大直径泥水盾构水下接收关键施工技术.docx

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1、大直径泥水盾构水下接收关键施工技术摘要：伴随我国城市建设的飞速开展，盾构法施工因施工扰动小、机械化程度 高等诸多优点，在大断面、穿越江河及海底隧道中应用实例越来越多，而如何 顺利、平安接收盾构机出井也成为诸多工程不可回避的问题。本文通过介绍南 京市纬三路过江通道工程S线大直径盾构机水下接收过程中涉及的冷冻加固、 基座施工、洞门凿除、接收井回灌及清渣、盾构接收段掘进等施工内容，阐述 了大直径泥水盾构机水下接收的关键工序及施工控制难点，为今后类似工程提 供参考及借鉴。关键词：大直径盾构；加固；水下接收1、工程概况及地质1.1 工程概况本工程S线盾构段里程为SDK3+553SDK7+687.6,全长

2、4134. 6m。长江南岸大 堤宽度为40m,大堤防洪墙里程为SDK7+266,盾构穿越防洪墙位置盾顶覆土厚 度约为33.6m,盾构到达接收段里程为SDK7为00SDK7+687. 6。图1. 1纬三路过江通道平面示意图2接收段水文地质盾构接收段地层从上到下依次为淤泥质粘土、粉砂、粉质粘土；处于长江漫滩 沉积地貌单元，地势较为平坦，地面标高为6米至9米，水系比拟发育，地下 连续墙主要埋深在1粉质黏土及以下。据地堪资料显示，S线江南工区接收工 作井处地层特征如图L2所示。工程所在区域气候较为湿润，雨水量大，对地下水补给充足。据勘察资料显 示，南岸S线明挖段场地上层潜水位于地面以下0.80m至1.

3、00m之间。本工程 场地内所含地下水按其特征可以分为松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙水两种。图1. 2纬三路过江通道S线盾构到达接收段地质纵断图2、盾构接收段施工技术盾构到达采用水中接收；接收井端头处理采用了水泥搅拌桩与高压旋喷桩相结 合的加固方式，同时进行冷冻法辅助加固，当冷冻效果满足设计要求后，进行 洞门区域内地下连续墙混凝土的凿除作业；洞门密封止水装置采用钢板刷（一 道），同时对特殊环管片进行压注双液浆液及压注聚氨酯相结合的止水形式； 当注浆完成后抽除接收井内的回填砂土和水，通过对钢管片上预留的注浆孔对 止水箱进行二次注浆给予加固。施工工艺流程如下列图2-1所示。1. 1盾构接收井端头加固（

4、1）盾构接收端头加固盾构接收端头地基加固采用0850600三轴水泥土深层搅拌桩（水泥掺量 225%）与01200900旋喷桩加固（水泥掺量225%,垂直精度WL/200）相结合的加固形式。其平面布置方式如图2.2所示。图2. 1盾构水下接收施工工艺流程图图2. 2接收井端头加固平面布置图(2)端头土体加固及质量检测在进行洞门破除施工作业之前，须先对接收井端头土体的加固效果进行检测， 其检测结果合格后方可进行后序施工；检测内容主要包括：加固区强度检测、 加固厚度、土体连续性检测、加固土体与地下连续墙连接紧密性检测等工程。在盾构隧道轴线的两侧采用钻设排水孔法对端头土体加固效果进行检测，需对 称钻取

5、6组试样进行检测，取样深度应同端头土体加固深度一致，检测加固土 体连续性；检测完成后垂直钻孔须用标号为M7. 5的水泥砂浆回灌。2. 2冷冻加固为保证盾构机水下接收工作的平安性及可靠性，提高接收区域土体的加固强度 及密封性，工程冷冻加固采用整体板块全深冻结的加固施工方案：在已加固土 体区与地下连续墙相结合的区域，即在地下连续墙外侧0. 5m至1. 3m范围内布 设2排冻结孔，采用人工制冷的方式对本区域进行冷冻加固，目的为形成一个 完整冻土壁，从而使得端头加固土体区域与地下连续墙结构形成胶结，以到达 隔绝地下水的目的，在冻土壁与地下连续墙的共同支护作用下，进行接收井洞 门处的混凝土破除施工作业。

