盾構(gòu)小半徑曲線接收段滲控施工技術(shù)

隨著城市地鐵的大量修建，盾構(gòu)施工方法應(yīng)用越來越廣泛，在某些周邊環(huán)境限制情況下，隧道需要采用小半徑曲線線路，進(jìn)而出現(xiàn)曲線段盾構(gòu)到達(dá)接收井的情況。為了保證接收盾構(gòu)的安全，以實(shí)例盾構(gòu)接收施工為例，詳細(xì)探討了在高水位情況下，容易出現(xiàn)涌水涌沙事故的原因，并提出詳細(xì)的施工技術(shù)措施。

盾構(gòu); 小半徑曲線; 接收端; 涌水涌沙; 防治對策

U455.43A

施工技術(shù)與測量技術(shù)施工技術(shù)與測量技術(shù)

［定稿日期］2023-02-10

［作者簡介］王?。?973—），男，本科，高級工程師，研究方向?yàn)檐壍澜煌?王成宗（1992—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>

0" 引言

在地鐵隧道施工中，小半徑曲線盾構(gòu)是一種常見的施工方法。而小半徑曲線盾構(gòu)地段施工產(chǎn)生的反力會(huì)使隧道向曲線外側(cè)移動(dòng)。當(dāng)盾構(gòu)隧道的徑向和土層的剛度較小時(shí)，隧道會(huì)發(fā)生較大位移，如果位移過大，隧道的軸線將偏離原定的軸線，產(chǎn)生較大的工程危害。針對小半徑曲線盾構(gòu)施工問題，國內(nèi)專家提出較多的保證施工質(zhì)量和安全措施。而小半徑曲線盾構(gòu)施工危險(xiǎn)更大的是盾構(gòu)機(jī)始發(fā)和到達(dá)接收井時(shí)的環(huán)節(jié)，如處理不當(dāng)會(huì)造成較大的工程損失，甚至人員傷亡。介紹盾構(gòu)右線接收時(shí)出現(xiàn)的涌水涌沙事故，針對這種問題提出了一些防治措施，并成功應(yīng)用到左線施工中。

1" 某工程事故案例

1.1" 工程概況

某地鐵區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。左線長770.34 m；右線長716.129 m。線路自出站以左轉(zhuǎn)小半徑450 m曲線—直線—右轉(zhuǎn)小半徑450 m曲線—直線—左轉(zhuǎn)小半徑450 m曲線到達(dá)XX站接收，埋深為14.3～19.6 m。

由于盾構(gòu)接收段施工屬于危險(xiǎn)較大的分部分項(xiàng)工程，因此對接收工作井端頭一定范圍內(nèi)土體進(jìn)行加固，加固措施采用攪拌樁+旋噴樁；靠近車站端頭采用2排800@500 mm三重管旋噴樁，攪拌樁采用850@600 mm三軸攪拌樁［1］，旋噴樁與攪拌樁及車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)各咬合250 mm。

1.2" 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

接收段地層主要為上部④2粉砂層、中部⑤1粉質(zhì)黏土層、下部⑥1黏土層。土層不均，且④2粉砂層、⑤1粉質(zhì)黏土層土質(zhì)流塑型較強(qiáng)，受承壓水影響水壓較大（圖1）。潛水最高地下水位標(biāo)高為4.0 m左右；微承壓水水位標(biāo)高在1.6～1.62 m左右；第I承壓水水位標(biāo)高-1.77 m左右。

1.3" 事故經(jīng)過

在右洞盾構(gòu)接收施工中，洞門右側(cè)出現(xiàn)大量泥水，滲漏孔徑約10 cm，且有擴(kuò)大的趨勢。隨后洞門左側(cè)出現(xiàn)滲漏，涌水孔徑達(dá)5 cm。險(xiǎn)情發(fā)生后，項(xiàng)目工作人員及時(shí)在隧道內(nèi)對589、590環(huán)注入聚氨酯環(huán)箍，累計(jì)注入2 t聚氨酯。然后用沙袋裝土，棉絮堵孔。同時(shí)地面上監(jiān)測工作同步啟動(dòng)。當(dāng)完成最后一環(huán)594推進(jìn)拼裝時(shí)，及時(shí)對洞門防水裝置進(jìn)行拉緊，并對588環(huán)依次向前進(jìn)行二次注雙液漿封堵，累計(jì)注入水泥10 t，水玻璃2 t后，洞門已無漏水現(xiàn)象，地面沉降穩(wěn)定。

