劉 華, 何 源, 鐘 涵, 張飛雷

(1. 中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040； 2. 中交第二航務(wù)工程局第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212021; 3. 交通運(yùn)輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040； 4. 長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040)

0 引言

盾構(gòu)接收一直是盾構(gòu)法施工中的重難點(diǎn)，且施工風(fēng)險(xiǎn)極大[1-2]。端頭加固法[3-5]、降水施工[6]、水下接收[7-9]和深井到達(dá)[10]等方法是盾構(gòu)接收常用的施工方法。大直徑盾構(gòu)接收一般會(huì)將以上方法綜合使用，提高接收安全系數(shù)。在臨海富水粉細(xì)砂地層中，盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)將會(huì)圍繞刀盤、盾體在地層形成“松動(dòng)圈”擾動(dòng)原地層，易發(fā)生突、涌水等危險(xiǎn)。端頭加固技術(shù)配合降水施工可以有效提高接收段土體強(qiáng)度并降低滲漏突涌，但大直徑泥水盾構(gòu)接收時(shí)，開挖洞徑大、泥水艙壓力大且滿艙泥水體量大，突涌風(fēng)險(xiǎn)依然很高。地層加固并采用鋼套筒輔助大直徑泥水平衡盾構(gòu)接收施工，可平衡盾構(gòu)貫通掘進(jìn)時(shí)地層水土壓力，即便存在涌泥涌砂通道也可在水土平衡的狀態(tài)下在套筒內(nèi)進(jìn)行封閉處置，從根本上避免突涌導(dǎo)致工作井被淹、洞門垮塌的可能，大大提高了大直徑泥水盾構(gòu)接收的安全性。另外，考慮到雙線單臺(tái)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)會(huì)有2次始發(fā)、2次接收和1次盾構(gòu)平移轉(zhuǎn)體施工，采用鋼套筒施工可以縮短工期并節(jié)約成本[11-13]。

針對(duì)鋼套筒始發(fā)以及接收技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多研究。王健[14]對(duì)鋼套筒后端蓋板、底座和填料口的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化; 陳珊東[15]對(duì)比分析了盾構(gòu)不同接收方式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性;李曉生[16]總結(jié)優(yōu)化了在透水卵石地層小盾構(gòu)鋼套筒接收關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于在濱海高地下水位地區(qū)，大直徑泥水盾構(gòu)在擾動(dòng)性大、透水性強(qiáng)的粉細(xì)砂地層中采用鋼套筒接收的技術(shù)研究和應(yīng)用較少。

基于項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)地層、鋼套筒結(jié)構(gòu)、施工步驟等進(jìn)行優(yōu)化、部署和實(shí)施，形成了濱海地區(qū)富水粉細(xì)砂層大直徑泥水盾構(gòu)鋼套筒接收關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)主要包括工作井端頭處置、鋼套筒設(shè)計(jì)、應(yīng)用和安拆、盾構(gòu)接收段掘進(jìn)控制和洞門封閉等，以期為復(fù)雜水土環(huán)境大直徑泥水平衡盾構(gòu)接收提供借鑒和指導(dǎo)。

1 工程概況

孟加拉卡納普里河底隧道項(xiàng)目位于孟加拉國吉大港市郊區(qū)卡納普里河入?？谖恢?，隧道連接卡納普里河?xùn)|、西兩岸，為國家重點(diǎn)工程，也為“一帶一路”陸域交通網(wǎng)絡(luò)連接“中、孟、印、緬”重要一環(huán)。隧道在河底分離兩管盾構(gòu)，單條隧道長(zhǎng)2 450 m，采用單臺(tái)開挖直徑為12.16 m氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)施工，盾構(gòu)接收后平移進(jìn)行U-TURN轉(zhuǎn)體二次始發(fā)。地下水位位于地表下1 m，盾構(gòu)接收位于孟加拉雨季，地表水和卡納普里河水對(duì)地下水強(qiáng)補(bǔ)給。盾構(gòu)左線到達(dá)掘進(jìn)段以粉細(xì)砂層為主，該段具體掘進(jìn)地層剖面如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)左線掘進(jìn)地質(zhì)剖面圖(單位： m)

