4.6完善后-在富水粉砂地层中盾构到达段施工技术

在富水粉砂地层中盾构到达段施工技术【摘要】本文首先介绍了工程概况，然后介绍了盾构到达施工程序以及盾构到达的准备工作，接着介绍了端头加固范围的确定，最后介绍了盾构到达段施工以及盾构到达施工要点。

【关键词】富水粉砂地层，盾构到达段，施工技术一、前言与盾构机始发一样，盾构机到达端头同为盾构施工重难点之一。

而在很大程度上，地质条件决定了其施工风险的大小。

尤其是在富水砂层段的施工难度更加的大。

二、工程概况目前，各大城市都在大力发展轨道交通工程，盾构到达施工出现的问题也有增多的趋势，出现了各种险情，比如喷水、涌砂、地面坍塌、管线破裂、楼房倒塌、隧道下陷等事故，如何确保盾构顺利、安全地进入到达井一直是业界关注的重点。

苏州轨道交通 1 号线土建I-TS-05 标土建工程塔园路站～滨河路站区间，滨河路站盾构到达井处洞身穿越富水粉砂层，盾构到达端头地质情况差，周边建筑物、地下管线复杂，存在盾构到达端头加固范围管线拆改困难、加固质量和加固区长度难以保证等问题。

区间全长1 568． 7 单线米，起终点里程为DK6 + 190． 600 ～ DK6 + 974． 950，左线长均为784． 35 m，拟合管片环数653 环。

在DK6 + 502． 496 处设一处联络通道兼泵房。

区间隧道自塔园路站始发向东至滨河路站，全程均为直线段，两线路平行，线间距均为13.0 m，线路埋深范围8.9 ～ 13.5 m，见图1。

本工程区间隧道采用两台小松PMX6340 土压平衡式盾构机施工。

衬砌采用预制装配式钢筋混凝土衬砌拼装而成，衬砌内、外直径分别为Φ5． 50 m 和Φ6． 20 m，衬砌宽度1． 2 m。

衬砌拼装为错缝拼装。

根据地质资料，地层层序自上而下依次为: ①3 素填土层、③1 粘土层、③2 粉质粘土层、④1 粉土、④2粉砂、⑤3 粉粘夹粉土、⑤4 粉质粘土、⑥1 粘土、⑥2 粘质粘土、⑥3 粘质粘土、⑦粉质粘土夹粉土、⑧1 粉质粘土。

7 度地震作用下，20 m 以内浅分布的④1 粉土、④2 粉砂夹粉土层不存在液化趋势。

本区间端头井处原地面标高2． 91 m，实际地面标高3． 03 m，隧道上部覆土厚度9． 508 m，洞口处断面穿越土层自上而下依次为④1 粉土和④2 粉砂层，其中粉砂层含量占72． 6‰。

根据地下水埋藏条件，将地下水分为孔隙潜水含水层、微承压含水层及承压含水层。

潜水含水层主要由粘性土夹碎石和建筑垃圾组成，由于其颗粒级配不均匀，固结时间短，往往存在架空现象而形成孔隙，成为地下水的赋存空间，其透水性不均匀。

据区域水文资料，苏州市历年最高潜水位标高2． 63 m，最低潜水位标高0． 21 m。

微承压水含水层由晚更新世沉积成因的土层组成，主要为④1 粉土、④2 粉砂层，为良好的赋水和透水地层。

该含水层组埋深6 ～ 7 m，厚度9． 80 ～ 12． 80 m，为对隧道施工影响较大的含水层。

承压水含水层由⑦粉质粘土夹粉土层组成，埋深较大( 达32 m 以上) ，厚度2 ～ 7． 40 m，可塑状，弱透水性，该层对隧道施工影响不大。

吊出井端头场地狭小，距离市政道路3 m。

周边建筑物: 北侧为何山花园一幢6 层居民楼，该楼平行于隧道走向方向楼体与隧道外轮廓距离15.36 m，斜角段楼体位于车站基坑端头井北侧; 南侧为滨河花苑一幢7 层居民楼，该楼与隧道外轮廓距离9.31 m，与车站围护结构水平距离11.01 m。

