藝。3.2 水下接收的前提條件（1）盾構(gòu)井的體積相對較小（小于 1 萬立方），當(dāng)盾構(gòu)井 的體積較大時必須設(shè)置臨時擋土墻。

3、 避免接收時回填回灌大量的 水土。（ 2）接收空間相對是一個封閉體，無其他與之聯(lián)通的結(jié)構(gòu)， 避免土方回填和水回灌時漏水漏泥。（3）附近準(zhǔn)備好大量土源和水源（ 24 小時內(nèi)灌滿）。 由于該工程盾構(gòu)井和結(jié)構(gòu)相連， 中間風(fēng)井盾構(gòu)井體積大， 因 此，都需設(shè)置臨時擋土墻。 作用在臨時擋土墻上的盾構(gòu)推力經(jīng)計 算為 1260t 。3.3 盾構(gòu)水下接收流程4 土體加固及效果檢查4.1 土體加固及效果檢查 端頭土體加固完成后達(dá)到齡期后，在加固范圍內(nèi)進(jìn)行取芯， 以檢測加固效果。4.2 鹽水循環(huán)垂直凍結(jié) 該工程接收端頭均處于長江漫灘地形， 地下水位高、 水壓力 大，為了確保鑿除洞門期間安全，對洞門連續(xù)墻后 1.5m

4、 土體進(jìn) 行鹽水凍結(jié)加固。凍結(jié)孔布置采用地面垂直凍結(jié)孔進(jìn)行鹽水凍 結(jié)。5 水中接收準(zhǔn)備工作及掘進(jìn)安排5.1 盾構(gòu)接收前盾構(gòu)姿態(tài)和線形測量及洞門復(fù)核盾構(gòu)機接收前150 m地段即加強盾構(gòu)姿態(tài)和隧道線形測量， 及時糾正偏差確保盾構(gòu)順利地從預(yù)埋鋼環(huán)內(nèi)進(jìn)入接收井。5.2 水泥砂漿基座安裝由于采用盾構(gòu)水中接收， 常規(guī)鋼基座在安設(shè)完畢后盾構(gòu)接收 過程中無法肉眼觀測盾構(gòu)機與基座的關(guān)系，因此對基座安裝精 度、盾構(gòu)機接收姿態(tài)要求高。若盾構(gòu)姿態(tài)不佳，盾構(gòu)接收時可能 發(fā)生盾體轉(zhuǎn)動的風(fēng)險。 該工程采用現(xiàn)澆水泥砂漿基座。 水泥砂漿 基座對盾構(gòu)姿態(tài)要求不高， 又可以保證盾構(gòu)機接收后刀盤能夠轉(zhuǎn) 動，保證以掘進(jìn)模式推進(jìn)，且能滿

5、足對盾構(gòu)機承載力的要求。盾 構(gòu)基座采用現(xiàn)澆低標(biāo)號水泥砂漿基座，砂漿標(biāo)號為M1Q基座下部滿鋪一層30cm厚黃砂墊層，方便后期進(jìn)行清理。澆筑砂漿基 座時沿盾構(gòu)推進(jìn)方向留出導(dǎo)向槽， 保證盾構(gòu)機盡量少切削砂漿基 座，防止盾構(gòu)機因切削不動砂漿基座而整體轉(zhuǎn)動。 基座橫向滿鋪 盾構(gòu)接收井。 延掘進(jìn)方向砂漿基座延伸接收門圈內(nèi)， 從連續(xù)墻到 基座做一斜面導(dǎo)臺，以防止盾構(gòu)機接收時“栽頭”無法上基座。 同時，基座下部鋼環(huán)位置不澆筑砂漿，回填細(xì)砂密實，方便后期 焊接弧形鋼板時，清理方便。后端延伸至擋土墻位置，防止砂漿 基座順著盾構(gòu)機前進(jìn)方向發(fā)生位移。接收基座示意圖如下所示。5.3 洞門鑿除在鹽水凍結(jié)達(dá)到設(shè)計時間， 連

6、續(xù)墻上結(jié)霜， 并通過測溫孔測 定溫度，判斷凍土墻交圈后，進(jìn)行洞門鑿除工作。5.4 安裝環(huán)形液氮管鑿除連續(xù)墻70cm后，在洞門處地下連續(xù)墻周圍安裝兩道液 氮凍結(jié)管。采用“兩進(jìn)兩出，一主一備”的原則。5.5 水土回填1、先對井內(nèi)回填土， 土的回填高度在鋼環(huán)上方 4 米處。（回 填土采用黏土）2、再對井內(nèi)回灌水，回灌水標(biāo)高應(yīng)高于地下水位和承壓水 水頭標(biāo)高。3、 進(jìn)行水土回填時，在接收井兩側(cè)預(yù)埋兩根PVCf，底部 鉆梅花形布置小孔，外包 80 目密目網(wǎng)，用尼龍扎帶固定，用于 后期觀測基坑內(nèi)水位情況。4、擋墻上埋設(shè)應(yīng)變計，測量盾構(gòu)接收掘進(jìn)過程中擋土墻的 變化情況。5.6 盾構(gòu)接收段掘進(jìn)盾構(gòu)機停機， 洞門

