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发展，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、安全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4134.6

2、m。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+400SDK7+687.6。1.2 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，水系比较发育，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1.2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L00m之间。本工程场地内所含地下水按其特征可以分为松散

3、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。施工工艺流程如下图2-1所示。2.1 盾构接收井端头加固（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

4、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项目。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

5、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安全性及可靠性，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，以达到隔绝地下水的目的，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。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

6、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20.8MPa的冻结管，且耐压强度应21.5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5m3/h；当测得盐水温度及流量未达设计要求，须延长积极

7、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4.351n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

8、收基座前方和两侧进行固定及加固，避免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。为了避免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部分围橡结果，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700nlm,靠近两侧暗柱处为900mm,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部分采用2cm的隔离板进行隔离

9、。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2.4 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厚地下连续墙碎，由盾构机刀盘切削破洞。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

10、在因身弹力将自动弹压至管片上，以达到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

11、计高度。2.8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分离站。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泵排至北岸泥水分离站。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。(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L2至L25之间，在盾构掘进过程中应密切注意排浆泵的吸

12、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4045nl3。(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、注则成环的原则。双液浆压注采用压力和数量双控的原则，每孔压注数量达到2m3或者注浆压力达到3.5MPa时则停止压注。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

13、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5mm10mm,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。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3.3m的距离，盾构机推出地下连续墙后，刀盘会下沉(磕头)，

14、为避免主机前移时发生“磕头”情况，保证盾构机安全、准确推上接收基座，洞门破除后，须在洞圈内底部609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，二是破除厚度达到方案要求的bn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

15、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。4.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