城市地铁工程盾构机水中接收施工技术

1、城市地铁工程盾构机水中接收施工技术1 前言近些年来， 随着我国施工技术的飞速发展， 盾构机的使用越 来越多，技术日趋成熟，已赶上发达国家的水平。但根据现有的 施工工艺、盾构设备、地基处理技术水平，在深覆土、高水压的 工况状态下的盾构施工风险依然无法有效规避， 且一旦发生盾构 进出洞或隧道管片大量泥水喷涌等重大工程险情，由于缺乏有 效、迅速和绝对确保的手段进行处置， 极有可能在短时间内引发 灾难性的事故。 因此， 某城市地铁工程在临近长江地段采用的盾 构机水中接收， 有效的规避的风险， 四次接收均一次性圆满成功。2 工程概况该工程临近长江， 地质情况为第四系松散层和白垩纪上统浦 口组基岩， 松散

2、层岩性主要为淤泥、 淤泥质粉质黏土、 粉质黏土、 粉土、粉细砂、中粗砾砂及卵砾石混合土。岩性为泥质粉砂岩、 泥岩。根据地下水赋存条件， 地下水类型主要为松散岩类孔隙水 和基岩裂隙水。地面下 1.5m 以下富含地下水。3 接收设计3.1 施工原理盾构水下接收是指为防止或控制在盾构接收过程中地下水 土从开放的洞圈中大量涌出而发生工程险情， 利用接收井内外水 土压力平衡可控制渗透的机理， 主动或被动将盾构接收井用水或 土回填，而后在水土压力平衡情况下再将盾构安全推入接收井的 施工工艺。3.2 水下接收的前提条件（1）盾构井的体积相对较小（小于 1 万立方），当盾构井 的体积较大时必须设置临时挡土墙。

3、 避免接收时回填回灌大量的 水土。（ 2）接收空间相对是一个封闭体，无其他与之联通的结构， 避免土方回填和水回灌时漏水漏泥。（3）附近准备好大量土源和水源（ 24 小时内灌满）。 由于该工程盾构井和结构相连， 中间风井盾构井体积大， 因 此，都需设置临时挡土墙。 作用在临时挡土墙上的盾构推力经计 算为 1260t 。3.3 盾构水下接收流程4 土体加固及效果检查4.1 土体加固及效果检查 端头土体加固完成后达到龄期后，在加固范围内进行取芯， 以检测加固效果。4.2 盐水循环垂直冻结 该工程接收端头均处于长江漫滩地形， 地下水位高、 水压力 大，为了确保凿除洞门期间安全，对洞门连续墙后 1.5m

4、 土体进 行盐水冻结加固。冻结孔布置采用地面垂直冻结孔进行盐水冻 结。5 水中接收准备工作及掘进安排5.1 盾构接收前盾构姿态和线形测量及洞门复核盾构机接收前150 m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量， 及时纠正偏差确保盾构顺利地从预埋钢环内进入接收井。5.2 水泥砂浆基座安装由于采用盾构水中接收， 常规钢基座在安设完毕后盾构接收 过程中无法肉眼观测盾构机与基座的关系，因此对基座安装精 度、盾构机接收姿态要求高。若盾构姿态不佳，盾构接收时可能 发生盾体转动的风险。 该工程采用现浇水泥砂浆基座。 水泥砂浆 基座对盾构姿态要求不高， 又可以保证盾构机接收后刀盘能够转 动，保证以掘进模式推进，且能满

5、足对盾构机承载力的要求。盾 构基座采用现浇低标号水泥砂浆基座，砂浆标号为M1Q基座下部满铺一层30cm厚黄砂垫层，方便后期进行清理。浇筑砂浆基 座时沿盾构推进方向留出导向槽， 保证盾构机尽量少切削砂浆基 座，防止盾构机因切削不动砂浆基座而整体转动。 基座横向满铺 盾构接收井。 延掘进方向砂浆基座延伸接收门圈内， 从连续墙到 基座做一斜面导台，以防止盾构机接收时“栽头”无法上基座。 同时，基座下部钢环位置不浇筑砂浆，回填细砂密实，方便后期 焊接弧形钢板时，清理方便。后端延伸至挡土墙位置，防止砂浆 基座顺着盾构机前进方向发生位移。接收基座示意图如下所示。5.3 洞门凿除在盐水冻结达到设计时间， 连

