城市地铁工程盾构机水中接收施工技术-精品文档

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。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 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PVC t,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60?80mm/min减至8?10mm/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4mm/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4?6h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8.2m?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40m3b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结管，待冻结段时间后，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化。监测频率2 次/ 每环。

(2)在挡土墙背土面设置5个观测点，距离挡土墙2m位置

设置固定三角架，脚架上用白线悬挂铅垂，掘进时，同步监测白

线上同一点距离到挡土墙上观测点的距离，以此判断挡土墙的变

形情况。

3)若挡土墙出现裂缝，临时在裂缝 2 边设置2 个观测点，每2小时测量2个观测点之间的间距，以判断裂缝发展情况。