临近河流软土地层钢套筒辅助接收技术研究及应用.docx

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摘 要 本文以合肥地铁3号南延线2标段仙霞路站-青年路站区间工程为背景，主要阐述在软土地层中采用钢套筒辅助接收技术施工流程，着重分析了在软土地层下盾构侧穿卞小河钢套筒接收方案，对钢套筒接收前后的加固措施、盾构姿态，掘进参数、洞门密封、注浆控制等方面进行总结，有效的解决了临近河流软土地层钢套筒接收过程中存在的风险。盾构接收过程中地表沉降、管线沉降、地下水位线及周边建筑物累计变形量均未超出预警值。
Keys 钢套筒接收；软土底层；临近河流。
U455文献标志码：A
引言
区间隧道盾构法施工主要分为三个阶段：盾构始发、盾构掘进、盾构接收。在盾构接收过程中，由于受地质水文、周边环境等条件制约，使得传统盾构接收方式无法满足施工需求，特别是富水软土地层盾构接收施工，若处理不当容易出现洞门涌水涌砂、地面大范围沉降等风险，造成人员伤亡和财产损失[1-2]。因此，采用对周围建筑环境干扰小、安全性高、节省空间的盾构钢套筒接收技术成为较好的施工方法。
盾构法在临近河流软土地层条件下接收存在以下难点：一、施工风险高，软土地层在盾构施工中被称为“灾难性”地层，该地层自稳能力差，且临近河流，地下水丰富，存在一定的承压性。传统盾构接收过程中，洞门密封性无法满足地层泥水的持续冲击，容易出现涌水涌砂，造成地面大范围沉降和塌陷。二、盾构机姿态难以控制，在接收过程中水土流失过多，盾构机底部失去承载力，盾构机下沉，造成盾构机接收姿态发生变化，无法满足盾构正常接收。三、隧道破损渗漏水严重，区间隧道通过预制钢筋混凝土管片和高强度螺栓连成整体，在接收过程中水土流失过多，接收端隧道管片下沉，造成管片破损，进而地层泥水涌入隧道。周逸凯[3]依托深圳地铁9号线红树湾站和上梅林站盾构钢套筒始发工程，通过现场监测和数值模拟，对钢套筒辅助盾构始发过程中不同阶段的筒体力学性能和端头土体扰动规律进行了研究，结果表明钢套筒始发工法安全可行，但是鉴于现场实测得出的变形规律的波动性，在工程实践中应规范施工操作并加强监控。郑石等[4]通过广州轨道交通2号、8号线南延线某泥水平衡法盾构隧道盾构接收的成功实施，总结了泥水平衡盾构机在富水粉细砂层采
用钢套筒接收的施工注意事项及适用性条件。赵立锋[5]通过南京地铁3号线TA08标浮桥大区间土压平衡盾构法隧道盾构接收的成功实施，总结了泥水平衡盾构机在富水粉细砂层采用钢套筒接收的施工注意事项及关键技术。王健[6]针对南京地铁3号线8标段采用的钢套筒接收措施，提出了3项改进设计，将钢套筒的球形后盖端板改为平面型以减少制造难度，在钢套筒上设置下料口以方便填充物的填注施工，采用加强型底座以实现盾构机的平移。何源等[7]基于孟加拉吉大港卡纳普里河水下隧道项目，采用ABAQUS软件模拟分析了钢套筒受力和变形状态，并通过项目实践验证了大型钢套筒始发的可行性。祝和意等[8]通过对郑州轨道交通2号线盾构常规接收方案、土中接收方案及钢套筒接收方案的经济技术比选，明确了钢套筒接收措施的优越性。胡浩睿等[9]以苏州轨道交通4号线TA03标阳澄湖路站—金民西路站区间盾构接收工程为例，介绍并分析了在传统盾构端头加固长度不足及复杂的周边环境与地质条件下，如何优化加固方法及盾构技术以及怎样采用钢套筒及素混凝土连续墙组合加固的方法，有效降低和控制工程风险等一系列关键技术措施。李金锋[10]通过杭州地铁中河路站—凤起路站区间盾构下穿既有地铁1号线后即接收的成功实施，总结了从钢套筒安装直至洞门封闭全过程的施工流程及相关注意事项。杨胜斌[11]结合济南地铁R2线历山北路站—二环东路站区间盾构钢套筒接收工程实例，对地铁盾构钢套筒接收施工过程中存在的风险进行分析，并提出了预防措施。
1 工程概况

仙霞路站-青年路站区间线路出仙霞路站后，沿金寨路敷设，侧穿卞小河进入青年路站。区间隧道设计里程范围为：右3YDK7+~右3YDK7+，右
；左3YDK7+~左3YDK7+，，；左右线共设置4道平曲线，最小曲线半径R=1000m。‰（‰）纵坡下行至最低点，然后以2‰纵坡上行至青年路站。

仙霞路站-青年路站区间左右线接收端地层自上而下分别为（0）1人工填土、（0）2素填土、（1）1粉质粘土、（2）3-1粉土、（2）3-2粉砂、（6）2强风化泥质砂岩、（6）3中风化泥质砂岩；洞身范围内穿越地层为（2）3-1粉土和（2）3-2粉砂，-14m；隧道平面线型为直线，竖曲线为2‰上坡。拟建工程地表水主要为区间终点西侧邻近的派河支流卞小河，河面宽约10～15m，水深约1～2m。地下水主要为上层滞水、承压水和基岩孔隙水、裂隙水。
图1 仙霞路站-青年路站区间左右线接收端地质剖面图

