摘要：本文以某地鐵區間盾構接收施工為例，介紹了冷凍法加固洞門土體的情況下盾構機進洞施工工序，主要闡述了盾構進洞過程中的盾構掘進與洞門處理的施工配合以及洞門縮小裝置、管片密封裝置及洞門封堵注漿等施工方法。

　　關鍵詞：盾構進洞,冷凍法加固,施工配合,洞門縮小裝置

　　1 前言

　　盾構進洞作為盾構法隧道施工的最后一道關鍵工序，能否順利完成進洞接收直接決定著盾構隧道施工的成敗。盾構接收前，需要對盾構接收架進行安裝、定位，同時需保證洞門接收區域土體加固效果滿足要求，防止盾構進洞過程中發生涌水涌砂、土體涌入盾構井等事故發生。

　　因此，盾構進洞接收施工中必須把握盾構掘進與洞門處理的施工配合，為盾構進洞做好充分準備，將施工風險降至最低。

　　2 盾構進洞工程概況

　　該區間長度859m，共716環。

　　2.1地質情況

　　圖2-1 盾構接收洞門位置地質剖面圖

　　該區間地層地質條件復雜，盾構接收段穿越的地層主要為⑤1粉質粘土、⑥1粉質粘土、⑥2粉土、⑦2粉土等土層，距隧道下方2.8m左右存在一層厚度約3m的⑦4粉砂層，盾構接收時有涌砂涌水的風險。

　　2.2 盾構接收加固方式

　　根據本工程的地質及場地條件情況，盾構接收地基加固主要采用水平凍結加固的工法施工。

　　1、凍結體加固范圍

　　盾構進洞土體采用“杯狀”凍結，加固范圍為：凍結長度為11m，前3m全斷面凍結加固，后8m環形凍結加固。盾構隧道自705環進入冷凍加固區域，711環位置刀盤進入凍結加固體。

　　2、孔位布置

　　凍結孔共分4圈進行布置：

　　第一圈(A圈)：圈徑7.5m，長度11m，采用放射性布管;第二圈(B圈)：圈徑5.1m，長度3m;第三圈(C圈)：圈徑2.7m，長度3m;第四圈(中心D圈)：長度3m。

　　3 盾構進洞施工

　　3.1 施工工藝流程

　　3.2 進入加固區域前施工準備

　　本施工階段為盾構切口推進696環至704環期間。

　　3.2.1第一次洞門鑿除

　　根據本次接收的施工特點，洞門鑿除分二次進行(地下連續墻厚度為1m)。在洞門鑿除施工過程中，通過洞門混凝土上的開孔，進一步確認凍結情況。在洞門混凝土鑿除前，洞門封堵材料需保證就位。

　　第一次洞門鑿除700mm，在盾構接收前15天左右開始，推進至加固區前5環左右需完成。

　　3.2.2 接收前盾構施工措施調整

　　(1)調整同步注漿漿液

　　將同步注漿漿液稠度提高至10s，減小漿液凝固時間，增強注漿止水效果。

　　(2)管片背部粘貼海綿條

　　圖3-2 管片背部粘貼海綿條

　　在盾構管片外側每2環粘貼一道海綿條，提高管片外側防水效果。

　　(3)調整盾構姿態

　　進入加固區前，對盾構機姿態進行嚴密復核，根據洞門復測的結果，及時對軸線偏差進行調整，使盾構推進軸線盡量接近設計軸線。

　　(4)超挖刀開啟試驗

　　進入加固區前，對盾構超挖刀進行開啟試驗，檢驗超挖刀工作狀態，并及時進行維修處理。

　　3.2.3 安裝洞門縮小裝置

　　待第一層洞門混凝土、鋼筋破除后，開始安裝洞門縮小裝置。

　　用4mm花紋鋼板沿著洞圈制作兩圈弧形鋼板，鋼板沿徑向寬度為20cm，內徑比盾構外徑略小，并用三角筋板支撐牢固。花紋鋼板之間搭接約50mm，兩圈花紋鋼板間放置300mm×250mm海綿等充填物，并固定牢靠。三角筋板采用10mm厚鋼板，筋板間距35cm。位于基座軌道之間的60°范圍內弧形板采用8mm厚鋼板，徑向寬度為14cm。

　　洞門縮小裝置作用是：

　　①縮小盾殼與洞圈間隙，盾構進入洞圈時，弧形板可以少量變形，從而箍緊盾殼，有效防止水土流失;

　　②可以向盾殼與弧形鋼板之間的間隙內填塞海綿等;

