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富水砂层地质条件下盾构机接收技术xx地铁项目部xx摘要富水砂层具有透水性强、稳定性差的特点，在富水砂层地区采用盾构法进行城市地铁施工，盾构始发和到达施工时隧道洞门极易发生涌水、涌砂及地层坍塌等严重事故，危及周围建构筑物安全，甚至造成盾构始发或接收失败。本文结合xx地铁工程砂层盾构机接收施工的成功实例，介绍了富水砂层地质条件下盾构机接收技术的选择与应用。关键词富水砂层，盾构机接收，端头加固，涌砂引言目前，国内已发生多起因盾构始发或接收技术措施不足导致严重工程事故的案例，在富水砂层等不利地质条件下进行盾构机始发与接收施工作业的风险更高，必须予以高度重视，在实际施工过程中可采取多重风险预防措施叠加，提高盾构机始发与接收工程的安全保障系数，确保盾构机始发与接收施工安全、顺利进行。1工程概况xx地铁一号线九标段包含两站两区间，区间采用土压平衡盾构法施工，区间全长1206.98m，隧道最小转弯半径450m，最大纵坡坡度25‰，隧道衬砌管片内径5400mm，外径6000mm，环宽1200mm。隧道埋深9.0~10.2m，盾构接收端隧道埋深9.8m。隧道开挖地层为全断面中细砂层，且处于微承压水层，含水量丰富、灵敏度高、渗透性强、中～高压缩性、自稳性极差，易引起地面较大变形。上覆地层为砂性地层，地下水稳定水位埋深为自然地面下2.5m。地面环境距接收段隧道中线30m处为5层楼小区住宅。到达端车站主体结构侧墙厚800mm，围护结构采用φ800@1000+旋喷桩支护结构。盾构到达端洞门预埋钢环内径为6500mm，盾构机外径为6260mm，管片外径为6000mm，故盾构机外壳与预埋钢环的间隙为120mm，成型管片外径与预埋钢环的间隙为250mm，间隙均较大。2盾构机接收方案确定（1）采用旋喷桩加固方法加固隧道接收端地层，以使开挖断面及上覆地层具有较好的自稳性和止水性。因隧道埋深较大，旋喷桩施工质量不能得到完全保证，盾构接收时涌水、涌砂的风险仍然较大，还需采取进一步保证措施。（2）沿旋喷桩加固区周围布设降水井，并进行抽水试验。若地下水位能降至隧道底部以下0.5m，则认为旋喷桩加固能够维持地层稳定，可以进行洞门围护结构破除施工及盾构机进洞接收；若地下水位不能降至隧道底部0.5m以下，则洞门围护结构破除及盾构机进洞接收时存在较大涌水、涌砂风险，还需采取进一步保证措施。（3）采用冻结法加固隧道接收端地层，防止洞门围护结构破除后发生地层坍塌、及涌水、涌砂事故。（4）在盾构接收井内浇筑挡水墙，挡水墙高度根据抽水试验确定，以达到比降水后水位高1.0m为标准。若盾构接收时出现涌水、涌砂现象，可立即灌水反压，以消除涌水、涌砂风险。到达端端头旋喷桩加固冻结法加固到达端端头旋喷桩加固冻结法加固挡水墙施工降水井施工及抽水试验水位降至隧道底部以下0.5m是否破除洞门盾构机进洞冻结管拔除安装橡胶帘幕注浆封堵洞门型钢联接进洞10环管片盾构机掘进至冻土墙前方0.5m接收井回灌水洞门漏水弧形接收导台施工盾构到达接收施工流程见图1所示：图1盾构机接收施工流程图3盾构到达接收准备措施3.1端头旋喷桩加固（1）加固方式为减小盾构到达时涌水、涌砂风险，对盾构到达端头采用φ900@600三重管高压旋喷桩固处理。为降低加固体强度，并保证加固体整体稳定性，旋喷材料中减小水泥用量，采用膨润土替代，经试桩确定水泥与膨润土质量比为4:1。（2）加固范围旋喷桩加固范围沿隧道纵向长12m，以保证盾构机完全进入加固区后通过壁后注浆能形成有效封堵环，防止盾尾后地层中的砂土串入刀盘前方。为减小工程量，并保证洞门处加固效果，加固体沿隧道方向成杯状，竖直方向加固范围靠车站围护结构端为开挖隧道上下各3m范围内，另一端为开挖隧道上下各2m范围内；横向加固范围靠车站围护结构端为开挖隧道左右各3m范围内，另一端为开挖隧道左右各2m范围内。旋喷桩加固范围见图2、图3所示。图2盾构到达端旋喷桩加固平面图图3盾构到达端旋喷桩加固剖面图（3）施工参数三重管旋喷桩施工前在原位做三根试桩，通过试桩及取芯取得三重管旋喷桩施工参数如表1所示：表1三重管旋喷桩施工参数水空气浆液旋喷桩外径(mm)提升速度(cmm/minn)旋转速度(r//min))压力(MPa)流量(L/min)压力(MPa)流量(m3/min)压力(MPa)流量(L/min)水灰比3290-1000.71.01.570～800.59008～1210～203.2降水井布设及抽水试验（1）降水井布设沿盾构到达端旋喷桩加固区外围共布设9口降水井，降水井内径300mm，井深22m，间距6m，每口井内安装11KW潜水泵1台，水泵流量80m3/h。降水井平面布置见图4所示。