摘要：盾构施工过程中，盾构始发与到达是最易产生事故的工序，直接影响盾构隧道的顺利贯通。盾构接收时凿除洞门混凝土会对周边地层产生不同程度的扰动，特别是在富含水层中，土体容易沉降并可能出现涌水涌砂等险情，引起地面局部塌陷，严重的会影响地面交通及居民正常生活。本文以上海硬X射线自由电子激光装置项目4标为背景，介绍深覆土承压水土层中盾构钢套筒接收工艺。
关键词：钢套筒；盾构施工；盾构承压水层接收。
1 工程概况
1.1 工程简介
硬X射线自由电子激光装置项目4标5＃井～4＃井区间采用盾构法施工，分左、中、右三线，三条盾构线路均以直线从5＃井始发直达4＃井。区间隧道纵坡0.018%，隧道拱顶埋深为29.7m～32.5m。
4＃接收井隧道顶部覆土约29.7m，主要土层为⑤2粘质粉土夹粉质粘土、⑤3粉质粘土。接收井埋深较深，且存在承压水层，施工难度高、风险大，易发生洞门处涌水涌砂，地面沉降过大等险情。本次盾构接收除采用了钢套筒盾构接收工艺外，为进一步降低盾构接收安全风险，还采用了2排RJP工法桩与15排超深三轴搅拌桩相结合的方式加固端头井周边地层。
1.2 钢套筒接收工艺简介
钢套筒盾构接收工艺使用的钢套筒一端开口，与洞门钢环焊接在一起，另一端封闭，其长度和直径均略大于盾构头部尺寸。盾构接收前需在钢套筒内注入泥水，使盾构机在洞门凿除后，刀盘内外土压处于理论平衡状态，能够很好地避免水土流失，减少对周边环境的扰动。钢套筒辅助盾构进洞作为一种较新的施工工艺，与传统的盾构进洞施工工艺相比，尽管理论上安全性大幅提高，然而其涉及的工艺设计更为复杂，实施过程中可能出现的不确定因素也更多，因此施工难度也就越大。其在施工过程中所涉及的工法实施与优化、工法整体安全性与适应性的提升都是值得深入研究的问题。
2 钢套筒接收施工
2.1 主要施工流程
1）施工步骤：
（1）车站端头搅拌桩加固。
（2）安装洞门钢套筒及反力架结构。
（3）钢套筒内底部铺砂浆、并进行填土，灌水。
（4）盾构磨穿围护结构地连墙并进入钢套筒内。
（5）待盾构尾部出洞门圈，封洞门。
（6）钢套管卸压开盖，盾构前推，并拆离。
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图1 钢套筒接收施工流程图
2.2 准备工作
1）水泥系加固
在盾构到达前完成4＃水泥系加固，接收地基加固采用2排RJP工法桩与15排超深三轴搅拌桩相结合的加固形式。土体加固强度指标：RJP工法桩无侧限抗压强度qu≥1.0MPa、渗透系数≤1×10-7/cm/s；超深三轴搅拌桩强加固区无侧限抗压强度qu≥0.8MPa、渗透系数≤1×10-7/cm/s；超深三轴搅拌桩弱加固区强度不低于原状土强度；同时须确保加固土体的均匀性、密封性和自立性。最内排RJP工法桩须在工作井完成后盾构施工前完成，且须确保工作井地下墙与加固土体之间不留渗水通道。
2）洞门及盾构里程复核
盾构贯通前的测量是复核盾构所处的方位、确认盾构姿态、评估盾构接收时的姿态和拟定盾构接收段的施工轴线、推进坡度的控制值和施工方案等的重要依据，以使盾构在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态接收，准确就位在盾构接收基座上。实际施工时，须核准盾构切口的里程值和接收洞圈的实际方位，确保顺利接收。
3）基座布置
钢套筒工法进洞，盾构基座采用加强型。盾构基座位置按接收井洞门实际位置准确放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位焊接，最后对基座加设支撑进行加固。
2.3 钢套筒安装