　　③有一個穩定的后靠是填塞進去的堵塞物不至于在壓力下跑出來。弧形板加工時必須根據盾構接收前的軸線偏差值與洞門中心偏差值來計算洞圈內不同角度弧形板的徑向寬度，盡量使弧形板內圓心與盾構切口面圓心重合，以便弧形板能均勻箍緊盾殼。

　　3.2.4 安裝洞圈注漿管

　　在安裝洞門縮小裝置的同時，在洞圈內側焊接5根注漿管，并將其與洞門縮小裝置進行密封連接，作為盾構進洞接收后封堵洞門的注漿管路。注漿管采用φ40鋼管，具體布置如圖。

　　3.3 盾構進加固區域掘進段施工措施

　　本施工階段為盾構切口推進705環至710環期間。

　　3.3.1 盾構施工措施

　　(1)開啟超挖刀

　　盾構刀盤進入加固區域后，掘進過程中開啟超挖刀，開啟長度為6cm，開啟位置設定為注漿殼處，從而減小盾構推力，防止盾構機注漿殼處卡死。

　　(2)加大盾尾油脂注入

　　盾構推進過程中，將盾尾油脂注入量加大至65kg/環，提高盾尾密封效果。

　　(3)調試模式下施工

　　將盾構施工模式切換至調試模式，確保管片拼裝過程中盾構刀盤不停止轉動，防止盾構刀盤凍死。

　　3.3.2 凍結管拔出和凍結

　　盾構切口距凍結體0.5m時，開始拔出洞口前方影響范圍內的水平凍結管，共21根。洞圈內的21根水平凍結管拔出后需要對凍結管進行臨時的填充和封堵，防止泥、水從孔內滲漏。具體方法和步驟如下：

　　(1)拔管順序：拔出盾構接收口內的三圈孔，先拔第三圈的同時第二圈、第一圈孔繼續冷凍。第三圈孔拔完后開始拔第二圈孔，拔出第二圈孔時要間隔拔除，未拔除的相臨孔繼續冷凍。最后拔除第一圈中心孔，未拔除的最外圈凍結孔繼續冷凍。

　　(2)水平孔管拔除：用熱鹽水循環解凍15～25分鐘后，利用48#大牙鉗轉動凍結管，用2噸手拉葫蘆拔出凍結管(連同孔口管一起拔除)。手拉葫蘆固定在搭設的腳手架上，凍結管范圍內的腳手架須特殊加固使其與槽壁緊密連接便于力的傳遞。

　　上述方法不能拔出凍結管時，利用兩個5噸千斤頂架設在槽壁上，水平向外頂推凍結管，兩種拔管具體操作見下圖。

　　(3)拔管后用粘土或低標號水泥砂漿封孔。

　　(4)凍結管的拔除作業在24h內完成，并及時回凍。

　　由于短期加熱強制式化凍的凍土融化范圍有限，在拔管后的兩天內，會自然回凍，然后凍土在慢慢融化，一般十至十五天，凍土失去承載力。最后又外及內逐漸融化整個凍土層，整個化凍時間大約相當于凍結時間。

　　3.4 盾構凍結體掘進段施工措施

　　本施工階段為盾構切口推進711環至713環期間。

　　3.4.1 盾構施工措施

　　(1)降低土倉壓力

　　將盾構土倉壓力逐漸降低至1.0MPa，防止盾構機頂破洞門土體，并能夠降低盾構推力和扭矩，減小盾構掘進對洞門加固區域的擾動。

　　(2)調整同步注漿

　　此時，盾尾已進入加固區域，因此將同步注漿量減小至3m3/環，并適當減小注漿壓力，防止同步注漿漿液對加固體產生破壞。

　　3.4.2 第二次洞門鑿除

　　當盾構切口距地連墻0.5m時，開始對地連墻剩余300mm砼進行鑿除，并對成環管片連接件進行復緊，確保管片連接緊密，防止盾構接收過程中隧道的變形。

　　3.5 盾構進洞段施工措施

　　本施工階段為盾構切口推進714環至拼裝完成716環期間。

　　3.5.1 盾構施工措施

　　(1)關閉超挖刀

　　盾構刀盤距地連墻1m時，關閉超挖刀，防止超挖刀接觸地連墻鋼筋混凝土造成損壞。

　　(2)排凈土倉內土體

　　在盾構切口距離洞門1m時，盡可能出空平衡倉內的泥土，使切口正面的平衡壓力降到最低值，以確保洞門鑿除的施工安全。

　　(3)盾尾壓注環箍

　　在刀盤靠上地連墻后，在盾尾第2環開始通過管片的注漿孔壓注環箍，漿液為雙液漿。環箍注漿每孔注漿量為0.4-0.5m3，可根據注漿壓力及時調整注漿量，壓注順序為從下到上。防止漿液在土體中流動路徑過長，漿液的初凝時間不能過長。

