简述盾构富含承压水软土层盾构进洞施工关键技术理工

论文导读：
摘要：文中详细介绍了上海轨道交通7号线耀华路站盾构进洞施工中研究应用的“富含承压水软土层盾构进洞施工技术”，该技术采取三次进洞工艺、设置三道特制洞圈防水装置，有效降低了盾构进洞突发涌水、涌砂的风险，以期为其它类似工程提供参考和借鉴。
关键词：富水；软土；盾构；进洞；关键技术
1 概述
上海轨道交通7号线23B标云台路站～耀华路站区间隧道施工中采用一台土压平衡式盾构掘进，盾构从云台路站西端头井始发，沿浦东南路西行掘进，由耀华路东端头井进洞。耀华路站盾构进洞端埋深24m，掘进全断面位于富含承压水的⑤2砂质粉土层，施工风险高，进洞时一旦措施不力，极易发生涌砂、漏水乃至酿成塌陷、管涌事故。为规避风险，吸取类似工程的惨痛教训，在耀华路站盾构进洞施工中，通过对“富含承压水软土层盾构进洞施工技术”开展研究和应用，较好地解决了富含承压水软土层中盾构进洞的技术难题，有效保证了盾构进洞安全。
2 主要关键技术

2.1 进洞端土体加固

考虑盾构进洞全断面位于富含微承压水地层且埋深较大，若采用深层搅拌桩对进洞端土体加固，加固效果不易控制，对砂质含水地层不能起到很好的密封作用，在洞门槽壁破除过程中其加固区往往易出现冒水冒砂现象，给盾构进洞带来一定的施工风险。因此，盾构进洞端土体采用冻结法加固，冻土墙密封性好、强度高，能有效地降低盾构进洞风险。对于冻结法施工后期的冻胀融沉以及给地面环境及隧道带来的不利影响，通过融沉注浆加以解决。

1.上行线进洞端土体加固

根据地面条件，上行线采取局部垂直冻结与底部水平冻结相结合冻结方案。布设垂直冻结孔数39个、水平冻结孔数6个。为了保证盾构能安全顺利进洞，在距槽壁外侧0.3m处施工三排冻结钻孔，冻结孔布置宽度为10.4m，冻结孔深度为27m，穿过隧道底板3m。垂直冻结时采取局部冻结，即隧道顶板向上冻结3.0m，单孔冻结长度为13m，地面向下14m范围不作冻结。6个水平孔布置在洞圈下部，进入土体1m，其作用是在垂直冻结管拔除后盾构机进洞时，维护盾构机底部继续冻结。进洞时，盾构两侧的冻结管不做拔除，继续维护冻结，盾构区域内的垂直冻结管拔至盾构正上方50cm～100cm，仍维持冻结。

2.下行线进洞端土体加固

由于下行线地面不具备施工垂直孔的条件，因此采用水平冻结方案。冻结孔仅在洞圈外布设一圈，共水平冻结孔32个，冻结孔布置圈径

7.34m，冻结孔深度进入加固土体2.5m。

2.2 洞口槽壁凿除

1.洞门探孔打设

探孔打设个数不得少于9个，具体数量根据探孔开凿、洞门渗漏水等情况确定，探孔须沿洞圈上、下、左、右、中心均匀分布，特殊情况下可有针对性加设探孔。打设探孔深度不得小于地下连续墙厚度。在探孔完成后，若探孔中无流水、漏砂、漏泥现象，方可进行下步洞门混凝土凿除施工。

2.洞门混凝土凿除

为防止盾构机刀盘在冻结加固土体中长时间停留而被冻结，在刀盘距离冻结加固区土体2m位置时停止掘进，进行洞门混凝土凿除。耀华路车站连续墙厚度为1000mm，凿除工作分二层进行，先凿除外层650mm，割除外层钢筋与预埋件。第二层洞圈混凝土凿除须满足下列条件：①完成接收架安装、加固(含顺接)；②完成防磕头、内外封堵板的安装；③现场及隧道内应急物资y设备的配置完成；④盾构已紧贴冻结加固区；⑥盾构等机械设备状态良好（尤其是盾构机各项连锁）；⑦冻结管拔除及应急措施的准备工作完成；⑧降水井降水已达到进洞安全要求；⑨周围环境监测点已布设妥当，满足要求；应急抢险通道通畅；⑩二次补探孔无异常，冻结效果满足安全要求。最后35cm混凝土凿除采取全断面破除方式，施工时先沿洞圈凿出一条环缝，露出所有与车站连接钢筋，盾构进入加固区域后再将洞圈与车站所有连接钢筋沿预埋钢圈环面割断，该层混凝土凿除及碎渣清理务必在24小时内完成。