首先进行主体部分的连接，确定基坑内的中心线，对钢套筒实施定位，保证筒架和中心线保持一致，先进行下半部连接，随后将上半部分第1节钢套筒放下，顺利连接后再与过渡连接板对接，同此方法，逐一进行第2节、第3节钢套筒的连接，并将各连接螺栓紧固。其次，进行后端盖的连接，要先在地面上将冠球盖与后盖板对接好之后再连接到筒体上，并在其与筒体连接处增加橡胶板，用螺栓将之固定在钢套筒法兰上。再者将连接好的钢套管沿线路中心线平移至洞门，使洞门环板与过渡连接板结合，然后对中心线测量，确保无误之后将过渡连接板与洞门环板焊接。同时，参照盾构始发反力架的安装方法完成反力架的安装，二者在工艺方法上几乎一致。应当注意的是，反力架应设置支撑结构，具体宜采用9根型号为609的钢管，由此实现前端、后端以及下部的支撑。当结束反力架设置后，需要使用到100t的千斤顶，加之反力架的作用可以减小钢套筒与后盖板之间存在的间隙。结束上述操作后，应对各个连接处进行检查，以确保所有联结安装节点的稳固性；由于过渡连接板与洞门环板之间易出现松动现象，因此需要格外注重此部分的焊接情况，确保不出现断焊现象，且一旦发现此情况后需要及时采取措施，以免给后续施工造成不利影响。
2.4 钢套筒复检
对钢套筒的复检中，主要有以下几点：1）检查钢套筒整体圆度，以免盾构机进入筒体后因钢套筒间距不均匀而造成挤压碰撞，造成钢套筒位移变形等意外事故；2）检查钢套筒的密封性，尤其是对各部衔接处的橡胶垫要严格检查质量，避免因为损坏漏洞等造成的漏浆泄压情况发生；3）对钢套筒焊缝进行检查，确保钢套筒整体性；4）对反力架各支撑连接、钢套筒的连接螺栓进行检查，确保连接紧密。虽然准备工作主要是以各项检查为主，内容比较烦琐，需严格进行，确保各项参数符合执行方案，避免因数据偏差造成的工程失误问题。
2.5 密封性检查
结束钢套筒组装作业后，应对筒体进行灌水处理，验证其密封水平，注水时应注满筒体，由此寻找漏水的部位，并对其进行修补。
2.6 填料
1）填土采用经刀盘加水充分搅拌的盾构土，填土通过预留的下料口灌入钢套筒内（或用小斗吊放入钢套筒内）。2）钢套筒上部管道灌水。
2.7 盾构钢套筒内掘进
1）当盾构机通过洞门位置时，应严格控制掘进速度，在10mm/min以内，此外，刀盘转速不可过快，控制在0.6~1.0r/min范围内。需要确保土压力处于合理范围内，由此避免上下波动现象。以埋深情况为基础，综合参考承压水水头压力，确定合适的土压值。不可出现随意降低土压的情况，避免因土量过大而造成盾构扎头的现象；此外也不允许随意增大土压，否则将会引起钢套筒结构受损。
2）接收时姿态控制：必须以实际测量的钢套筒安装中心线为准控制盾构机姿态，要求中心线偏差控制在±2cm之内。当盾构机进入钢套筒时，应安排专门人员对其侧移情况进行密切监视，尤其要注重千斤顶油缸的压力情况，若表现出明显增大的趋势时，应暂停掘进作业，对钢套筒连接部位的密封情况进行检验。
3）从管片上预留的注浆孔向管片外侧注双液浆环箍，有效封堵开挖土体与管片外壳的渗水通道。注浆压力和注浆量根据现场实际情况动态调整以确保渗水通道被完全封闭。压注顺序为从下到上，为防止浆液在土体中的流动路径过长，浆液的初凝时间不能过长。
4）盾构机推进到预定位置并完成洞门封堵后，出空土仓内回填物。
5）打开钢套筒底部的排浆管，排出剩余的浆液，并检查筒体的漏浆情况。利用预留的观察孔探测洞门双液浆凝固后，开始拆除工作环和钢套筒。
3 工艺难点分析
1）接缝渗漏
若出现钢套筒与洞门环板连续处、与管片搭接处，钢套筒纵向、环向的接缝处出现泄漏，从而造成土舱内没有足够的压力，无法维持内外压力平衡，引起掌子面塌陷，对于此类问题主要是通过做好压力测试检测，在检测全部合格后，才能让盾构机在钢套筒内接收。
2）合理控制土压
钢套筒内安装的压力计实测数据应与盾构土压设定保持一致，并保持外部的加压措施，若压力偏低时加水保压，过高则排水泻压。不可出现随意降低土压的情况，避免因土量过大而造成盾构扎头的现象；此外，也不允许随意增大土压，否则将会引起钢套筒结构受损。
4 结语
钢套筒盾构接收技术基于模拟土压平衡的方式可以有效避免加固不稳定的情况，从而杜绝涌水、涌砂现象。本文通过分析上海硬X射线自由电子激光装置项目4标区间盾构钢套筒接收，介绍了复杂地质情况下盾构钢套筒接收的基本工艺与部分难点，为今后国内工程建设中类似工况下盾构接收提供了参考依据。
参考文献
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