仙霞路站-青年路站区间左右线接收端预留洞口为矩形，，。接收端为青年路站西端头，地下两层结构，基底标高-，坡度为2‰的上坡。接收端平剖面布置图详见图2、图3。
图2 青年路站西端头预留洞口剖面图
图3 青年路站西端头预留洞口平面图
2接收前准备

仙霞路站-青年路站区间左右线盾构采用钢套筒+降水井+φ******@600搅拌桩+三管φ******@600旋喷桩加固的方式进行接收，加固范围横向为隧道结构两侧各
3m，竖向隧道顶以上3m或向上进入黏土层1m（二者取小值），隧道底以下3m或向下进入中风化砂岩1m（二者取小值），沿线路长度方向加固9m。加固后的土体应具有良好的均匀性、自立性、止水性，待洞门封闭后方可停止降水。洞门范围内的车站端头围护结构钢筋采用玻璃纤维筋，盾构接收掘进时无需进行洞门凿除。
图4 仙青区间接收端加固平面图
采用钻孔取芯的方式，检查桩体强度是否满足设计要求。-，用水泥浆回灌封闭钻孔；每端头随机抽检数量不应少于3根。，渗透系数不大于1×10-7/cm/s。

接收钢套筒是一端开口的桶状结构，钢套筒总长为11m，，，由1个过渡连接环、4个筒体、1个后端盖等部分组成。
（1）筒体部分长10m，，分4段，每段又分为上下两半圆，单段最重不超过12吨。筒体材料用20mm厚的钢板，每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，筋板厚20mm，高100mm，间隔约550×600mm。每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，法兰用40mm厚的板，上下两半圆以及筒体之间均采用M30、，中间加8mm厚橡胶垫和遇水膨胀止水条。在筒体底部制作底部框架，底部框架分四件制作。底部框架承力板用20mm板，筋板用20mm板。框架与下部筒体焊接连成一体，焊接时托架复板先与筒体焊接，再焊接横向筋板。
（2）钢套筒前后筒体两侧安装侧门（用于材料周转、清渣口），侧面分别设置直径450mm的圆形口。
（3）钢套筒底部框架如图5所示，钢套筒中心到底部的距离为3650mm。
图5 钢套筒底部框架示意图
（4）如图6所示，钢套筒与洞门钢环之间设一过渡连接板（厚度为20mm），过渡连接板的长度可以根据盾构接收井的长度进行调整，过渡环的长度设置为500mm，洞门钢环与过渡连接板采用焊接连接。在过渡环2、4、8、10点（钟表点位）位置有4个观测孔（带球阀），用于检查洞门密封质量。
图6 钢套筒过渡环示意图
（5）钢套筒后端盖
后端盖为平面盖，材料用30mm厚的Q235B钢板，平面环板加焊4道厚30mm、高500mm的钢板筋板，井字形焊接在后端盖上。
（6）进料口和注排浆管
如图7所示，筒体中部右上角设置600×600进料口，在每段钢套筒底部预留三个2寸带球阀注排浆管，共6个等间距布置，一旦盾构机有栽头趋势头，即可在下部注双液浆回顶。
（7）反力装置
反力架是支撑盾构接收钢套筒受力架的支撑构件，由双拼H型钢、钢立柱及3道斜撑构成。斜撑与底板夹角30°。钢立柱与底板之间焊接固定并用Φ530mm钢管支撑，通过钢支撑传递至主体结构的底板上，钢支撑焊接在植筋钢板上，如图8所示。
根据车站底板配筋图避开主筋，在车站底板进行钻孔，钻孔深度30cm，采用植筋胶在钻孔内固定φ50mm的圆钢，钢板焊接在圆钢上，钢板厚度为20mm，尺
寸必须大于支撑体面，并均匀的分布到后端盖，后端盖共9个点平均受力，直接和钢立柱贴合。
图7 钢套筒进料口示意图
图8 反力系统安装示意图
3盾构侧穿卞小河钢套筒接收方案

仙霞路站～青年路站区间线路出仙霞路站后，侧穿卞小河进入青年路站。，宽约25m；，～，。区间隧道与卞小河平面关系如图9、图10所示。
图9 区间隧道与卞小河平面关系图
图10 区间隧道与卞小河剖面关系图

仙霞路站-青年路站盾构区间接收端洞门处于粉土层及粉砂层地层，且紧靠卞小河，-14m，在盾构接收过程存在涌水、涌砂、地面塌陷等风险，为保证钢套筒在临近河流软土地层下顺利接收，本工程采取以下措施：

（1）如图11所示，在端头地层加固施工完毕之后，对加固区域进行垂直取芯，并在洞门处均匀布置9个水平探孔，提前进行加固效果检测。接收前进行水平抽芯检测，检测合格后，进行水平观察孔观测。通过打水平观察孔来检测盾构端头的加固效果，主要观察正面土体的含水量、加固强度等。水平观察孔深度为3m左右，直径为80mm，全隧道断面共设9个，每小时汇水总量不得超过30L/h。