中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司 上海市浦东新区 200120
摘要：软弱富水地层中的盾构接收是盾构施工中的关键风险点。针对苏州地铁5号线南园路站～竹辉路站区间接收端的特殊地质及施工条件，采用了水平冻结法端头加固与钢套筒辅助的盾构接收施工工艺。本文通过对工程实际应用的工艺研究，详细介绍了水平冻结法加固与钢套筒辅助盾构接收的原理及施工工艺及盾构到达、洞门封堵的技术措施。解决了封闭条件下钢套筒的安装，总结了软弱富水地层中冻结法加固与钢套筒辅助盾构接收的技术特点及难点，有效的避免了盾构接收过程中涌水、涌砂的风险，保障了盾构的安全接收。
关键词：软弱富水地层、盾构接收、水平冻结法、钢套筒
引言：在地铁盾构隧道建造过程中，盾构始发与接收是风险较大的关键环节之一。其主要风险在于洞门临时围护结构破除后，可能会引起洞门土体坍塌，且在软弱富水地层中更易发生涌水、涌砂，严重影响盾构的正常推进，危及地面周围建筑物及管线安全。冻结法加固与钢套筒辅助接收作为一种安全性高、适用性强的施工方法，在盾构始发与接收施工中展现了广阔的发展前景。在复杂的工程地质条件下，盾构到达采用水平冻结法端头加固与钢套筒辅助的接收措施，极大地提高了盾构到达风险的可控性。苏州地铁5号线竹辉路站东端头右线盾构接收工程由于工程地质及周边环境复杂，管线密集，无法实施地面垂直加固，故采用了水平冻结法端头加固与钢套筒辅助接收盾构机的施工方式，有效地规避了软弱富水地层中盾构接收涌水、涌砂的风险，取得了良好的施工效果。
1.工程概况
苏州地铁5号线竹辉路站盾构接收端头地面无吊装孔，盾构机到达接收后需在井内调头平移至右线始发，端头加固范围内的土层主要为④1粉质粘土、⑤1粉质粘土，均属富水软弱土层，地下水埋深3.12～3.23m，土体自身承载力差，地下水类型主要为潜水、微承压水。由于该接收端头毗邻既有4号线，端头井加固受车站管线和交通的影响，接收端端头加固无法采用常规垂直加固施工，为保证盾构的顺利接收，结合工程实际环境条件，决定采用水平冻结法端头加固与钢套筒辅助接收。盾构接收端头与既有4号线及管线位置关系如下图所示。
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2.冻结法加固与钢套筒辅助接受的工作原理
冻结法加固即利用人工制冷的方法，将低温介质送入地层，把要开挖土体周围的地层冻结成封闭的连续冻土墙，以抵抗土压力，并隔绝地下水与土体之间的联系；冻结目的是为了保证洞门凿除时，墙后土体的自立性、保证洞门掌子面无渗漏。
钢套筒接收即将钢套筒拼装完成后与洞门钢环焊接形成一个密闭空间，在钢套筒内填充内容物，保持套筒内部的水土压力与隧道埋深位置的水土压力平衡，防止盾构接收过程中出现涌水涌砂。
3.施工工艺
3.1盾构端头冻结加固
竹辉路站东端头井接收洞门布置57个水平冻结，8个测温孔。冻结孔按水平角度布置。共布置3圈冻结孔和洞门正中1个冻结孔。最外圈冻结孔沿直径8m的圆周边布置32个孔，深度6m。从外数第二圈冻结孔沿直径5.4m的圆周边布置16个冻结孔，深度4m。从外数第三圈冻结孔沿直径2.7m的圆周布置8个孔，深度4m。洞门正中心的1个冻结孔深度4m。洞门在冻结范围内各布置8个测温孔，测温孔C1-C5深度为6m，测温孔C6-C8深度为4m。
洞门破除前必须具备如下条件：
冻土墙厚度 ≥3m
冻土圆环厚度 ≥1.6m
冻土的平均温度 ≤-10℃
各探孔温度 ≤-5℃
盐水温度 -28℃～-30℃
盐水去回路温度差 ≤2℃
3.2钢套筒安装
竹辉路站东端头井位于交通主干道，为4号线代建工程，无地面无吊装孔，钢套筒无法直接安装到位，故在车站标准段预留吊装孔，钢套筒从吊装孔处用电机车水平运输至东端头井后采用电动葫芦倒运拼装，并在钢套筒顶部安装溢流管，从风井接出地面，高度同地面标高。拼装完成后使用液压千斤顶平移至预定位置。由于端头井内中板纵梁下翻，考虑下翻梁对钢套筒后期平移、调头的影响，故在钢套筒底座设置U型梁，待钢套筒平移到位后，用千斤顶顶升，在钢套筒底部垫双拼工字钢将钢套筒抬升至设计标高后与洞门钢环可靠焊接。安装完成后浇筑钢套筒底部垫层并检查钢套筒密封性。
