富水軟土地層盾構出洞接收關鍵技術

霍澤先，李勝東，李 碩，崔廣振，鄭紅艷

（中國建筑第六工程局有限公司，天津 300451）

土壓平衡盾構施工由于施工速度快、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點而被廣泛應用于隧道建設中。天津市濱海新區(qū)大多為淤泥質軟土，強度低、含水量大、靈敏度高、受擾動變形大，對盾構接收不利；而針對該地質盾構接收可參考依據相對較少，如何保證盾構安全到達成為關注的重點。鑒于此，本文以天津市濱海新區(qū)軌道交通B1線欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間右線盾構施工為例，對富水軟土地層下盾構接收技術進行探討。

1 工程概況

欣嘉園北站為雙向始發(fā)站,區(qū)間長度1 276.580 m，設置2座聯(lián)絡通道，其中一座兼做廢水泵房。盾構隧道襯砌為鋼筋混凝土管片，采用3+2+1模式組合，錯縫拼裝，管片寬1 500 mm、厚350 mm，襯砌外徑6 600 mm、內徑5 900 mm，設計強度C50，抗?jié)B等級≥S10。右線區(qū)間總計管片851環(huán)，縱斷面為V形坡，最大坡度為-24‰，曲線最小半徑為415 m。

區(qū)間隧道沿線主要通過⑥2-4淤泥質粉質黏土、⑥3含黏性土粉砂、⑥4粉質黏土、⑦粉質黏土、⑧1粉質黏土、⑧2粉砂。隧道頂部覆土厚度8.4 m，底部距第一承壓水層約4.7 m，到達段地層穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生地面下沉、坍塌等事故[1]。

2 盾構接收條件

盾構接收水平出洞無坡，接收端為緩和曲線，半徑為4 076 m（接近直線）。右線盾構接收主要包括端頭井加固、洞門探水、洞門鑿除、應急降水井施工、洞門密封、盾構機上托架、洞門封堵等。見圖1。

圖1 盾構接收流程

1）端頭井加固。確保接收端地層土體的穩(wěn)定是保證盾構順利接收的關鍵，接收端頭處于⑥2-4淤泥質粉質黏土、⑥3含黏性土粉砂地層中，地層分布較為連續(xù)。為確保端頭安全可靠[2]，端頭井加固采用?850 mm＠600 mm攪拌樁+?800 mm＠600 mm高壓旋噴樁，加固范圍為盾構區(qū)間上下左右各3 m，加固長度13 m?，F(xiàn)場取芯檢測，檢樁數(shù)量不少于成樁數(shù)量的0.5%[3]，結果顯示：加固區(qū)土體28 d無側限抗壓強度＞1.0 MPa，滲透系數(shù)＜10-7cm/s，符合設計要求，滿足盾構接收需求。

2）洞門臨時密封。為防止盾構接收時背襯注漿砂漿外泄[4]，設置洞門密封裝置，主要由折頁翻板、簾布橡膠板、螺栓及拉筋鋼絲繩組成。見圖2。

圖2 接收端臨時密封裝置

臨時密封裝置安裝前檢查所用材料的完整性，安裝后檢查裝置的密封效果，盾構機在脫出洞門位置與密封裝置進行緊固，防止隧道內的水土涌入接收井內。

3）洞門探水。在盾構接收前，完成洞門探水的系列工作，米字形布置11個探孔，其中水平探孔9個（孔徑50 mm、孔深4.5 m），斜向外探孔2個（孔徑50 mm、孔深2.5 m）。見圖3。

圖3 接收端洞門探孔布置

先施作臨時探孔，一般情況下選擇洞門下部，以此來檢查端頭土體的加固情況，根據臨時探孔滲漏水情況判斷是否對其進行垂直注漿加固。洞門探水完成后及時用雙快水泥封堵引流管四周。

4）洞門鑿除。接收洞門圍護結構為800 mm厚的地下連續(xù)墻，迎土側主筋為32mm，背土側主筋為28 mm。人工分層剔鑿，做到連續(xù)緊密，鑿除時保留保護層，待盾構機刀尖距離加固土體0.6 m時方可切除主筋，進行接收；此外，洞門鑿除的時機須結合盾構機掘進及管片拼裝的整體速度進行合理籌劃，以防止盾構機長時間停留產生風險。本區(qū)間在盾構機刀尖距離接收洞門30 m時開始鑿除，見圖4。

圖4 接收端洞門分層鑿除

5）應急降水井施工。由于盾構接收風險性較大，施工過程中容易發(fā)生漏水、突涌等事故[5]，為保證工程安全，在接收端頭井附近打設3口降水井，井底位于隧道底部0.5 m，接收前2～4 d開啟，將靜水位始終控制在洞門圈以下0.5 m處。

