隨著城市地鐵的大量修建，盾構施工方法應用越來越廣泛，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，進而出現(xiàn)曲線段盾構到達接收井的情況。為了保證接收盾構的安全，以實例盾構接收施工為例，詳細探討了在高水位情況下，容易出現(xiàn)涌水涌沙事故的原因，并提出詳細的施工技術措施。

盾構; 小半徑曲線; 接收端; 涌水涌沙; 防治對策

U455.43A

施工技術與測量技術施工技術與測量技術

［定稿日期］2023-02-10

［作者簡介］王?。?973—），男，本科，高級工程師，研究方向為軌道交通;王成宗（1992—），男，本科，工程師，研究方向為土木工程。

0" 引言

在地鐵隧道施工中，小半徑曲線盾構是一種常見的施工方法。而小半徑曲線盾構地段施工產生的反力會使隧道向曲線外側移動。當盾構隧道的徑向和土層的剛度較小時，隧道會發(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，產生較大的工程危害。針對小半徑曲線盾構施工問題，國內專家提出較多的保證施工質量和安全措施。而小半徑曲線盾構施工危險更大的是盾構機始發(fā)和到達接收井時的環(huán)節(jié)，如處理不當會造成較大的工程損失，甚至人員傷亡。介紹盾構右線接收時出現(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)間采用盾構法施工。左線長770.34 m；右線長716.129 m。線路自出站以左轉小半徑450 m曲線—直線—右轉小半徑450 m曲線—直線—左轉小半徑450 m曲線到達XX站接收，埋深為14.3～19.6 m。

由于盾構接收段施工屬于危險較大的分部分項工程，因此對接收工作井端頭一定范圍內土體進行加固，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結構各咬合250 mm。

1.2" 工程地質與水文地質

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

1.3" 事故經(jīng)過

在右洞盾構接收施工中，洞門右側出現(xiàn)大量泥水，滲漏孔徑約10 cm，且有擴大的趨勢。隨后洞門左側出現(xiàn)滲漏，涌水孔徑達5 cm。險情發(fā)生后，項目工作人員及時在隧道內對589、590環(huán)注入聚氨酯環(huán)箍，累計注入2 t聚氨酯。然后用沙袋裝土，棉絮堵孔。同時地面上監(jiān)測工作同步啟動。當完成最后一環(huán)594推進拼裝時，及時對洞門防水裝置進行拉緊，并對588環(huán)依次向前進行二次注雙液漿封堵，累計注入水泥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" 小曲線半徑接收風險分析

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接收時，洞門鋼圓環(huán)與線路水平方向夾角為6°，豎向夾角為1.2°。刀盤外弧內弧相差90 cm，刀盤在洞門鋼圓環(huán)范圍內頂部與底部相差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。在盾構推進時，刀盤會出現(xiàn)向右側偏離，使洞門右側簾布翻板裂開，無法有效止水。而盾尾接收時，盾尾與鋼圓環(huán)間隙左側小右側大，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分析

根據(jù)該區(qū)間施工情況，總結出小半徑曲線接收施工存在如下難點：

（1）難點一：在小半徑曲線盾構接收時，如果糾偏過大，易造成土體擾動，增加地層損失，在軟土地區(qū)盾構時達到0.5%～1.0%。同時，掘進時實際挖掘量將超過理論掘進量。

（2）難點二：當盾構工作井周圍地層強度較低，透水性強時，小半徑曲線盾構易造成周圍土體大面積下沉，而不滿足盾構對防塌的安全要求，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）難點三：在圓曲線上接收盾構，盾構機頭一出洞，將沿著井內盾構接收基座前進，盾構機在接收基座上很難按曲線糾偏［3］，只能直線掘進，從而造成盾構機軸線與設計軸線存在偏差［4］。

（4）難點四：盾構場所有有較多不明障礙物時，掘進時可能發(fā)生左右側變形不均勻問題，使得盾構機一側偏移較大，嚴重的可能造成掘進失敗。

（5）難點五：盾構機到達洞門鋼環(huán)時，因盾構機處于小曲線半徑上，所以刀盤水平方向的兩個中心點與洞門鋼環(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)，盾構本體與洞門存在一定量的夾角，因而進洞時刀盤很容易碰到鋼環(huán)上或者存在卡死現(xiàn)象。

（6）難點六：盾構機曲線接收，盾構機接收時軸線與洞門存在夾角，接收架無法精準定位，盾構機在接收架上無法實現(xiàn)糾偏，在整個接收架上推進過程容易發(fā)生啃軌現(xiàn)象。

3" 小曲線半徑接收涌水涌砂風險防治措施

總結區(qū)間右線接收經(jīng)驗教訓，在既有線路不能調整前提下，為了防止左線接收時出現(xiàn)涌水涌沙事故，對盾構進洞施工措施加以優(yōu)化。

3.1" 優(yōu)化加固區(qū)長度

盾構接收段常規(guī)的加固區(qū)為9 m，見圖4，盾構機進洞時，刀盤到達洞門鋼環(huán)時，盾構機本體尾端正好處于加固區(qū)邊緣，此時加固區(qū)存在薄弱環(huán)節(jié)，就會在盾尾形成滲水通道，從而影響著盾構進洞施工安全。

施工技術與測量技術王健， 王成宗： 盾構小半徑曲線接收段滲控施工技術

因此，將加固區(qū)長度調整為盾構機本體長度加上2.4 m，見圖5，相當于刀盤到達洞門鋼環(huán)位置，盾構機本體尾端有2環(huán)管片在加固區(qū)內，在盾構機還未接觸圍護結構時提前，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