6、参考盾构机始发端冷冻加固的相关数据及参数，确定接收区域冻结加固体范围 为：盾构掘进至接收井计划穿经的洞口下方需向外延伸3m,冷冻冻结壁与地下 连续墙胶结宽度应至洞门直径范围向外延伸至少2.5m,冻结壁厚度为1.6m。冻结加固主要技术要点:(1)冻结孔的钻孔位置其误差范围应控制在50mm以内，当现场实际施工条件 有限时，可视情况调整冷冻孔的钻孔角度，但必须确保最终成孔后七最大间距 控制在1200mm以内，同时需满足首排冻结孔距地下连续墙的水平距离 W400mm。(2)应选用耐压强度应NO. 8MPa的冻结管，且耐压强度应NL 5倍冻结工作面 内的盐水压力值。(3)成孔后，须设计打压要求进行打压试

7、验。(4)设计积极冻结时间为30天。要求冻结孔单孔流量不小于5n13/h；当测得 盐水温度及流量未达设计要求，须延长积极冻结时间。(5)施工过程中，如发生洞门凿除时间过长时须在凿除面上敷设保温层，保温 层材料必须满足设计要求。2. 3基座施工盾构接收基座在采用了两种断面形式：在位于大里程端16. 85m范围内基座采用 断面矩形形式，同时为了确保管片在接收段拼装过程中有足够的反力支撑，在 盾构机底部以上2. 3m的范围内使用标号为M7. 5水泥砂浆进行填筑；位于小里 程端4. 35m范围内盾构基座采用弧形的结构形式。盾构接收基座的中心线应与盾构掘进进入接收井的理论轴线保持一致。接收基 座的轨面标

8、高须适合盾构机入井后的姿态，为确保刀盘破土后管片拼装反力， 可视实际情况将接收基座的轨面坡度增大。盾构接收基座定位放置后，采用型 钢对盾构接收基座前方和两侧进行固定及加固，防止在盾构机推入盾构接收基 座的过程中接收基座因受力产生移位。2. 4封堵墙施工为了防止基坑回填时砂土及水涌入已完工的明挖段区域内，在进行回填作业前 应在明挖段端头浇筑堵水墙进行封堵。结合接收井的现有已完成施工结构及接 收井局部围楝结果，在接收井靠近明挖段侧浇筑临时封堵墙，使其与接收井内 现有的永久性结构形成一个封闭结构，共同组成盾构机到达江南接收井的水下 接收体系。封堵墙采用C35混凝土，墙高16. 5m,墙厚度为700

9、nlm,靠近两侧暗柱处为900 mm,封堵墙紧贴现有混凝土围楝。封堵墙与相邻工作面接触处采用植筋，钢筋 采用A25,封堵墙与永久主体结构内衬墙接触局部采用2 cm的隔离板进行隔 离。施工工艺流程：测量、放线一植筋、打孔一植筋一钢筋安装一预埋件安装一模板安装一施工缝 处理一混凝土浇筑一养护一拆模2. 5洞门凿除在确保接收井端头土体冷冻加固已满足设计要求，且具备地下连续墙凿除条件 时，方可进行洞门凿除的施工作业；凿除共分2层，第一层为：凿除70cm,凿 除自上而下依次进行，并对地下连续墙首层钢筋进行切割；第二步为：凿除地 下连续墙混凝土至第二层钢筋处，大约凿除45cm。进行洞门破除施工过程中应 实

10、时监测洞门的温度变化及洞门掌子面的位移情况。最后应预留5cm厚地下连续墙於，由盾构机刀盘切削破洞。图2. 3洞门地下连续墙凿除分层示意图6洞门止水装置安装盾构机进入接收井内并到达预定拆机位置后，在接收井内回灌水压与地下水土 压力的平衡作用下钢板束在因身弹力将自动弹压至管片上，以到达阻断地层渣 土流失的目的。与此同时，应先向靠近钢板束的特殊环由下向上注入双液浆，注意控制压力及 注浆量，注浆量应控制在lm3/孔，注浆压力应比管片的注浆孔处水压高0.2至 0. 3bar,及时将洞门封堵。而后向后面的4环特殊管片逐个进行双液注浆，以 稳定端头加固区管片，用最短时间封堵洞门。2. 7工作井回填砂、水为防

11、止盾构机破洞时，淤泥、沙土从洞门流失造成洞门涌泥涌沙，采用向井内 回填砂土及灌水，用以平衡接收井周边地层的水土压力，防止地层中的水和泥 沙流动；在洞门密封、接收基座、洞门破除等前序工作全部完成后，应采取倾 斜回填的方式向接收井内填筑沙土，砂土填实后，向井内灌水至设计高度。3. 8接收井排浆清渣洞门封堵完后开始排泥排砂，采用盾构自身的泥浆循环系统对井内的泥浆和渣 士进行排放，通过循环系统排至北岸的泥水别离站。用泥浆循环系统直接将井 内的泥浆排至盾构机1/3高度位置，在循环系统排浆时刀盘可以转动，以利于 排渣；1/3以下的泥浆渣土通过排污泵排至泥浆循环系统P2. 1泵的进口前，再 由P2.1泵排至