盾构到达端头加固范围内受影响的管线有3条，管线拆改困难，造成加固质量和水平长度难以保证。

管线类型以及与隧道的关系详见表1。

三、盾构到达施工程序盾构到达按下列程序进行：（1）洞门凿除（2）接收基座（接收托架）安装定位（3）洞门密封安装（4）到达段掘进（5）盾构推上接收基座四、盾构到达的准备工作盾构到达前应做好下列工作：（1）制订盾构接收方案，包括到达掘进、管片拼装、壁后注浆、洞门外土体加固、洞门围护拆除、洞门钢环密封等工作的安排。

（2）对盾构接收井进行验收并做好接收盾构的准备工作。

（3）盾构到达前100m和50m时，必须对盾构轴线进行测量和进行姿态调整。

五、端头加固范围的确定对于无水地层，盾构始发与到达的端头加固只需考虑端头土体强度与稳定性要求，而对于有水地层，端头土体加固除了满足强度与稳定性以外，还要考虑盾构几何尺寸和渗透（止水）要求。

盾构始发和到达端头加固的几何尺寸主要是根据盾构机主机的几何构造尺寸确定，加固范围分为纵向加固范围和横向加固范围两种。

根据端头地层中是否存在有地下水，或地层中是否有补水来源，将盾构始发与到达的加固范围分为四种情况：盾构无水始发、盾构无水到达、盾构有水始发、盾构有水到达。

纵向加固范围通常为盾构机主机长度，横向加固范围中，上部通常考虑3米，左、右两侧一般为2米，底部可以不考虑加固。

盾构有水始发，在有水地层中，纵向加固范围若小于盾构机主机长度，加固区前方地层中的地下水和土体可能沿着盾壳和围岩之间的空隙进入盾构工作井，引起透水、洞门塌方等工程事故。

总结工程实践经验，通常采用纵向加固范围为盾构机主机长度加2~3倍的盾构环管片的宽度，即L=盾构主机长度+（2~3）B，横向加固范围中，上部及左、右两侧通常考虑3米，底部考虑2米。

盾构有水到达。

由于盾构设备自身构造的原因，壁后同步注浆的浆液不可能完全填充盾构外壳与地层之间的缝隙，当地层中地下水埋深较浅，隧道周围地层中的地下水和砂土就会沿着盾构外壳与地层间的缝隙进入盾构接收层，造成地层缺失，引发工程事故。

因此，从渗透与堵水的角度考虑，避免透水和坍塌事故的发生，端头土体的纵向加固范围必须大于盾构机主机的长度。

同有水始发类似，纵向加固范围为盾构机主机长度加2~3倍的盾构环管片的宽度，即L=盾构主机长度+（2~3）B，横向加固范围中，上部及左、右两侧通常考虑3米，底部考虑2米。

鉴于盾构始发与到达施工中，具体工况的不同以及地质条件的差异性，还需有针对性的采取一些辅助工法配合，以降低工程实施的风险，确保始发和到达的安全性。

六、盾构到达段施工1、盾构穿过止水帷幕及止水帷幕注浆封堵盾构到达井处的地墙厚度为80cm，车站内衬墙厚度为80cm，洞门处预留钢环内径为6.7m。

三轴实际加固平面范围：垂直于隧道轴线为隧道外轮廓左右各3ITI；平行于隧道轴线为车站围护结构外6．58～7．10m。

止水帷幕桩直径80am，盾构在穿越止水帷幕桩时不得开启超挖刀。

根据测量数据算出：隧道管片最终拼装环数为652环，652环为带预留环形钢板的砼管片，管片前端距车站内衬墙内边缘19．3cm；640环管片前端嵌入止水帷幕的外边缘40cm；645环管片前端刚好嵌入三轴加固土体外边缘。

采用的小松盾构机全长8. 58m，刀尖长35cm，管片拼装完成时有将近2环管片包在尾部盾壳内。

在完成643环掘进后，停止盾构推进。

在643环拼装时施放全环面海棉条，之后在641环管片吊装孔处压注聚氨酯。

待压注完聚氨酯后2ih，打开吊装孔检查聚氨酯是否已经遇水膨胀凝固，如果末膨胀凝固，则采取在管片顶部注入一定量水的措施，让水和聚氨酯起反应，保证聚氨酯在管片后壁形成一道密实的环箍。