2 鋼套筒的組成原理及變形防控

2.1 鋼套筒筒身

孟加拉卡納普里河底隧道項(xiàng)目輔助鋼套筒采用始發(fā)、接收和轉(zhuǎn)體一體化設(shè)計(jì)，通過端蓋板的拆裝、套筒下部支座的調(diào)坡和轉(zhuǎn)體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其綜合功能。鋼套筒筒體部分長(zhǎng)14.40 m，直徑(內(nèi)徑)12.59 m，后端蓋厚0.60 m，楔形延長(zhǎng)鋼環(huán)中心長(zhǎng)1.20 m。鋼套筒外徑13.58 m，盾構(gòu)外周刀與套筒單側(cè)間隙為215 mm。鋼套筒結(jié)構(gòu)由延長(zhǎng)鋼環(huán)、密閉筒體、套筒一體化托架、端蓋圓環(huán)、平板式封頭、卸料口、進(jìn)氣口、泄壓口、人行門和輔助固定裝置組成。鋼套筒根據(jù)盾構(gòu)組裝空間和分塊焊接需求、海外項(xiàng)目運(yùn)輸限制、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件等進(jìn)行合理分塊，其分塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成和接收套筒總裝如圖2所示。

(a) 鋼套筒分塊

(b) 鋼套筒整體

2.2 反力支撐架

反力支撐架采用強(qiáng)度為Q235B的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括立柱、橫梁和斜向梁,反力架鋼梁設(shè)置18根φ610 mm圓管背撐提供推進(jìn)反力，設(shè)置H400型鋼支撐封板。反力架及其支撐體系如圖3所示。

2.3 鋼套筒變形防控

大直徑盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)入鋼套筒后，切口壓力、盾構(gòu)推力和盾構(gòu)姿態(tài)需精準(zhǔn)控制，鋼套筒及反力架體系變形失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大，必須提前采取措施預(yù)防套筒變形。

利用全自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器全程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，應(yīng)變超過限值或突變時(shí)及時(shí)停機(jī)進(jìn)行分析，并采取加固措施；套筒結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，焊接加固卡碼和筋板，法蘭處焊接密封角鋼和槽鋼；增加側(cè)向和縱向支撐加固數(shù)量；筒體滲流量較小可不處理，套筒內(nèi)壓力滿足要求即可；較大滲流量筒體外補(bǔ)焊堵漏，根據(jù)需要補(bǔ)水；套筒上部聯(lián)通鋼管，可進(jìn)行內(nèi)壓調(diào)整，根據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)部泄壓。

(a) 反力架結(jié)構(gòu)(單位: mm)

(b) 反力架背撐布置

3 鋼套筒接收關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目泥水平衡盾構(gòu)鋼套筒接收施工主要包括接收前的準(zhǔn)備和輔助工作(主要包括高壓旋噴樁土體加固、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與加固體間垂直注漿帷幕和降水施工)、盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)、盾構(gòu)套筒內(nèi)接收及洞門封堵等內(nèi)容，其主要工藝流程如圖4所示。

3.1 接收工作井端頭處置施工

3.1.1 高壓旋噴樁端頭加固處置

接收工作井端頭采用φ1 200@900三重管高壓旋噴樁加固，加固范圍為15 000 mm×41 791 mm×24 900 mm(長(zhǎng)×寬×深)。工作井基坑開挖卸荷后，加固體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間將產(chǎn)生裂隙附水，采用鉆注一體機(jī)施作擴(kuò)散直徑900 mm、樁心間距300 mm并與加固體等深的注漿帷幕封閉，注漿帷幕從洞門中心向兩端施工，帷幕施工中洞門下部鉆設(shè)探孔安裝球閥泄水，球閥中流出水泥漿即可關(guān)閉球閥進(jìn)行下一根樁施工。

