复杂环境强透水地层工况下大直径泥水 盾构覆土平衡综合接收施工工法
2017年09月
复杂环境强透水地层工况下
大直径泥水盾构覆土平衡综合接收施工工法
1.前言
国力的增强、技术的进步，盾构法施工越来越多的被国内接受.目前国内地铁已经使用盾构法的城市有上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等，另外还有其他很多城市正在筹建.由于盾构施工在工期、安全、质量等方面的优势，一些城市，如上海、南京、武汉等过江隧道工程也越来越多的采用盾构法施工.但是盾构各个施工阶段的施工技术质量要求严格，安全性要求高，尤其在临近江河地段，地下水位较高的位置进行大盾构的施工，所以超大直径盾构接收施工技术需要我们不断总结，不断提高.
中铁十四局集团有限公司根据承建施工的南京长江隧道、扬州瘦西湖隧道和武汉地铁8号线越江隧道等工程，针对项目采用超大直径盾构隧道施工，盾构接收过程中可能存在洞门破除塌、渗漏、出洞管片拼接错位、机体周圈渗漏水等风险，在总结南京长江隧道、扬州瘦西湖隧道、武汉地铁8号线大直径越江隧道工程成功完成的基础上形成该工法.
该工法解决了始发洞门加固体坍塌、渗漏、始发密封失效渗漏等诸多难题，保证了盾构始发的安全可靠.实践证明，该工法成熟可靠，可以确保工程安全质量，加快生产进度，创造良好的经济效益.该工法在地下铁路、公路工程、市政工程等大直径盾构安全接收、质量可靠方面具有良好的推广价值.
2.工法特点
质量高：盾构机接收姿态控制好，反力合理管片拼装紧凑，填土灌水后水土前后压力平衡，无壳体周边渗漏水风险.
安全性高：该工法有效的避免了大直径盾构接收过程中的洞门渗漏、盾构机载头、出洞环管片拼装间隙大易造成渗漏等风险，大大提高了生产的安全性.
施工成本低相对于其他措施，该工法使用的机械设备及材料为常规材料，成本低.
3.适用范围
本工法适用于复杂地质条件下的隧道工程中采用盾构法施工的盾构接收工艺.
4.工艺原理
盾构接收是盾构施工的一大难点，施工时存在的难题有以下几点：
1）洞门直径大，混凝土地连墙洞门破除风险大：
2）盾构机进入接收井地质条件变化容易形成载头风险：
3)进入接收井后盾构机前方掌子面临空管片反力降低，造成管片拼装间隙大易渗漏水；
4）由于地层的强透水性盾构机进入接收井后机体周圈的水土压力不平衡容易造成机体周圈涌水涌砂.
针对以上特点，确定采用相应的处理方法，以克服上述风险.首先是降低洞门破除时的渗漏风险，做好接收端头加固和降水辅助措施，其次是盾构机防载头的砂浆基座控制措施，再次是确保出洞环管片的反力保障，井内回填砂土，给盾构机形成必要的反力，井内灌水保持盾构机机体周圈的水土压力平衡，确保不因出洞形成渗漏水通道.
5.施工工艺及操作特点
5.1泥水盾构始发施工工艺流程图
第一步：主体结构施工完成后盾构机接收前进行端头加固施工（素墙搅拌桩旋喷桩降水井），以及工作井内封闭区域的挡墙施工，同时进行接收基座的施工（M10砂浆填充）：
第二步：盾构进入加固段前完成润门被除施工，润门破除后进行砂土回填，大约低于洞门顶部3m左右，并往接收井中回灌水（回灌标高至洞门顶部）；
第三步：盾构机继续掘进穿越加固区至洞门素墙处环处盾构机切削破除洞门，同时进行管片加强壁后注浆.
第四步：继续前移，将盾构机停到拆解位置，同时进行环壁后二次注浆.二次注浆完成后进行抽排水和清理回填土，清理回填土的同时自上而下进行洞门密封钢板焊接，开始拆机.
5.2主要施工方法
5.2.1井内封闭墙及接收基座施工
1）井内封闭墙施工：
封闭井结构一般在接收井结构施工时施工，根据接收井内盾构设备的场地占用范围形成封闭结构，一般情况下利用接收井的三个端头主体结构作为三面封堵墙，盾构掘进前方的一堵墙为临时封堵墙，采用钢混结构，C25混凝土浇筑，封堵墙厚度25-30CM，接收完成井内清理完成后进行拆除.
2）接收基座施工
盾构接收采取覆土灌水暗到达接收方案，由于接收基座同时起到支撑盾构机以及给盾构掘进提供水平发力的作用，接收基座在盾构掘进过程中，掘进断面内需要依靠盾构机的切削功能，将基座切削掉，因此盾构接收基座不易强度过高，但亦不能太低防正盾构机载头，因此接收基座采用M10水泥砂浆结构，预先对接收井进行砂浆填充，使砂浆表面高度大致在盾构刀盘的1/5处，待盾构出洞后利用盾构机掘进功能切削砂浆基座，使其变为与盾构机100%吻合的承载基座.在刀盘、盾体与盾尾接缝处、盾尾外边缘处各预留出一个通道，方使盾构机拆解作业.
接收基座分两列六块，根据盾体和盾尾的分界线以及各自的分块，在六块基座之间分别设计预留的切割槽.接收基座顶部标高比盾构机刀盘开挖直径底部高出刀盘的1/5，提供盾构机前行时的反作用力.
盾体和盾尾竖向的预留槽宽1.1m，盾尾和盾体拆解分块的预留槽宽1m.基座底部
打满50cm高的基础，将六块基座连起来，方便盾构前移时的整体受力.基座的上表面为2.7%的上坡，与隧道轴线坡度一致.
基座详图如下所示：
图5.2-1接收基座纵剖面图
5.2.2接收端头地基加固
加固体的范围要求：加固长度大于盾构机的主机长度，确保机体刀盘破除润门后，盾尾在加固区内，保证盾尾后未加固区域不与洞门间形成渗漏通道，加固宽度盾构机直径外缘各3米（包含备用降水井的位置），端头加固在盾构机到达加固区前1个月完成，以保证加固区的水泥土加固强度.
鉴于本工程实际工况，盾构接收端头加固区平面尺寸：15mX18.1m（盾构隧道两侧各3m，3312.1=18.1m，沿盾构掘进方向纵向加固长度为26.57m）.盾构接收端头加固区加固深度为拱底以下4m，加固范围如下图3.3-1所示.
本工程拟采用封闭素墙三轴搅拌桩高压旋喷桩补缝加固：为确保破洞安全在洞口加设一排素混凝土墙，墙深自通道结构底板至隧底以下5m，墙宽为隧道两侧各3m范围，如图3.3-2所示.
受1号线高架桥影响，三轴搅拌桩加固仅能施做约10m范围：为确保施工安全，在加固区后设计5高压旋喷加固，以确保安全.