2" 小曲線半徑接收風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1" 小曲線半徑接收涌水涌砂分析

（1）原因一：區(qū)間在R=450 m小半徑平曲線及24.271‰上坡豎曲線條件下右線盾構(gòu)接收時(shí)，洞門鋼圓環(huán)與線路水平方向夾角為6°，豎向夾角為1.2°。刀盤外弧內(nèi)弧相差90 cm，刀盤在洞門鋼圓環(huán)范圍內(nèi)頂部與底部相差16 cm，見圖2。因此造成刀盤與洞門鋼圓環(huán)左右間隙不均勻。在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，刀盤會(huì)出現(xiàn)向右側(cè)偏離，使洞門右側(cè)簾布翻板裂開，無法有效止水。而盾尾接收時(shí)，盾尾與鋼圓環(huán)間隙左側(cè)小右側(cè)大，見圖3，使得盾尾拉裂已經(jīng)凝固的止水漿液，喪失止水效果，形成后方涌水通道。

（2）原因二：地鐵施工工期緊，大多數(shù)端頭井加固是與基坑開挖同時(shí)施工，開挖過程中引起車站槽壁后土體發(fā)生變形，形成滲水通道，后期沒有采取有效的處理措施，引發(fā)滲水事故。

2.2" 小曲線半徑接收施工難點(diǎn)分析

根據(jù)該區(qū)間施工情況，總結(jié)出小半徑曲線接收施工存在如下難點(diǎn)：

（1）難點(diǎn)一：在小半徑曲線盾構(gòu)接收時(shí)，如果糾偏過大，易造成土體擾動(dòng)，增加地層損失，在軟土地區(qū)盾構(gòu)時(shí)達(dá)到0.5%～1.0%。同時(shí)，掘進(jìn)時(shí)實(shí)際挖掘量將超過理論掘進(jìn)量。

（2）難點(diǎn)二：當(dāng)盾構(gòu)工作井周圍地層強(qiáng)度較低，透水性強(qiáng)時(shí)，小半徑曲線盾構(gòu)易造成周圍土體大面積下沉，而不滿足盾構(gòu)對防塌的安全要求，必須采取必要的加固措施［2］。對于水位較高，土層較弱，加固措施的選取和施工難度較大。

（3）難點(diǎn)三：在圓曲線上接收盾構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)頭一出洞，將沿著井內(nèi)盾構(gòu)接收基座前進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)在接收基座上很難按曲線糾偏［3］，只能直線掘進(jìn)，從而造成盾構(gòu)機(jī)軸線與設(shè)計(jì)軸線存在偏差［4］。

（4）難點(diǎn)四：盾構(gòu)場所有有較多不明障礙物時(shí)，掘進(jìn)時(shí)可能發(fā)生左右側(cè)變形不均勻問題，使得盾構(gòu)機(jī)一側(cè)偏移較大，嚴(yán)重的可能造成掘進(jìn)失敗。

（5）難點(diǎn)五：盾構(gòu)機(jī)到達(dá)洞門鋼環(huán)時(shí)，因盾構(gòu)機(jī)處于小曲線半徑上，所以刀盤水平方向的兩個(gè)中心點(diǎn)與洞門鋼環(huán)的距離是不相同的，刀盤相對于洞門鋼環(huán)是一種傾斜狀態(tài)，盾構(gòu)本體與洞門存在一定量的夾角，因而進(jìn)洞時(shí)刀盤很容易碰到鋼環(huán)上或者存在卡死現(xiàn)象。

（6）難點(diǎn)六：盾構(gòu)機(jī)曲線接收，盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)軸線與洞門存在夾角，接收架無法精準(zhǔn)定位，盾構(gòu)機(jī)在接收架上無法實(shí)現(xiàn)糾偏，在整個(gè)接收架上推進(jìn)過程容易發(fā)生啃軌現(xiàn)象。

3" 小曲線半徑接收涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)防治措施

總結(jié)區(qū)間右線接收經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在既有線路不能調(diào)整前提下，為了防止左線接收時(shí)出現(xiàn)涌水涌沙事故，對盾構(gòu)進(jìn)洞施工措施加以優(yōu)化。

3.1" 優(yōu)化加固區(qū)長度

盾構(gòu)接收段常規(guī)的加固區(qū)為9 m，見圖4，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞時(shí)，刀盤到達(dá)洞門鋼環(huán)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)本體尾端正好處于加固區(qū)邊緣，此時(shí)加固區(qū)存在薄弱環(huán)節(jié)，就會(huì)在盾尾形成滲水通道，從而影響著盾構(gòu)進(jìn)洞施工安全。