3.1.2 端頭降水井設(shè)計(jì)與施工

根據(jù)東岸工作井及明挖基坑降水及開挖施工經(jīng)驗(yàn)，東岸端頭降水井采用“大井法”計(jì)算用水量，用承壓水均質(zhì)含水層非完整公式，取安全系數(shù)1.2，根據(jù)總涌水量和單井出水量，共設(shè)計(jì)14口井，井深設(shè)計(jì)40 m，泥孔徑550 mm，采用直徑273 mm，壁厚4 mm鋼管，底部設(shè)置1 m沉淀管，濾管為同規(guī)格的橋式濾水管，外包80目錦綸濾網(wǎng)，濾料回填至實(shí)管以上1 m，其上回填鉆渣或場(chǎng)地土。井位布置及降水井結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中1口井設(shè)置在加固體內(nèi)靠近端墻位置，作為降水和觀測(cè)井使用。

圖4 大直徑鋼套筒盾構(gòu)接收施工工藝流程圖

圖5 井位布置及降水井結(jié)構(gòu)圖(單位： mm)

盾構(gòu)到達(dá)前，開啟全部或部分降水井進(jìn)行抽水并觀測(cè)水位。當(dāng)水位有效降至洞門以下時(shí)，打設(shè)水平探孔取芯驗(yàn)證；無水或少量流水時(shí)鑿除洞門，直至套筒內(nèi)注水填砂時(shí)方停止連續(xù)抽水，洞門封堵后方可停泵，并封堵左線降水井。

3.2 洞門鑿除

洞門鑿除安全驗(yàn)算。采用鋼套筒輔以端頭雙重加固和降水措施進(jìn)行左線盾構(gòu)接收大大增加了施工安全性。為縮短盾構(gòu)接收時(shí)切削地下連續(xù)墻的時(shí)間，降低刀具磨損，需先進(jìn)行洞門部分鑿除?？紤]到降水井實(shí)際降水能力，模擬計(jì)算洞門鑿除85 cm厚，地下水位降至洞門底部以上3 m或地下水位降至洞門以下2種工況下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。計(jì)算模型如圖6所示，計(jì)算模型參數(shù)取值如表1所示，針對(duì)2種工況設(shè)置不同高度的水頭壓力。

圖6 盾構(gòu)接收洞門鑿除計(jì)算模型圖

材料參數(shù)重度/(kN/m3)彈性模量E或壓縮模量Es/MPa黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)泊松比C35混凝土25.0E=3 1503 180.055.00.35旋噴加固區(qū)20.0E=100200.030.00.25③1粉質(zhì)黏土19.2E=5.8411.25.20.26③2粉砂19.4Es=125.431.20.30③6細(xì)砂19.6Es=134.632.70.29⑥粉細(xì)砂20.2Es=144.831.10.25

通過數(shù)值模擬計(jì)算可知： 1)降水至洞門底部以上3 m，洞門鑿除85 cm后，鑿除洞門處的最大剪應(yīng)力在底部，為4.01 MPa，掌子面正向位移為8.7 mm； 2)降水至洞門底板以下，洞門鑿除85 cm后，鑿除洞門處的最大剪應(yīng)力在底部，大小為0.1 MPa，洞門鑿除后掌子面正向位移為4.8 mm。2種工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移均滿足施工要求，地下水位降低至洞門底部以下，施工安全系數(shù)更高。

3.3 鋼套筒安裝及軌道定位

鋼套筒根據(jù)洞門實(shí)際中心和設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行定位調(diào)坡，安裝第1分塊作為定位基準(zhǔn)后按照分塊和封板順序進(jìn)行逐一吊裝，安裝延長(zhǎng)鋼環(huán)并焊接封閉延長(zhǎng)鋼環(huán)與預(yù)埋鋼環(huán)間隙，具體吊裝如圖7所示。

鋼套筒內(nèi)采用200 mm×235 mm(寬×高)鋼軌雙拼，呈50°布置。為避免盾構(gòu)爬上套筒后刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)邊刮刀切削鋼軌，鋼軌間范圍澆筑高度為285 mm的磚渣混凝土(高于軌道面5 cm)，鋼軌布置和套筒內(nèi)橫斷面如圖8(a)所示。鋼軌與地下連續(xù)墻之間采用磚渣混凝土澆筑防止盾構(gòu)磕頭，鋼軌末端距離端蓋封板1 800 mm，刀盤切口環(huán)超過軌道末端后刀尖距離端蓋封板550 mm，具體尺寸結(jié)構(gòu)如圖8(b)所示。