12、北岸泥水别离站。在排浆过程中，可用高压水对井底的渣土进行冲洗，然后在从排污泵排至泥浆 循环系统，以减少南岸从地面出渣的压力。4. 9盾构接收段掘进(1)刀盘掘进至加固土体区域后，掘进速度应控制在10mm/min至15mm/min, 泥浆比重应保持在1.2至1.25之间，在盾构掘进过程中应密切注意排浆泵的吸 口压力，及时进行正反泥水循环冲洗。(2)加大同步注浆数量，控制在每环4045m3。(3)当盾尾到达加固体时应立即采取二次注浆和压注聚氨酯相结合的方式进行 封堵止水。其中二次注浆及聚氨酯采用交替使用的方式，压注顺序按照从下到 上、左右对称、注那么成环的原那么。双液浆压注采用压力和数量双控的原那

13、么，每 孔压注数量到达2n13或者注浆压力到达3. 5MPa时那么停止压注。聚氨酯压注与双 液浆压注交替进行，即压注一环双液浆，掘进一环，压注一环聚氨酯，再掘进 一环。聚氨酯压注数量控制在每环11.53如此反复，直至盾构机刀盘到达 拆机位置。(4)盾构刀盘掘进至洞门地下连续墙前面一环时，速度应控制在5mm/min左 右，掘进压力控制在0.3MPa,泥浆指标控制在1.21.25,加大刀盘转速，减 小贯入度，使得刀盘缓慢“磨”出。(5)刀盘进入止水箱体后，停止刀盘转动，缓慢推进，每分钟控制在5mm 10mm,直至整个刀盘通过钢板刷。(6) 20562070环为管片内弧面预埋连接钢板的特殊环，拼装完

14、成，推出盾 尾后须立即进行焊接拉紧。(7) 20662070为了增强二次注浆止水效果，增加了管片预留注浆孔，采用隔孔注浆，其余作为检查孔使用。图2.4盾构机穿越接收井示意图3、盾构接收段施工要点总结大直径泥水盾构水下接收段施工控制要点如下：(1)盾构接收基座施工完成后，基座的前端基准与洞门地下连续墙之间约有3m的距离，盾构机推出地下连续墙后，刀盘会下沉(磕头)，为防止主机前 移时发生“磕头”情况，保证盾构机平安、准确推上接收基座，洞门破除后， 须在洞圈内底部60。范围内浇筑C20素混凝土；(2)注浆时应严格按程序进行施工，注浆前检查从注入孔到泵的输浆管接头情 况；应严格监控浆液的注入压力以及注

15、浆量，应由专人负责操作，并做好记 录。一旦施工过程中出现压力变化异常或孔壁溢浆时，必须立即停止注浆；(3)洞门凿除应安排专人对接收井洞门掌子面的温度测量点、位移测量点及地 面端头沉降观测点等进行跟踪监控和测量。洞门破除主要从两方面保证破除质 量，一是洞门范围内的钢筋剔除干净，二是破除厚度到达方案要求的1m厚度。(4)地面沉降控制分为两个方面：盾构切口前沉降情况，主要通过切口泥水压 力、推进速度及土砂量等参数进行控制，掘进过程中泥水指标参数应严格控 制，以确保切口泥水支护刀盘正面土体稳定；并通过同步注浆对盾构机盾尾后 的沉降进行控制。在掘进过程中，要实时监测地面沉降情况，并根据定情况对 注浆数量

16、注浆压力等相关参数及时进行调整，必要时辅以地面跟踪注浆，以有 效控制后期沉降量。5. 结束语 本文通过介绍南京市纬三路过江通道工程S线大直径泥水盾构成功水下接收的 工程实例，阐述了大直径泥水盾构接收涉及的接收井端头加固、冷冻加固、基 座施工、封堵墙施工、洞门凿除、接收作井回灌及清渣、盾构接收段掘进等关 键的施工工序，并介绍了泥水盾构水下接收段施工过程控制要点，希望对今后 类似工程施工提供参考。Reference：1杨钊，孙国华，杨擎.超大直径泥水盾构接收关键技术J.隧道建设， 2017. Z1.2陈健.超大直径泥水盾构穿越长江关键施工技术综述J.现代隧道技术， 2014. 11： 81-86.3高琨.冻结法施工在含水疏松砂岩地层中的应用J.甘肃水利水电技术，2013.2： 54-57.一全文完一