施工技術(shù)與測量技術(shù)王健， 王成宗： 盾構(gòu)小半徑曲線接收段滲控施工技術(shù)

因此，將加固區(qū)長度調(diào)整為盾構(gòu)機(jī)本體長度加上2.4 m，見圖5，相當(dāng)于刀盤到達(dá)洞門鋼環(huán)位置，盾構(gòu)機(jī)本體尾端有2環(huán)管片在加固區(qū)內(nèi)，在盾構(gòu)機(jī)還未接觸圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)提前，通過在盾尾注入環(huán)箍，可有效地抑制盾尾后方的滲水問題。

3.2" 割線接收

小半徑曲線進(jìn)洞時(shí)，盾構(gòu)機(jī)實(shí)際軸線為擬合設(shè)計(jì)軸線，造成管片超前量滿足不了盾構(gòu)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)彎需求，無法實(shí)現(xiàn)切線進(jìn)洞。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)機(jī)在加固區(qū)內(nèi)適當(dāng)開啟內(nèi)弧側(cè)超挖刀，實(shí)現(xiàn)加固區(qū)轉(zhuǎn)彎進(jìn)行割線接收，見圖6。割線接收時(shí)，注意刀盤過鋼環(huán)中心點(diǎn)需與洞門中心點(diǎn)重合，在實(shí)行割線轉(zhuǎn)彎時(shí)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不能偏離設(shè)計(jì)姿態(tài)5 cm。

3.3" 管片選取

盾構(gòu)機(jī)在接收進(jìn)入接收架時(shí)，同步注漿是停止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致最后幾環(huán)的管片與土體存在很大空間的間隙，采取普通型號的管片（單孔管片）在一次注漿后往往漿液會(huì)堵塞注漿孔，當(dāng)需要二次注漿或多次注漿時(shí)存在施工困難，嚴(yán)重情況時(shí)漿液無法注入。因此在盾構(gòu)進(jìn)洞后10環(huán)管片選取多孔型號的管片，能夠增加注漿效率，大大減少進(jìn)洞涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)。

3.4" 洞門止水裝置改進(jìn)

在地下水豐富的土層中進(jìn)洞，洞門止水裝置是必不可少的一部分，常規(guī)的洞門止水裝置是采用簾布橡膠板和洞門壓板組合形式［5］，小曲線半徑進(jìn)洞時(shí)，盾構(gòu)機(jī)刀盤往往會(huì)對簾布產(chǎn)生擠壓破壞，簾布的止水效果大大折扣。因此采用類似盾尾密封刷的裝置對洞門進(jìn)行止水，如圖7所示。采用2 mm厚的薄板，加工成“L”型，總共144塊，按照每5°把“L”型鋼板焊接在洞門鋼環(huán)內(nèi)，在環(huán)內(nèi)平行焊接2圈“L”型鋼板，2圈鋼板的間距控制在30 cm以內(nèi)，“L”型鋼板采用短邊焊接，為使焊接效果較好，2塊型鋼板的短邊應(yīng)具有相同朝向，在盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)洞時(shí)，鋼板中間填充棉被或海綿條等，形成一道似盾尾密封刷裝置，有效阻止后方的水源滲流通道［6］。

3.5" 環(huán)箍施工的準(zhǔn)確性

通過測量定位，精準(zhǔn)的計(jì)算出，盾構(gòu)機(jī)盾尾到達(dá)加固區(qū)的位置，當(dāng)盾尾完全進(jìn)入加固區(qū)后，開始施工環(huán)箍。在加固區(qū)與非加固區(qū)間注入雙液漿，形成止水帷幕，有效地阻止后方滲水通道，切斷后方水源。

在承壓水豐富地區(qū)，可在加固區(qū)內(nèi)掘進(jìn)一環(huán)后對盾尾后方第三環(huán)注雙液水泥漿直至刀盤抵達(dá)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可采用二次進(jìn)洞施工，抑制水源向刀盤前方流動(dòng)，保證盾構(gòu)接收安全。

3.6" 其他輔助措施

3.6.1" 接收架與洞門斜交

常規(guī)的直線接收，盾構(gòu)接收架是與洞門垂直擺放，而針對小曲線半徑接收情況，考慮盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞時(shí)，與洞門存在夾角，而盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收架時(shí)，是不能進(jìn)行糾偏處理，為讓盾構(gòu)機(jī)更順利的接收完成，盾構(gòu)機(jī)接收架擺放時(shí)也需與洞門存在夾角，保證接收架軸線與盾構(gòu)割線接收的軸線重合，在定位接收架的中線軸線時(shí)，還需計(jì)算兩條軌道的中心線，確保定位的準(zhǔn)確性。