（2）降水井抽水试验降水井布设完成后启动降水井进行抽水试验，当降水井水位达到持续24h保持稳定时，即抽水量与地层补给水量达到动态平衡，此时的地下水位即为盾构接收时的地下水位。通过现场抽水试验，到5d时各降水井水位均达到稳定，降水井水位最深为17.5m，最浅为13.8m，考虑水位深的降水井位于两线加固区中间部位，汇水通道受阻，不是真实的地下水位，应以基坑边上的降水井水位为参考依据，并考虑“水跃”现象，地下水位埋深小于13.8m，即该水位在隧道底部上方2m以上。根据抽水试验结果，还需采取冻结法加固及挡水墙施工措施。图4盾构接收端降水井平面布置图3.3冻结法加固因地下水位在开挖隧道底部上方2m以上，为确保洞门围护结构破除时施工安全，并防止车站底板以下的承压水沿主体结构与围护桩结构间的缝隙从洞门处串出，采用冷冻法紧贴围护桩对洞门端进行加固，加固范围沿隧道纵向长2m，两侧为开挖隧道外各3m，上下为开挖隧道上下各3米。冻土墙积极冻结温度达到-10℃后，进入维护冻结施工，直至洞门破除完毕及盾构机刀盘达到冻土墙前方0.5m时停止冻结施工，进行冻结管拔除施工。加固范围见图5、图6所示：图5盾构机到达端冷冻加固平面布孔图图6盾构机到达端冷冻加固剖面图3.4挡水墙施工挡水墙设置在满足盾构机接收和吊装条件下，设置范围应尽量。约跣』毓嗨奔，尽早实现反压作用。土挡水墙为钢筋混凝结构，长14.5m，宽8m，墙厚30cm，墙高至隧道轴线（比地下水位高1m左右）。盾构机刀盘进洞后若出现漏水、涌砂现象，立即向吊出井回灌水，以形成反压，防止洞门漏水、涌砂。回灌水水源采用从降水井抽出的地下水，回灌水时降水井抽水作业不停，将抽出的地下水回灌到吊出井内即可。3.5盾构机接收装置盾构机接收装置采用混凝土浇筑混凝土弧形导台，弧形导台顶面预埋500×300mm钢板，钢板间距1000mm，钢板上焊接43#钢轨作为盾构机滑行导轨。弧形导台长14.35m，由2根混凝土梁组成，梁宽1m，梁间距2.2m，梁高约70cm。梁内侧各植1排φ22@200钢筋，以防止梁因受盾构机侧压发生翻倒。导台混凝土浇筑完成后及时对预埋钢板标高进行复测，以确保导轨标高误差在允许值内，保证盾构机能顺利上导轨。混凝土导台施工见图7、图8所示：图7混凝土导台剖面图图8混凝土导台平面图4盾构进洞接收施工技术措施4.1盾构机姿态控制为保证盾构机顺利进洞，必须准确控制管片姿态及盾构机进洞姿态，将盾构机控制在“抬头”20mm左右的趋势，以保证盾构机能顺利上接收导台。接收段盾构机及管片纠偏幅度按照“少量多次”的纠偏原则，每环纠偏量<3mm，避免盾构机姿态发生突变。4.2同步注浆盾构机完全进入旋喷桩加固区后，及时进行壁后注浆，填充管片与加固体间的建筑空隙，使管片与加固体联接成整体，以有效封堵后方水源补给。适当增大同步注浆压力和注浆量，并调整注浆配比，缩短浆液凝结时间。注浆材料见表2所示。表2同步注浆材料配比和性能指标表配合比（1/mm3）性能水泥(kg)粉煤灰(kg))膨润土(kg))细砂(kg)水(kg)比重稠度(cm)凝结时间(h))180300505805601.661644.3回灌水反压盾构机顶破冻结加固体，刀盘临空后，从刀盘底部涌出2股浑水，流量约5m3/h，立即采用6个水泵向挡水墙内回灌水进行反压（回灌水总流量480m3/h），回灌水水位加到隧道轴线位置。静置24h后观察挡水墙内液位降低约1cm，反压效果明显。4.4注浆封堵洞门（1）洞门注浆封堵方式洞门与隧道衬砌管片间的间隙采用注浆进行封堵。盾构机刀盘临空后，采用拼装模式推进，并拼装管片，直到拼装完成进洞环后一环，推进过程中及时同步注浆。盾构机刀盘脱出洞门橡胶帘幕后，立即拉紧紧固橡胶帘幕的钢丝绳，待盾尾脱出橡胶帘幕后，再次拉紧紧固橡胶帘幕的钢丝绳，防止洞门环漏浆，并采用二次补浆加强空隙填充密实度。（2）二次注浆材料及注浆参数盾构机脱出洞门环后，通过管片注浆孔对洞门处5环管片壁后进行二次补充注浆，将管片与围岩间的间隙充填密实。注浆压力0.6~0.8MPa，注浆材料采用先注水泥单液浆，使浆液能充分扩散，直到洞门环出现漏浆现象时改注水泥+水玻璃双液浆，以将洞门封堵密实。二次补浆材料见表3所示。表3二次补浆材料及配合比单液浆双液浆浆液配比浆液配比凝结时间水泥水A液B液30s54水泥∶水=1∶1水玻璃（35BBe′）A液∶B液=3∶15结语在富水砂层中进行盾构机始发与接收施工作业风险大，技术难度要求高，该盾构机接收工程结合工程现场条件和特点，采用三重管高压旋喷桩和冻结法加固盾构机接收端头地层、浇筑盾构机接收挡水墙、安装洞门止水橡胶帘布、管片壁后充分挤密注浆等多重风险预防和治理措施叠加，盾构机安全顺利接收，注浆完成后停止降水井降水作业，并排除挡水墙内的回灌水，进行盾构机吊装等后续工序，洞门没有出现渗漏水情况，效果良好。