　　(4)液壓油頂準備

　　當盾構機穿越洞門鋼環時，由于盾構機存在外置注漿殼，可能發生注漿殼與凍結體、洞門鋼環卡住的情況，因此提前準備好液壓油頂，當推力過大時啟動液壓油頂，確保盾構順利進洞。

　　(5)快速推進、拼裝管片

　　洞門混凝土鑿除完畢，洞圈內清理干凈后，盾構應盡快推進并拼裝管片，盡量縮短盾構接收時間。

　　(6)減少同步注漿量

　　由于同步注漿漿液硬化速度慢，為了防止漿液從洞門圈冒出，同步注漿量減少為2m3/環。另外，每推進一環都要壓注環箍，壓注位置為盾尾2環處。為了充分填補加固區與原狀土的分界面位置的空隙，在其分界面環箍壓注過程中，可適當增加注漿量，但注漿壓力不得過高。

　　3.5.2 安裝管片弧形鋼板

　　由于接收洞門加固采用凍結法，所以采用一次接收方式，進洞環采用被覆鋼板。當洞門處最后一環管片拼裝完成后，迅速在洞圈與管片之間焊接一道弧形鋼板，將被覆鋼管片和洞圈封閉連接，防止水土流失。弧形板采用10mm厚的鋼板，寬度為300mm。

　　3.5.3 盾構進洞后注漿封堵洞門

　　盾構機完成最后一環管片拼裝后，利用鋼環內側預埋的注漿管對洞圈間隙進行注漿，封堵洞圈與管片間隙。注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配合比為1:1，注漿壓力控制在0.3-0.5MPa。注漿順序為自下而上，當最上方注漿壓力達到0.5 MPa時，即可停止注漿。此時，盾構進洞接收施工全部結束。

　　4 施工控制措施

　　針對冷凍加固區域盾構施工的特殊性，必須嚴格控制盾構掘進施工，降低接收施工風險，保證盾構進洞施工安全。

　　4.1 盾構參數控制

　　(1)嚴格控制盾構正面平衡壓力

　　接收段盾構施工過程中嚴格控制切口平衡土壓力，盡量減少平衡壓力的波動。土壓力設定根據實際施工過程中根據地面監測情況及時加以調整，進入加固區后逐步減小土倉壓力。

　　(2)嚴格控制盾構推進速度

　　盾構接收階段施工時，應盡量做到均衡施工，減少對周圍土體的擾動，避免在途中有較長時間耽誤，推進速度在1-3cm最為適宜。

　　(2)嚴格控制盾構推力

　　盾構接收區域施工過程中，必須控制刀盤油壓和盾構總推力不得過大，防止洞門混凝土裂縫。

　　(3)嚴格控制盾構姿態

　　為確保盾構正面沉降控制良好的情況下，使盾構均衡勻速施工，盾構姿態變化不可過大，每2-3環檢查管片超前量，推進時不急糾，不猛糾。同時多注意觀察管片與盾殼的間隙，采用穩坡法推進，以減少盾構施工對地面的影響。

　　(4)嚴格控制盾尾油脂壓注

　　在同步注漿量充足的前提下，盾構機的盾尾密封功能就顯得特別重要，為了順利安全的接收，必須切實做好盾尾油脂的壓注工作。每班上班時確保儲桶內有充足的油脂，勤檢查。

　　4.2 盾構防凍措施

　　為防止盾構在穿越加固區時被凍住，采用以下措施：

　　(1)在穿越加固區過程中，停機狀態下保持刀盤至少15分鐘轉動一次;

　　(2)安排人員24小時現場值班，確保機械設備正常運轉，避免因機械故障原因而停止推進;

　　(3)穿越加固區前對機械設備進行維護、保養，確保機械設備運行正常。

　　5 結束語

　　考慮到盾構進洞接收洞門下方存在砂層，施工中易發生涌水涌砂風險，因此該區間盾構接收加固采用冷凍法。本工程通過對盾構掘進施工與洞門處理施工的進行合理的組織配合，充分利用了盾構進洞施工的時間效應，并采取了洞門縮小裝置、管片密封裝置及洞圈封堵注漿等具體措施，有效的規避了進洞接收的施工風險，整個接收過程中未發生漏水現象，保證了盾構進洞順利完成，達到了預期的施工效果。

　　本文所介紹的冷凍法盾構進洞接收施工方法具有很強的實效性，對于其他冷凍法盾構接收施工具有廣泛的推廣性和借鑒性，能夠指導盾構接收過程中盾構掘進與洞門處理的施工配合。