6）接收托架。依據隧道實際量測洞門的中心平面位置、高程以及放置接收基座的底板高程，反推出接收基座的空間位置；若有需要，在接收基座底部加設鋼板塊墊層。對接收基座安裝位置的要求主要是為了保證盾構機接收以后剛好落在接收基座上。

3 盾構接收關鍵工藝

1）第826環(huán)管片拼裝完成后，盾構機距離洞門距離約30 m，此時開始逐漸調整掘進參數(shù)，將土壓控制在0.1～0.12 MPa，掘進速度由原來正常段的30～50 mm/min減至30～40 mm/min，推力維持在12 000～14 000 kN，刀盤轉速1.0 r/min，刀盤扭矩1 400～1 800 kN·m，注漿壓力控制在0.2～0.4 MPa，注漿量7 m3/環(huán)；調整掘進姿態(tài)，盾構出洞姿態(tài)為水平方向0，垂直方向-10 mm。

2）第836環(huán)管片拼裝完成向前推進1 m后，盾構機刀盤開始進入加固區(qū)，刀尖距離洞門14.6 m，此時開始逐漸調整掘進參數(shù)，將土壓控制在0.09～0.12 MPa，掘進速度20 mm/min，推力6 000～9 000 kN，刀盤轉速0.8 r/min，刀盤扭矩800～1 600 kN·m。

3）第844環(huán)管片拼裝完成，盾構機刀尖距離出加固區(qū)約2 m，距離洞門約3.6 m，開始在840、841、842三環(huán)管片位置進行二次注漿封堵，注漿總量8～12 m3，反復多次進行，注漿全過程派人觀察地表情況。土倉壓力逐漸由0.09 MPa降到0.02 MPa，掘進速度控制在10 mm/min，推力5 000～8 000 kN，刀盤轉速0.6 r/min。

4）第845環(huán)管片拼裝完成后，盾構機距離出加固土體約0.6 m，距離洞門約1.8 m，此時土倉壓力降為0，將土體全部排出，開始切割地下連續(xù)墻最外側鋼筋，切割完向前繼續(xù)推進0.2 m后刀盤出加固土體，此時采用60挖機配合人工進行清渣。

5）第846環(huán)管片拼裝完成后，向前推進1 m，刀盤出洞門，此時使用手拉葫蘆將簾布橡膠翻板用鋼絲繩拉緊，繼續(xù)掘進并進行同步注漿，提高推掘速度至30～50 mm/min，推力5 000～8 000 kN。

6）第848環(huán)管片拼裝完成后，在846環(huán)管片位置進行二次注漿，根據試配比，凝結時間控制為60 s，注漿量5 m3，壓力0.3 MPa，采取注漿量和注漿壓力雙控，掘進速度30～50 mm/min，推力5 000～8 000 kN。

7）第851環(huán)管片拼裝完成后，向前頂進2.3 m，盾尾距離出洞門0.5 m，使用手拉葫蘆再次拉緊橡膠簾布，開始在849、850環(huán)位置進行二次注漿，封堵洞門，漿液凝結時間60 s，注漿壓力0.2 MPa，注漿量6～8 m3，根據二次注漿量、注漿壓力以及洞門簾布橡膠板滲漏情況確定停止時間。

8）洞門封堵完成，待同步注漿漿液凝固后，將盾尾脫出洞門，851環(huán)管片位置出主體結構側墻約0.2 mm，此時完成盾構接收工作。

9）為防止接收端管片被拉開[6]，采用12#的槽鋼進行拉緊，3環(huán)一緊固，共拉緊10環(huán)。拉緊位置設在管片的縱向螺栓上，分別為上部2根、左右腰部各1根。

4 結論

1）富水軟土條件下，土層含水量較大、強度低，接收前須做好準備工作，做到工序銜接緊密，提前調整盾構姿態(tài)，確保盾構機安全出洞。

2）在盾構機刀尖距離出加固土體約0.6 m時，盡可能將切口正面的水土壓力降到最低值，割除迎土側豎向鋼筋，通過刀盤切削最后一層混凝土保護層，盡快推進并完成管片拼裝，盡量縮短盾構出洞的時間。

3）止水環(huán)箍宜先兩腰再上部，反復多次進行，以注漿壓力和注漿量進行雙控來評價注漿效果，通過打設的3道止水環(huán)箍，形成3道擋水墻，能夠有效封堵加固土體前后的地下水，確保周邊環(huán)境安全。

4）盾尾拖出之后，簾布橡膠板落到最后一環(huán)管片上時，拉緊翻板上的鋼絲繩，以保證洞門密封效果。

5）接收前，對洞門位置進行復測并結合接收托架的標高調整出洞姿態(tài)，一般情況下，盾構機水平出洞，垂直方向需高于托架鋼軌頂標高20 mm，以便盾構機順利上接收托架。