3.3盾构接收
盾构接收段的施工共分为四步：
（1）推进至距冻结体15m时，盾构机保压停机检修，对接收端洞门进行分段破除，剥除外排钢筋，洞门凿除前需对洞门探孔，探孔深度2m，确认洞门加固无异常时方可破除洞门。
（2）洞门第二层破除完成后，对内圈冷冻管进行拔除。
（3）迎土面钢筋剥除，盾构机恢复推进。
（4）迎土面钢筋剥除完毕后，向钢套筒内填料。接收端头无预留吊装孔，故采用地泵将拌和的和易性良好的渣土填充至钢套筒内，填充完成后在次检查钢套筒密封性。
盾构机掘进分两个阶段，阶段划分如图所示：
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第一阶段：盾构机刀盘穿越加固区及地下连续墙
盾构穿越加固区过程中，以低推力高转速掘进。推进速度宜控制在1cm/min，推力不大于15000KN保证土仓内一定土压，防止出空土仓盾构机抬头上浮，并向刀盘前方及土仓内注入浓度10%～15% 的盐水，防止刀盘扭矩过大，土仓内土体冻结；加固区内刀盘需持续转动，防止盾构机刀盘被冻结；盾构机刀盘到达洞门密封装置处时停止转动，防止损坏洞门密封装置。
第二阶段：钢套筒内掘进
盾构机刀盘推出加固区后，盾构开始开进第二阶段推进，盾构机开始进入钢套筒，盾构机掘进速度5mm/min；推力不大于8000KN，盾构姿态控制在±30mm内，掘进过程中，刀盘低速转动，根据钢套筒顶部安装的压力表的读数，及溢流管溢流情况及时调整推力及出渣量。当盾构机盾尾进入加固区后，通过加固区边缘管片的注浆孔注打环箍，封堵管片与加固体间的间隙，阻断盾构机后方水力联系。当盾尾脱离洞门钢环后，盾构机停止掘进，注浆封堵洞门。
洞门封堵完成确认安全后，分块拆除钢套筒，每拆除一块后立即将准备好的扇形钢板与洞门钢环和到达环的背负钢板满焊。
3.5洞门密封
洞门密封是盾构接收过程中至关重要的一环，为保证洞门密封质量，采取了以下措施。
（1）盾尾进入加固区后在加固区与原状土交界处连续3环施作聚氨酯环箍，隔断加固体与后方原状土的水力联系。
（2）加固区内采用多孔管片，保证双液浆足量、均匀注入。
（3）到达环采用特殊制作的管片，背部预埋钢板；钢套筒拆除后背负钢板与洞门钢环用扇形钢板焊接。
（4）盾构接收前，在洞门钢环内安装洞门刷、弹性止水钢板，在洞门刷与止水钢板之间填塞海绵条，并涂抹盾尾油脂，起止浆效果，防止洞门密封的浆液进入钢套筒，削弱洞门注浆封堵效果。
（5）洞门封堵完成后，打开钢套筒连接段的观察孔，确定洞门处无明水流出后，进行钢套筒拆除作业。
（6）接收过程中，洞门外圈冷冻需持续进行，待钢套筒拆除完毕，封堵钢板焊接完成后方可停止冻结。
3.6冻结法加固与钢套筒辅助接收的重难点
（1）盾构机姿态的控制。盾构机在接收段推进时必须严格控制盾构姿态，水平姿态控制在±10mm，垂直姿态控制在+20mm～+30mm之间，保证盾构机顺利进入钢套筒是本工程的重点。
（2）冻结加固与钢套筒安装的交叉作业。竹辉路站接收端头地面无吊装条件，端头井内空间狭小，冻结加固与钢套筒安装需同时施工，交叉作业，各工序需合理安排，衔接有序，才能做到互不干扰，按工期节点顺利完成施工计划是本工程的难点。
（3）洞门密封。钢套筒辅助接收时传统的洞门密封装置帘布橡胶板无法使用，盾构接收完成后管片与土体之间的间隙与钢套筒内部连通，洞门封堵注浆时浆液会沿通道进入钢套筒，削弱洞门密封效果，且浆液包裹盾构机，影响洞门封堵完成后盾尾脱离管片及后续盾构始发是本工程的重点。
4.结论
地面封闭条件下水平冻结端头加固与钢套筒辅助的盾构接收很好地解决了在富水软弱地层中，盾构接收端头地面环境复杂，建筑物及管线密集，无法采用常规加固的问题，有效的规避了盾构接收过程中可能出现涌水涌砂造成的地面沉降、建筑物沉降开裂等风险。
参考文献
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