2.3 洞圈防水装置

洞圈防水装置由安装封堵板和插板组成（构造如图1所示），在凿除650mm厚第一层洞门混凝土后安装。
图1洞圈防水装置构造与安装示意图
1.封堵板
封堵板采用5mm圆环型钢板，直接焊接在洞圈钢环上，钢板止水圆环外径3350mm，内径3110mm，径向长度280mm，沿内弧侧每隔100mm顺直径方向割200mm长缝，以使盾构通过时能自由翻转。论文导读：

2.插板
插板采用15mm钢板，径长35cm源于：论文写作格式www.7ctime.com
。每块插板上须割两道150mm×22mm槽，使插板可上下活动，止水时，利用50mm角钢挡填该槽缝，插板及角钢采用高强螺栓固定在洞圈钢环上。安装分以下几步进行：
先将双头螺栓上到外侧钢圈预留孔内，双头螺栓须选用高强螺栓，然后将插板通过预先割除的缝穿到双头螺栓上，固定后再进行焊接，再把螺帽套上将插板固定。
当盾构机进洞推出洞圈时，若发生泥水涌出，则可根据盾构机盾壳与插板的间距来上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后再将插板焊上固定。

2.4 盾构进洞掘进

在盾构进洞前100环，须完成隧道轴线贯通测量工作，为盾构推进提供可靠的轴线复核数据，同时加强进洞段施工控制点的复测。掘进最后50环时，须严格控制土压力、速度等参数，减少盾构姿态的大幅度调整。为保证盾构顺利进洞，盾构进洞推进设30环，即442环～472环，其中442环～465环掘进时，同步注浆与二次注浆同步，二次注浆浆液采用双液浆，465环往后暂停注浆。盾构机加固区掘进应在48小时内完成，掘进速度≤5mm/min，加固区最后50cm将土仓内土排空，当盾构刀盘整体出加固区后，停止刀盘转动。
上行线布设有垂直冻结孔，加固质量有保障，采取一次进洞方式。但下行线仅布设一圈水平冻结孔，加固效果难以保证，故采取二次进洞方式。盾构刀盘露出后须快速顶上接收架，必须杜绝由于机械故障、材料供应、接收架加固等原因停留，最后10环的盾构推进及管片拼装须由有经验的操作人员完成。
盾构进洞后，前方土压力消失，隧道管片环缝极易松开，为减少松动量并防止管片接缝渗漏水，在最后10环设置管片拉紧装置，固定于每环管片的举重螺栓孔处，使最后10环管片作为一个整体，同时加强对管片螺栓的复紧。

2.5 盾构穿越冻结区的防冻措施

盾构加固区掘进前，须认真检查盾构各系统联锁情况；顶至加固区时，解除所有连锁，刀盘开始转动，转速在确保盾构机允许的情况下尽可能快，并开启防形刀，刀长2～5cm，盾构掘进速度控制在5mm/min内。
在加固区掘进时，任何模式下，须确保刀盘一直转动，防止被冻结；必要时，刀盘4注水孔须不停注盐水、肥皂水或其他油性液体，土舱内4注泥孔在刀盘进入冻结区50cm后开始注入，出土采用手动模式。盾构在露出刀尖后，关闭防形刀，但仍保持连续转动。

2.6 进洞后融沉控制

为减少融沉对周围环境的影响，解冻后应在隧道内进行适当的跟踪注浆。冻结拔管施工时，冻结管拔出后立即往孔内灌注水泥–粘土浆或粉煤灰浆，同时预埋注浆孔用于融沉补偿注浆，注浆孔根据冻结孔间隔布置，每隔1～3个冻结孔预埋1个注浆孔。当一天地层沉降大于0.5mm，或累计地层沉降大于3mm时应进行融沉补偿注浆，当地层隆起达到3mm时应暂停注浆，具体应根据地面变形监测情况做适当调整。当冻结壁已全部融化，且在不注浆的情况下实测地层沉降≤0.5mm/15d，持续监测1个月，累计沉降量小于1mm时即可停止融沉注浆。
3 结语
随着城市轨道交通的迅速发展，盾构法隧道施工已被广泛应用，且逐渐向地下深层、复杂条件发展，盾构进洞施工风险随之迅速增大。在上海轨道交通7号线耀华路站盾构进洞施工中研究应用的“富含承压水软土层盾构进洞施工技术”，采取三次进洞工艺、设置三道特制洞圈防水装置，该工法易操作、速度快，有效降低了盾构进洞突发涌水、涌砂的风险，确保了施工全过程的安全性，相比传统工艺优势明显，可为类似工程施工提高参考和借鉴。
参考文献：
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