圖7 接收鋼套筒安裝示意圖

(a) 套筒內(nèi)軌道布置及橫斷面圖

(b) 套筒內(nèi)縱斷面圖

3.4 鋼套筒內(nèi)填料

鋼套筒密閉試驗(yàn)合格后拆除中間上蓋，鑿除洞門，并作為洞門鑿除出渣和人員逃生路徑；洞門鑿除后澆筑磚渣混凝土過渡斜坡，進(jìn)行填渣注水，具體形式如圖9所示。接收軌道上2.5 m范圍填優(yōu)質(zhì)中粗砂，2.5～4.5 m填筑砂夾膨潤(rùn)土后封閉套筒，安裝聯(lián)通管路后注水至與地下水位等深。

3.5 泥水盾構(gòu)套筒輔助接收掘進(jìn)技術(shù)

本項(xiàng)目接收掘進(jìn)定義為最后100環(huán)掘進(jìn)，其主要分為3個(gè)階段，分別為盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)1 125—1 209環(huán)(85環(huán))、盾構(gòu)穿越加固體貫通掘進(jìn)1 210—1 216環(huán)(7環(huán))、盾構(gòu)刀盤開始磨墻至盾尾全部進(jìn)入鋼套筒1 217—1 224環(huán)(8環(huán))。

(a) 套筒密閉試驗(yàn)后揭開扇塊

(b) 套筒內(nèi)填料示意圖

3.5.1 盾構(gòu)接收測(cè)量

1)主控測(cè)量。盾構(gòu)掘進(jìn)至貫通前150環(huán)時(shí)，采用陀螺儀定向?qū)Χ軜?gòu)掘進(jìn)導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)核；距離貫通100環(huán)時(shí)進(jìn)行交叉雙導(dǎo)線法聯(lián)系測(cè)量測(cè)定地下平面和高程控制，同時(shí)加密各項(xiàng)施工測(cè)量頻次，利用坐標(biāo)法測(cè)定洞門實(shí)際中心三維坐標(biāo)，以此為據(jù)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，保證隧道順利貫通。

2)刀盤里程測(cè)量。利用盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)盾構(gòu)里程和位置，1 217環(huán)掘進(jìn)至管理行程1 000 mm時(shí)，刀盤中心位置在距離套筒導(dǎo)軌起始端10 cm位置，停止刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，避免刀盤外周刀具與導(dǎo)軌互切。1 224環(huán)掘進(jìn)至管理行程1 851 mm(實(shí)際油缸行程2 632 mm)時(shí)，盾構(gòu)刀盤中心距離套筒端蓋封板50 cm，到達(dá)最終停機(jī)位置。

3.5.2 盾構(gòu)接收掘進(jìn)監(jiān)測(cè)

1)管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)。在距離貫通面100環(huán)內(nèi)，每天對(duì)成型后的管片姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)測(cè)出管片的偏差和變化值，并與二次補(bǔ)償注漿聯(lián)動(dòng)，指導(dǎo)注漿作業(yè)，同時(shí)管片姿態(tài)測(cè)量還起到復(fù)核導(dǎo)向系統(tǒng)的作用。

2)地表沉降監(jiān)測(cè)。地表監(jiān)測(cè)主要為左線接收工作井端頭范圍，盾構(gòu)接收前在距離洞門100 m范圍內(nèi)采集原始數(shù)據(jù)，端頭30 m范圍每5 m布置1個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置不少于11個(gè)測(cè)點(diǎn)，其余為每30 m布置1個(gè)斷面。盾構(gòu)接收過程中全天不間斷監(jiān)測(cè)，當(dāng)掘進(jìn)范圍內(nèi)單點(diǎn)沉降速率超過1 cm/d或累計(jì)沉降超過3 cm時(shí)，需反饋至監(jiān)控室調(diào)整同步注漿方量，并采取二次補(bǔ)償注漿措施。

3)加固區(qū)地下水位監(jiān)測(cè)。洞門鑿除之前降水井已全部開始，鋼套筒建艙完成直至洞門封堵，降水井一直處于開啟狀態(tài)。本次降水施工在加固體中設(shè)置了1口觀測(cè)井JS07(見圖6)，每天派專人觀測(cè)降水井，測(cè)量地下水位，保證地下水位在洞門以下。