聚氨酯环箍的作用是保护盾尾密封刷，对盾尾处管片后方的土体及填充浆液进行隔离。

完成聚氨酯环箍后，在640环压注双液浆。

640环前端嵌入止水帷幕的外边缘40cm，通过640环的双液浆环箍和641的聚氨酯环箍，将盾构机穿越止水帷幕时形成的通道进行封堵，保证止水帷幕的封闭性，达到阻止外来水源、粉砂进入端头加固区的作用。

2、加固区段掘进、停机注聚氨酯在完成645环掘进时，停止盾构掘进，此时盾构机刀尖离洞门加固区外边缘26．3cm，往盾构机中盾外壳的超前注浆孔压注聚氨酯。

前盾出加固区至洞门帘布橡胶板包上盾构外壳的有3In的距离，通过压注聚氨酯在盾构机中盾外壳与加固区土体间形成一道环箍，防止盾构机外壳涌水通道的形成及扩大，保证在3m 距离范围的推进过程中不发生或减轻漏砂、漏水现象，确保盾构到达的安全。

3、洞门帘布橡胶板安装及洞门凿除盾构在加固区内停机后立即进行帘布橡胶板的安装，安装完成后凿除洞门处的车站围护结构。

凿除顺序从上往下，先凿除外层钢筋及混凝土，保留内层迎土面钢筋及混凝土保护层。

4、盾构前、中盾出加固区洞门凿除后末发现渗漏水现象，洞内中具备出加固区条件后，将盾构推进至刀盘顶上围护结构迎土侧钢筋后，割除钢筋后将盾构推进至649环停止推进，使尾盾及部分中盾留在加固区内。

5、洞内双液注浆封堵加固区内通道盾构推进至649环，此时前盾、中盾出加固区且洞门帘布橡胶板已包上盾构外壳，尾盾处的注浆外包管距加固区边缘约1m。

为了保证盾构机完全出洞脱离帘幕后安全，需将盾构机穿越加固区时形成的通道进行封堵。

通过在加固区边缘前的646、647环及后的645环管片吊装孔内压注双液浆，从而在加固区的外边缘处的管片周围形成一道双液浆环箍，保证三轴搅拌加固区内的封闭性，达到阻止外来水源、粉砂从管片与加固土体的缝隙涌人车站的作用，以确保盾构机安全的脱离洞口、落上接收架。

6、盾构机完全出洞、洞口双液注浆封堵完成洞内双液注浆封堵后，立即进行盾构的推进及剩余管片的拼装，直至盾构完全落上接收架。

盾构完全出洞、脱离帘幕后，末出现漏水、漏砂现象。

在盾构到达的最后5环内停止了同步注浆，为了填充盾构与加固土体间的问隙及完全地隔断加固土体与管片间的通道，需进行洞门处双液注浆封堵。

封堵措施：用带有注浆孔的弧形钢板将洞圈钢环和管片端面预埋钢板焊接成一个整体，通过压注双液浆的方式，将洞门处的到达环与车站的内衬结构、围护结构形成一个整体；完成弧形钢板注浆后，往洞内到达段管片的吊装孔和弧形钢板的注浆孔压注双液浆，压浆要分多次间隔注入，注浆中遵循先下部、后上部的原则，使加固的浆液逐渐向上扩展，避免死角，待前期的浆液凝固收缩后最后进行洞顶处的浆液压注，以此达到将间隙填充密实的效果，保证加固区段的管片与加固区土体成为一个封闭的防水体系。

通过以上措施保证了管片(隧道衬砌)的稳定，有效防止隧道的变形，保证隧道结构的安全。

七、盾构到达施工要点（1）盾构到达前应先检查端头土体的加固效果，确保加固质量满足要求。

（2）做好贯通测量，并在盾构贯通之前100m，50m两次对盾构姿态进行人工复核测量，确保盾构顺利贯通。

（3）及时对到达洞门位置及轮廓进行复核测量，不满足要求时及时对洞门轮廓进行必要的的修整。

（4）根据各项复测结果确定盾构姿态控制方案并提前进行盾构姿态调整。

（5）合理安排到达洞门凿除计划，确保洞门凿除后不暴露过久，并针对洞门凿除施工制订专项施工方案。

（6）盾构接收基座的定位要精确，定位后应固定牢固。

（7）增加地表沉降监测频次，并及时反馈监测结果指导施工。

盾构到站前要加强对车站结构的观察，并加强与施工现场的联系。