同時(shí)為了盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)入接收架，接收架的標(biāo)高控制要比設(shè)計(jì)低10～20 mm左右。

3.6.2" 測量定位精準(zhǔn)

控制測量的準(zhǔn)確性，多次復(fù)合，精準(zhǔn)計(jì)算掘進(jìn)至加固區(qū)的位置，出加固區(qū)的位置，接觸圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位置，開始與停止注漿的位置以及開起超挖刀和關(guān)閉超挖刀的位置等。

3.6.3" 洞門小引軌正確安放

為了確保盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)順利進(jìn)入接收架，需在加固區(qū)到接收架空隙間安裝接引裝置。采用43軌在洞門鋼環(huán)內(nèi)焊接2個(gè)引快，標(biāo)高與接收架軌道平齊或略高1 cm。

盾構(gòu)機(jī)刀盤掌子面到達(dá)洞門鋼環(huán)的時(shí)間不一致，一前一后進(jìn)入鋼環(huán)，為同時(shí)在盾構(gòu)機(jī)底部對其產(chǎn)生脫力，需要提前精準(zhǔn)的計(jì)算出刀盤掌子面前端到達(dá)洞門鋼環(huán)時(shí)，后端與鋼環(huán)的距離，從而確定小引軌前后安裝距離。如圖8和9所示。如小曲線半徑左轉(zhuǎn)接收時(shí)，沿著推進(jìn)方向左邊線接觸鋼環(huán)，從而右邊的小引軌安裝靠前，左邊安裝靠后。

3.6.4" 洞門鑿除改進(jìn)

小曲線半徑接收，盾構(gòu)機(jī)刀盤不能同時(shí)到達(dá)掌子面，區(qū)間接收時(shí)，刀盤左側(cè)剛接觸掌子面時(shí)，右側(cè)刀盤距離掌子面距離90 cm，見圖10。正常把圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除，造成刀盤一側(cè)懸空，另一側(cè)還處于加固區(qū)內(nèi)，刀盤掌子面應(yīng)力分布不均勻，對盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生反作用力，促使盾構(gòu)機(jī)偏離預(yù)計(jì)軸線，割線接收產(chǎn)生變動(dòng)。因此在洞門鑿除后，洞門的環(huán)面與盾構(gòu)機(jī)的掌子面完全平行，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)洞門時(shí)應(yīng)力全部釋放。

3.6.5" 拉緊條的正確使用

將進(jìn)洞段的最后一段管片上下位置和腰部采用槽鋼相互連結(jié)，增加隧道剛度［7］；防止盾構(gòu)機(jī)接收后，管片的應(yīng)力突然消失，盾構(gòu)機(jī)拉壞管片造成滲漏水。在最后幾環(huán)管片拼裝時(shí)，應(yīng)及時(shí)復(fù)緊管片的拼裝螺栓，提高隧道的整體抗形變的能力，避免破壞管片的拼裝質(zhì)量或造成安全隱患。

3.6.6" 引流管的安裝

在洞門鋼環(huán)外內(nèi)襯墻上取4個(gè)引流孔，如圖11所示，引流孔傾斜深度侵入至盾構(gòu)掘進(jìn)線路內(nèi)，插入銅管（深度只需出內(nèi)襯墻即可），安裝好球閥，在接收的時(shí)候打開球閥進(jìn)行泄壓、觀察滲漏水等，水流較大時(shí)也可對其進(jìn)行注漿，封堵水源。

4" 施工效果

根據(jù)右線接收的施工經(jīng)驗(yàn)，對左線采用了上述的施工措施后，左線隧道不但順利貫通，地表沉降控制在+10/-30 mm范圍之內(nèi)，速率控制值+3/-4 mm/d之內(nèi)，見圖12所示，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良。貫通后對洞門進(jìn)行壓漿施工，地面沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，對后期沉降起到了很好的控制穩(wěn)定作用。

5" 結(jié)束語

根據(jù)工程的實(shí)際進(jìn)展情況，該地鐵區(qū)間右線、左線按時(shí)貫通。雙線貫通后各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。通過上述施工措施的綜合應(yīng)用，順利完成了小半徑曲線盾構(gòu)接收施工中涌水涌沙問題，各項(xiàng)控制指標(biāo)均在允許范圍內(nèi)，為今后類似工程提供一定的借鑒作用。

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