4)鋼套筒及反力架監(jiān)測(cè)。根據(jù)本項(xiàng)目鋼套筒輔助盾構(gòu)始發(fā)施工經(jīng)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算，接收施工鋼套筒變形監(jiān)測(cè)部位為： ①縱向拼接縫處變形，腰部和底部拼接縫處變形監(jiān)測(cè)； ②縱向變形，洞門與鋼套筒連接處、后端蓋板監(jiān)測(cè)； ③反力架背支撐應(yīng)力監(jiān)測(cè)。鋼套筒及反力架監(jiān)測(cè)布點(diǎn)布置如圖10所示。

(a)

(b)

(c)

(d)

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和施工要求，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值如表2所示。

表2 鋼套筒監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值

反力架上布設(shè)的3個(gè)應(yīng)力計(jì)，隨著盾構(gòu)掘進(jìn)推力和切口壓力變化而變化，在掘進(jìn)過程中的敏感性較高。由封板斜撐數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)盾構(gòu)推力過大或刀盤接近封板時(shí)，封板斜撐應(yīng)力較大，最大達(dá)到21.42 MPa。反力架支撐應(yīng)力在刀盤距離封板最近時(shí)達(dá)到最大，最大應(yīng)力為35.84 MPa。

洞門鋼環(huán)與延長(zhǎng)鋼環(huán)間的位移在盾構(gòu)破除洞門(推力較大時(shí))和盾構(gòu)進(jìn)入套筒后期時(shí)最為敏感，最大位移為2 mm。

封板最大位移發(fā)生在刀盤與封板距離最近時(shí)，此時(shí)套筒內(nèi)填砂因盾構(gòu)推進(jìn)與封板越擠越密，封板位移最大為6.98 mm。

接收時(shí)套筒的拼縫除了扇塊之間，封板分塊間也存在拼縫，需進(jìn)行拼縫張開量監(jiān)測(cè)。整個(gè)接收掘進(jìn)過程中，各分塊拼縫間的變形和位移較小，扇塊拼縫最大值為1.6 mm，封板張開量最大值為0.48 mm，均在安全允許范圍內(nèi)。

3.5.3 盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)控制1 125—1 209環(huán)

盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)主要穿越透水砂層，采用水土分算的主動(dòng)土壓力和靜止土壓力±20 kPa作為切口壓力控制上下限，同時(shí)結(jié)合地表沉降變化，適時(shí)調(diào)整切口壓力。盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)參數(shù)控制指標(biāo)如表3所示。

3.5.4 盾構(gòu)穿越加固區(qū)掘進(jìn)1 210—1 216環(huán)

1)盾構(gòu)穿越加固區(qū)時(shí)與洞門實(shí)測(cè)偏差水平±10 mm，垂直+30～50 mm姿態(tài)掘削加固體，以勤糾、少糾為原則，精確嚴(yán)格控制盾構(gòu)接收段掘進(jìn)姿態(tài)。

2)盾構(gòu)穿越加固區(qū)前，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，宜小貫入、低轉(zhuǎn)速、適度開啟仿形刀至盾構(gòu)刀盤全部進(jìn)行加固體后，提高轉(zhuǎn)速，控制掘進(jìn)速度充分掘削加固體水泥土。

3)加固體與原狀砂層交界的3環(huán)范圍，管片脫出盾尾后立即進(jìn)行二次補(bǔ)償雙液漿注入，復(fù)緊管片螺栓避免管片姿態(tài)錯(cuò)動(dòng)。加固體范圍拼裝管片后立即進(jìn)行壁后雙液漿補(bǔ)償，嚴(yán)格執(zhí)行管片螺栓三緊制度，同時(shí)焊接鋼板拉緊管片內(nèi)壁。盾構(gòu)進(jìn)行管片壁后補(bǔ)償注漿時(shí)，暫停降水井抽水，避免漿液堵塞管井后期無法啟用。