小半徑曲線進洞時，盾構機實際軸線為擬合設計軸線，造成管片超前量滿足不了盾構機實際轉彎需求，無法實現(xiàn)切線進洞。結合以往施工經(jīng)驗，盾構機在加固區(qū)內適當開啟內弧側超挖刀，實現(xiàn)加固區(qū)轉彎進行割線接收，見圖6。割線接收時，注意刀盤過鋼環(huán)中心點需與洞門中心點重合，在實行割線轉彎時，盾構機姿態(tài)不能偏離設計姿態(tài)5 cm。

3.3" 管片選取

盾構機在接收進入接收架時，同步注漿是停止狀態(tài)，導致最后幾環(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堵塞注漿孔，當需要二次注漿或多次注漿時存在施工困難，嚴重情況時漿液無法注入。因此在盾構進洞后10環(huán)管片選取多孔型號的管片，能夠增加注漿效率，大大減少進洞涌水涌砂風險。

3.4" 洞門止水裝置改進

在地下水豐富的土層中進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］，小曲線半徑進洞時，盾構機刀盤往往會對簾布產生擠壓破壞，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，在環(huán)內平行焊接2圈“L”型鋼板，2圈鋼板的間距控制在30 cm以內，“L”型鋼板采用短邊焊接，為使焊接效果較好，2塊型鋼板的短邊應具有相同朝向，在盾構機準備進洞時，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)箍施工的準確性

通過測量定位，精準的計算出，盾構機盾尾到達加固區(qū)的位置，當盾尾完全進入加固區(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)內掘進一環(huán)后對盾尾后方第三環(huán)注雙液水泥漿直至刀盤抵達圍護結構，也可采用二次進洞施工，抑制水源向刀盤前方流動，保證盾構接收安全。

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，考慮盾構機進洞時，與洞門存在夾角，而盾構機進入接收架時，是不能進行糾偏處理，為讓盾構機更順利的接收完成，盾構機接收架擺放時也需與洞門存在夾角，保證接收架軸線與盾構割線接收的軸線重合，在定位接收架的中線軸線時，還需計算兩條軌道的中心線，確保定位的準確性。

同時為了盾構機順利進入接收架，接收架的標高控制要比設計低10～20 mm左右。

3.6.2" 測量定位精準

控制測量的準確性，多次復合，精準計算掘進至加固區(qū)的位置，出加固區(qū)的位置，接觸圍護結構的位置，開始與停止注漿的位置以及開起超挖刀和關閉超挖刀的位置等。

3.6.3" 洞門小引軌正確安放

為了確保盾構機接收時順利進入接收架，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)內焊接2個引快，標高與接收架軌道平齊或略高1 cm。

盾構機刀盤掌子面到達洞門鋼環(huán)的時間不一致，一前一后進入鋼環(huán)，為同時在盾構機底部對其產生脫力，需要提前精準的計算出刀盤掌子面前端到達洞門鋼環(huán)時，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。如小曲線半徑左轉接收時，沿著推進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

小曲線半徑接收，盾構機刀盤不能同時到達掌子面，區(qū)間接收時，刀盤左側剛接觸掌子面時，右側刀盤距離掌子面距離90 cm，見圖10。正常把圍護結構鑿除，造成刀盤一側懸空，另一側還處于加固區(qū)內，刀盤掌子面應力分布不均勻，對盾構機產生反作用力，促使盾構機偏離預計軸線，割線接收產生變動。因此在洞門鑿除后，洞門的環(huán)面與盾構機的掌子面完全平行，盾構機到達洞門時應力全部釋放。

3.6.5" 拉緊條的正確使用

將進洞段的最后一段管片上下位置和腰部采用槽鋼相互連結，增加隧道剛度［7］；防止盾構機接收后，管片的應力突然消失，盾構機拉壞管片造成滲漏水。在最后幾環(huán)管片拼裝時，應及時復緊管片的拼裝螺栓，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)外內襯墻上取4個引流孔，如圖11所示，引流孔傾斜深度侵入至盾構掘進線路內，插入銅管（深度只需出內襯墻即可），安裝好球閥，在接收的時候打開球閥進行泄壓、觀察滲漏水等，水流較大時也可對其進行注漿，封堵水源。

4" 施工效果

根據(jù)右線接收的施工經(jīng)驗，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，速率控制值+3/-4 mm/d之內，見圖12所示，各項指標達到優(yōu)良。貫通后對洞門進行壓漿施工，地面沉降達到穩(wěn)定狀態(tài)，對后期沉降起到了很好的控制穩(wěn)定作用。

5" 結束語

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

參考文獻

［1］" 郭銳. 超深三軸攪拌樁在復雜地質條件下基坑中的應用［J］. 建筑工程技術與設計，2017（36）：2270-2271.

［2］" 呂寶偉. 大直徑盾構小半徑曲線段接收技術探討［J］. 鐵道標準設計，2010（11）：94-96，113.

［3］" 程傳過. 軟土地層盾構機小半徑曲線接收技術應用［J］. 鐵道建筑技術，2018（Z2）：132-136.

［4］ "李德生. 毗鄰建筑物的小半徑曲線盾構始發(fā)技術［J］. 建筑工程技術與設計，2018（8）：748-749.

［5］" 譚仕波. 富水軟土地層土壓平衡盾構機始發(fā)關鍵技術控制要點［J］. 環(huán)球市場，2016（14）：173.

［6］" 李有兵. 泥水盾構高水壓條件下盾尾刷的更換技術［J］. 環(huán)球市場，2012（8）：70-72.

［7］" 楊宇. 地鐵盾構施工常見問題及對策［J］. 城市建設理論研究（電子版），2013（16）.