7、完全破除， 水土回填完畢， 凍結(jié)管拔除（僅 拔除隧道范圍內(nèi)的凍結(jié)管）完成時，方進(jìn)入下階段的掘進(jìn)。5.6.1 盾構(gòu)第一階段掘進(jìn)1、接收的第一階段（恢復(fù)掘進(jìn)盾構(gòu)刀盤進(jìn)入接收井 8.2m） 盾構(gòu)機穿越凍結(jié)體盾尾還有 40c m脫出內(nèi)襯墻。刀盤穿越洞門圈時適當(dāng)提高下部油區(qū)油壓， 防止破壞洞門圈 內(nèi)較薄的砂漿基座， 當(dāng)最后一環(huán)管片拼裝完畢后，在隧道內(nèi)對管片背襯進(jìn)行二次注漿，填充空隙，穩(wěn)定管片。盾構(gòu)機在穿越加 固體時，掘進(jìn)速度由原來正常段的6080mm/min減至810mm/min, 土壓基本保持在0.2bar不變，刀盤轉(zhuǎn)速稍微降低至 1rpm。目的是盡量減少對洞口的影響。在穿越凍結(jié)體時，速度再 度降至4

8、mm/min壓力維持在 0.2bar，刀盤轉(zhuǎn)速維持在1rpm。 當(dāng)?shù)侗P穿越凍結(jié)加固體， 進(jìn)入接收井時， 此時壓力控制在 0.5bar 左右，在密切監(jiān)控地表和接收井的情況下微調(diào)土壓力。 該階段掘 進(jìn)時，要適量加入泡沫劑，保證渣土出土順暢。同時，為了防止 后期管片下沉，拉斷螺栓，在拼裝管片時，環(huán)向手孔間加設(shè)連接 鋼板，加強縱向剛度。待同步注漿漿液 46h 初凝后，再繼續(xù)進(jìn) 行下一階段的掘進(jìn)。2、同步注漿填充此階段同步注漿采用單液漿， 采用 0.8 的水灰比， 減少漿液 初凝時間。 同步注漿壓力控制在 3bar 左右， 保證同步注漿漿量。5.6.2 接收的第二階段1、第二階段掘進(jìn)（盾構(gòu)刀盤進(jìn)入接收井

9、8.2 m刀盤進(jìn)入接收井 8.8m）（1）此時，再掘進(jìn)40cm盾尾即可脫離內(nèi)襯墻鋼環(huán)，進(jìn)入 接收井。 此階段掘進(jìn)， 推力控制在 1000t 左右（不超過 1200t）， 掘進(jìn)速度控制在1cm/min，保證注漿填充飽滿，出土量控制在每 環(huán)40m3盾構(gòu)掘進(jìn)時，繼續(xù)進(jìn)行同步注漿，注漿量控制在3m3左右，壓力控制在 3bar。2）盾構(gòu)掘進(jìn)時需對最后 6 環(huán)管片進(jìn)行隧道內(nèi)整環(huán)注漿。 待打開吊裝孔，無水流出，即可判斷為背襯以填充密實，洞門圈 注漿封堵密實。填充密實、滿足抽水條件后開始試抽水，抽至地 下水位以下 1 米左右，觀察水位是否上升， 不上升說明二次注漿 已經(jīng)達(dá)到效果， 否則回水到初始位置開啟液氮凍

10、結(jié)管， 待凍結(jié)一 段時間后，進(jìn)行試抽水，直到水位不再上升為止。2、同步注漿填充 +二次注漿封堵洞門 在接收掘進(jìn)的第二階段， 繼續(xù)進(jìn)行同步注漿， 同時在掘進(jìn)過 程中開始二次注漿。 在最后 6 環(huán)管片從管片吊裝孔處注入大量水 泥水玻璃快硬性漿液， 達(dá)到封堵管片脫出盾尾后的間隙、 封堵洞 門鋼環(huán)與盾尾之間的間隙和止水的目的。 注漿效果不佳時需反復(fù) 進(jìn)行注漿工作直至打開管片的吊裝孔后無水滲出。 待封堵密實之 后，即可進(jìn)行水土的清理。5.7 井內(nèi)水土清理和洞圈封堵 注漿效果（或液氮凍結(jié)）經(jīng)檢查合格后抽出井內(nèi)回灌水，排 除回填土，并同步自上而下在第一時間將洞圈和管片預(yù)埋板用弧 形鋼環(huán)板焊接牢固。 此處要求最后一環(huán)管片為特殊管片 （外弧表 面需預(yù)埋鋼板）。焊接弧形鋼板時，若空間不足，可割除最后一 排露出盾尾的尾刷。此時，水中接收接收完畢。5.8 水中接收過程中的監(jiān)控量測1、地表沉降監(jiān)測2、周邊建筑物、管線監(jiān)測3、擋土墻應(yīng)力、應(yīng)變及裂縫發(fā)展觀測1)在擋土墻迎土面安裝應(yīng)力計，監(jiān)測盾構(gòu)進(jìn)入接收井后推力對擋土墻的應(yīng)力傳遞變