4)盾構(gòu)穿越加固區(qū)時(shí)，循環(huán)泥漿指標(biāo)以滿足在既定排泥流速下的攜渣能力為主控項(xiàng)，同時(shí)在地面提早排空部分桶槽儲(chǔ)備清水待盾構(gòu)爬升至套筒后切入置換。穿越加固區(qū)泥漿指標(biāo)以黏度18～20 s(蘇氏漏斗)、體積質(zhì)量1.15～1.25 g/cm3、砂率≤4%、膠體率≥95%為宜。

盾構(gòu)穿越加固體掘進(jìn)參數(shù)控制指標(biāo)如表4所示。

表3 盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)參數(shù)控制指標(biāo)

表4 盾構(gòu)加固區(qū)掘進(jìn)參數(shù)控制指標(biāo)

3.5.5 盾構(gòu)刀盤開始磨墻至盾尾全部進(jìn)入鋼套筒1 217—1 224環(huán)

盾構(gòu)掘進(jìn)至1 217環(huán)時(shí)，刀盤下部超前刀先接觸地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，降低刀盤貫入和控制刀盤轉(zhuǎn)速至0.5～1 r/min，掘削地下連續(xù)墻速度為2～3 mm/min，當(dāng)全盤刀均參與磨削地下連續(xù)墻時(shí)可提高轉(zhuǎn)速至0.8～1.2 r/min；同時(shí)適當(dāng)加大泥水環(huán)流，確保混凝土塊和玻璃纖維筋順利排出。

根據(jù)洞門鑿除后掌子面實(shí)際里程、軌道位置，結(jié)合盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)反饋綜合判斷刀盤磨穿地下連續(xù)墻的時(shí)機(jī)，及時(shí)停止刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)至套筒鋼軌上。鋼套筒內(nèi)推進(jìn)可適當(dāng)增加切口壓力，增大推力防止管片松弛。

套筒內(nèi)掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)同步注漿采用增加抗水分散劑的同步砂漿，避免與套筒聯(lián)通后有壓水沖散漿液。盾尾通過延長(zhǎng)鋼環(huán)時(shí)，同步注漿填充、管片二次注漿和延長(zhǎng)鋼環(huán)預(yù)留注漿孔注入聚氨酯砂漿封閉，實(shí)現(xiàn)洞門鋼環(huán)和管片外壁間空間迅速有效封閉，確保洞門封堵安全，具體形式如圖11所示。

圖11 鋼套筒內(nèi)接收及套筒內(nèi)密封示意圖(單位: m)

3.5.6 盾構(gòu)接收封堵施工

1)洞門注漿封堵。盾構(gòu)爬至套筒內(nèi)指定位置時(shí)，再次對(duì)管片壁后和延長(zhǎng)鋼環(huán)預(yù)留孔進(jìn)行雙液漿注入，注漿壓力宜為0.3 MPa以內(nèi)，預(yù)埋洞門鋼環(huán)預(yù)設(shè)注漿孔作為備用孔應(yīng)急使用。注漿結(jié)束后待注漿體凝結(jié)且強(qiáng)度達(dá)到一定要求后檢查注漿效果。檢查方式為： ①將套筒連通管液位降低至某一液位，觀察液位是否穩(wěn)定，若不穩(wěn)定則說明注漿效果不佳需繼續(xù)注漿； ②利用沖擊鉆開啟洞門環(huán)管片注漿孔，安裝球閥后看是否有較大水滲出，若有則需繼續(xù)注漿直至檢查無水為止。

2)洞門封堵立焊。洞門注漿密封后，利用泥水循環(huán)系統(tǒng)抽排套筒內(nèi)泥砂，然后開始洞門立焊鋼板封堵工作。封堵鋼板尺寸為1 000 mm×400 mm×12 mm(弧長(zhǎng)×寬×厚)，詳見圖12，從下至上割除套筒延長(zhǎng)鋼環(huán)并清理注漿體，然后逐塊焊接立焊鋼板。立焊鋼板需設(shè)置注漿孔以便于后期注漿封堵需求。左線接收洞門封堵立焊鋼板與封堵效果如圖12所示。