6、续墙上结霜， 并通过测温孔测 定温度，判断冻土墙交圈后，进行洞门凿除工作。5.4 安装环形液氮管凿除连续墙70cm后，在洞门处地下连续墙周围安装两道液 氮冻结管。采用“两进两出，一主一备”的原则。5.5 水土回填1、先对井内回填土， 土的回填高度在钢环上方 4 米处。（回 填土采用黏土）2、再对井内回灌水，回灌水标高应高于地下水位和承压水 水头标高。3、 进行水土回填时，在接收井两侧预埋两根PVCf，底部 钻梅花形布置小孔，外包 80 目密目网，用尼龙扎带固定，用于 后期观测基坑内水位情况。4、挡墙上埋设应变计，测量盾构接收掘进过程中挡土墙的 变化情况。5.6 盾构接收段掘进盾构机停机， 洞门

7、完全破除， 水土回填完毕， 冻结管拔除（仅 拔除隧道范围内的冻结管）完成时，方进入下阶段的掘进。5.6.1 盾构第一阶段掘进1、接收的第一阶段（恢复掘进盾构刀盘进入接收井 8.2m） 盾构机穿越冻结体盾尾还有 40c m脱出内衬墙。刀盘穿越洞门圈时适当提高下部油区油压， 防止破坏洞门圈 内较薄的砂浆基座， 当最后一环管片拼装完毕后，在隧道内对管片背衬进行二次注浆，填充空隙，稳定管片。盾构机在穿越加 固体时，掘进速度由原来正常段的6080mm/min减至810mm/min, 土压基本保持在0.2bar不变，刀盘转速稍微降低至 1rpm。目的是尽量减少对洞口的影响。在穿越冻结体时，速度再 度降至4

8、mm/min压力维持在 0.2bar，刀盘转速维持在1rpm。 当刀盘穿越冻结加固体， 进入接收井时， 此时压力控制在 0.5bar 左右，在密切监控地表和接收井的情况下微调土压力。 该阶段掘 进时，要适量加入泡沫剂，保证渣土出土顺畅。同时，为了防止 后期管片下沉，拉断螺栓，在拼装管片时，环向手孔间加设连接 钢板，加强纵向刚度。待同步注浆浆液 46h 初凝后，再继续进 行下一阶段的掘进。2、同步注浆填充此阶段同步注浆采用单液浆， 采用 0.8 的水灰比， 减少浆液 初凝时间。 同步注浆压力控制在 3bar 左右， 保证同步注浆浆量。5.6.2 接收的第二阶段1、第二阶段掘进（盾构刀盘进入接收井

9、8.2 m刀盘进入接收井 8.8m）（1）此时，再掘进40cm盾尾即可脱离内衬墙钢环，进入 接收井。 此阶段掘进， 推力控制在 1000t 左右（不超过 1200t）， 掘进速度控制在1cm/min，保证注浆填充饱满，出土量控制在每 环40m3盾构掘进时，继续进行同步注浆，注浆量控制在3m3左右，压力控制在 3bar。2）盾构掘进时需对最后 6 环管片进行隧道内整环注浆。 待打开吊装孔，无水流出，即可判断为背衬以填充密实，洞门圈 注浆封堵密实。填充密实、满足抽水条件后开始试抽水，抽至地 下水位以下 1 米左右，观察水位是否上升， 不上升说明二次注浆 已经达到效果， 否则回水到初始位置开启液氮冻

10、结管， 待冻结一 段时间后，进行试抽水，直到水位不再上升为止。2、同步注浆填充 +二次注浆封堵洞门 在接收掘进的第二阶段， 继续进行同步注浆， 同时在掘进过 程中开始二次注浆。 在最后 6 环管片从管片吊装孔处注入大量水 泥水玻璃快硬性浆液， 达到封堵管片脱出盾尾后的间隙、 封堵洞 门钢环与盾尾之间的间隙和止水的目的。 注浆效果不佳时需反复 进行注浆工作直至打开管片的吊装孔后无水渗出。 待封堵密实之 后，即可进行水土的清理。5.7 井内水土清理和洞圈封堵 注浆效果（或液氮冻结）经检查合格后抽出井内回灌水，排 除回填土，并同步自上而下在第一时间将洞圈和管片预埋板用弧 形钢环板焊接牢固。 此处要求最后一环管片为特殊管片 （外弧表 面需预埋钢板）。焊接弧形钢板时，若空间不足，可割除最后一 排露出盾尾的尾刷。此时，水中接收接收完毕。5.8 水中接收过程中的监控量测1、地表沉降监测2、周边建筑物、管线监测3、挡土墙应力、应变及裂缝发展观测1)在挡土墙迎土面安装应力计，监测盾构进入接收井后推力对挡土墙的应力传递变