楊勝斌

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

盾構(gòu)施工作為一種相對安全的工法，被越來越多地運用到地鐵修建工程。地鐵車站多數(shù)建設(shè)在市區(qū)交通要道，修建場地受限。同時，因盾構(gòu)接收端地質(zhì)條件復(fù)雜、管線遷改困難等問題，導(dǎo)致盾構(gòu)接收方式受限，對盾構(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)單位對接，暗渠無法遷改，柳行頭雨水暗渠與車站圍護結(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)場實際情況，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)險及成因

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

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

（2）破除洞門時涌水、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、測溫，施工人員盲目破除洞門混凝土，將導(dǎo)致從破除掉的混凝土部位涌水、涌砂。

（3）盾構(gòu)機刀盤被凍住。盾構(gòu)機通過冷凍加固區(qū)土體，盾構(gòu)機長時間停機，未定時轉(zhuǎn)動刀盤，導(dǎo)致刀盤被凍結(jié)，無法轉(zhuǎn)動。

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

（5）洞門涌水、涌泥。盾構(gòu)機整體進入鋼套筒后，未及時施作環(huán)箍、注漿量不足，導(dǎo)致洞門處水土流失。洞門封堵質(zhì)量差，未檢查洞門密封性、盾構(gòu)機土倉壓力變化情況，開始拆除鋼套筒，導(dǎo)致洞門涌水、涌泥。

（6）接收端頭管線斷裂、地面沉降。盾構(gòu)機掘進過程中，未控制掘進參數(shù)、注漿不及時、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)險預(yù)防措施

3.1 控制隧道軸線與接收洞門鋼環(huán)中心、鋼套筒軸線偏差

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

在盾構(gòu)機到達(dá)接收加固土體前100m時，測量隊進行一次貫通前聯(lián)測，復(fù)測接收洞門鋼環(huán)。結(jié)合計劃線，復(fù)核盾構(gòu)機姿態(tài)，并全面核查水準(zhǔn)點、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)向錯誤。

掘進剩余50環(huán)時，結(jié)合監(jiān)測結(jié)果，有計劃地糾正盾構(gòu)機姿態(tài)，逐環(huán)小量糾偏。嚴(yán)禁過量糾偏，確保區(qū)間隧道順直度。盾構(gòu)機姿態(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，重新核查盾構(gòu)機姿態(tài)，是否沿設(shè)計線掘進。在剩余10環(huán)時，將盾構(gòu)機姿態(tài)由豎向3000m圓曲線、平面緩和曲線調(diào)整到與洞門鋼環(huán)中心線同軸，并以直線姿態(tài)進入加固體掘進。

3.2 避免破除洞門時涌水、涌砂

分析溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，凍結(jié)壁平均溫度、厚度均滿足設(shè)計要求后，先在接收端洞門處施工探孔，實體檢測凍結(jié)效果。從探孔觀測無水，探孔內(nèi)溫度在-5℃以下已結(jié)冰，經(jīng)驗收凍結(jié)效果滿足施工要求后，開始從車站內(nèi)往區(qū)間方向鑿除洞門。破除地連墻壁時，分3層剝離。最后一層鋼筋鑿除前，應(yīng)再次探孔觀測和測溫，無漏水、漏砂風(fēng)險后方可鑿除剩余部分地下連續(xù)墻。

3.3 預(yù)防盾構(gòu)機刀盤被凍結(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)機刀盤被凍結(jié)采取了以下措施：盾構(gòu)機穿越冷凍加固區(qū)土體，在推進、拼裝管片過程中持續(xù)、低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤旋轉(zhuǎn)速度保持在0.2～0.5r/min；盾構(gòu)機推進、拼裝管片過程中，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)接收端洞門環(huán)板與鋼套筒之間加設(shè)厚度2cm的過渡連接板。過渡連接板與洞門環(huán)板采用焊接，與鋼套筒的法蘭端采用螺栓連接。在過渡連接板上設(shè)置應(yīng)力計，監(jiān)測受力情況。鋼套筒托架與車站底板上預(yù)埋的鋼板焊接，并采用20號H型鋼與車站側(cè)墻頂緊；鋼套筒上部采用20號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并焊接。在支撐柱與反力架接觸面設(shè)置一個軸力計，接收時隨時監(jiān)測反力架受力情況。

3.5 預(yù)防洞門涌水、涌泥

（1）接收端冷凍加固。盾構(gòu)接收前對接收端頭進行了冷凍加固，垂直凍結(jié)加固范圍為管片外徑上下左右各向外擴展3m，加固長度為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行土方開挖，因此直接利用深基坑開挖的近似原狀土充填鋼套筒。填土過程中，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)土無法承裝時，向鋼套筒內(nèi)放水，利用水充填鋼套筒內(nèi)的空隙，保持接收洞門內(nèi)外壓力平衡。

（3）注漿、施作環(huán)箍。盾構(gòu)機在冷凍區(qū)掘進過程中，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)機全部進入鋼套筒內(nèi)部之后，降低土倉壓力。如果土倉壓力恢復(fù)上升，通過管片注漿孔持續(xù)注雙液漿，直至打開管片注漿孔上的球閥無水流出。

（4）封堵洞門。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)測點，定時監(jiān)測。盾構(gòu)機進入加固區(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點。在鋼套筒、接收洞門周圍布置形變監(jiān)測點，測量初始值。盾構(gòu)機在加固區(qū)掘進時，間隔12h監(jiān)測一次，監(jiān)測點數(shù)據(jù)增加時，每隔4h監(jiān)測一次，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計上報。

（2）嚴(yán)格控制推進參數(shù)，注漿施作環(huán)箍。剩余50環(huán)時，盾構(gòu)機推進速度控制在30～40mm/min，嚴(yán)格控各項參數(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）加強冷凍區(qū)融沉注漿。盾構(gòu)機盾尾脫出冷凍區(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，未注漿時實測地表沉降速率每半個月不大于0.5mm，停止融沉注漿。

4 結(jié)束語

該工程通過采取以上各項措施，在場地條件受限情況下，有效降低了盾構(gòu)接收過程中的風(fēng)險。在盾構(gòu)接收過程中，未出現(xiàn)軸線偏差、鋼套筒位移、洞門涌水涌砂等險情。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。