3)洞門滲漏風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。為了防止盾構(gòu)接收時(shí)發(fā)生洞門涌砂涌水的風(fēng)險(xiǎn)，采取了檢查洞門注漿環(huán)箍密封、持續(xù)進(jìn)行降水、快速逐塊延長(zhǎng)鋼環(huán)割除和立焊鋼板焊接、焊接完成之后嚴(yán)格檢查焊接質(zhì)量、從下部預(yù)先設(shè)置的球閥進(jìn)行水泥漿壓注直到上部球閥中溢出為止等措施。

3.5.7 鋼套筒拆除

洞門封堵并驗(yàn)證效果后，采用泥水管路的旁通模式，將鋼套筒內(nèi)的泥砂循環(huán)、抽排干凈后，再利用鋼套筒下部泄壓孔和注漿孔等排空套筒內(nèi)的水。

洞門封堵完成并將套筒內(nèi)水排空后，即可拆除盾構(gòu)接收鋼套筒支撐體系(包括悶蓋支撐、反力架支撐、套筒側(cè)腰支撐及其他臨時(shí)支撐)。

(a) 洞門立焊鋼板

(b) 洞門立焊封堵實(shí)拍圖

4 應(yīng)用效果

左線盾構(gòu)套筒接收施工中，鋼套筒mm級(jí)變形說明該工法變形可控，安全可靠。本項(xiàng)目采用“一機(jī)雙隧”掘進(jìn)模式，左線套筒接收為“1次始發(fā)—1次接收—平移轉(zhuǎn)體—2次始發(fā)—2次接收”中的一次接收，采用套筒進(jìn)行一次接收相比于水下接收可以更快速進(jìn)入平移轉(zhuǎn)體階段，為項(xiàng)目節(jié)省30 d工期。在整個(gè)項(xiàng)目施工過程中，鋼套筒兼具了4次進(jìn)出洞和1次平移轉(zhuǎn)體功能，相比于水下接收后拆機(jī)進(jìn)行后續(xù)施工成本節(jié)約1 350萬元左右。

本項(xiàng)目為“一帶一路”連接“孟、中、印、緬”經(jīng)濟(jì)走廊的重要一環(huán)，同時(shí)作為孟加拉國第1座水下隧道，受到孟加拉國及社會(huì)各界的高度關(guān)注，大直徑鋼套筒在盾構(gòu)進(jìn)出洞施工中的成功應(yīng)用得到了孟加拉政府和社會(huì)各界的高度認(rèn)可。

5 結(jié)論與討論

通過對(duì)孟加拉卡納普里河底隧道左線接收段地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分析、大直徑鋼套筒優(yōu)化設(shè)計(jì)、大直徑泥水盾構(gòu)接收掘進(jìn)參數(shù)細(xì)化、施工工藝的可行性論證和施工風(fēng)險(xiǎn)防控措施的制定，形成了以下結(jié)論與建議：

1)在濱海地區(qū)富水粉細(xì)砂層中，采用高壓旋噴樁+降水+鋼套筒的方式進(jìn)行大直徑泥水盾構(gòu)接收是安全有效的。

2)利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段監(jiān)測(cè)鋼套筒在接收過程中的變形，變形均在1 cm以內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)接收后的平移、轉(zhuǎn)體和再始發(fā)施工的多次利用。

3)經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)際施工表明，地下水位降低至洞門底部以上3 m，洞門鑿除85 cm的施工方法既保證了盾構(gòu)接收的安全，又能避免刀盤、刀具長(zhǎng)時(shí)間研磨地下連續(xù)墻造成工期延誤和刀盤損傷。

4)增加抗水分散劑的同步注漿和延長(zhǎng)鋼環(huán)預(yù)留孔中注入聚氨酯砂漿，實(shí)現(xiàn)了洞門鋼環(huán)和管片外壁間空間迅速有效封閉，確保了洞門封堵安全。

5)濱海地區(qū)富水粉細(xì)砂地層大直徑泥水平衡盾構(gòu)接收技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，采用大直徑鋼套筒接收工藝能很好地降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，保證盾構(gòu)接收，但是大直徑鋼套筒的密水性能、變形特征和可重復(fù)利用的能力有待進(jìn)一步研究和優(yōu)化。