摘  要 工程地处天津城区，地质情况复杂。土质松软，自稳能力极差，地下水位高，水量丰富，属于典型的软弱富水地区。盾构隧道下穿天津站铁路股道，加之接收井紧邻京津城际铁路，安全风险任务重。盾构接收时容易发生突发性的灾害，直接威胁施工人员、设备和周边环境的安全。针对天津地铁隧道所处的复杂地面环境和地质环境风险，通过采取水平注浆和冷冻法对盾构井土层前期加固，在盾构推进过程中的监控量测、盾构姿态控制、同步注浆和二次注浆措施，接收时采用明洞接收箱接收工艺，安全通过重大风险源，顺利完成盾构接收，可为类似工程施工提供借鉴。

关键词 盾构接收 水平注浆 冷冻法 风险点 监控量测

 

      天津地铁 3 号线解放桥 ～ 天津站站区间左线里程 DK13 + 775． 897 ～ DK14 + 421． 505，全 长632． 760 m( 左线短链 12． 848 m) 。区间起于海河右岸张自忠路，穿越海河和天津站股道，到达在建的天津站交通枢纽。隧道中心在国铁地段内左、右线曲线半径均为1 500 m，左线区间隧道坡度为11． 8‰上坡; 右线区间隧道坡度为 11． 9‰上坡，区间线间距由 13 m，逐渐调整加宽，到天津站后线间距增加到 19． 0 m。隧道底板埋深 28． 4 ～35． 1 m，顶板埋深22． 0 ～ 28． 7 m。天津站接收端头平面位于直线段上，竖曲线为2‰的上坡。京津城际铁路距地连墙 T型头左线距离为 7． 203 m，右线距离为 11． 937 m。

      天津站接收端头井设计终点里程为 DK14 +421． 505，车站设计结构为 0． 9 m 厚的内衬墙。地连墙为 T 型连续墙，普通段为 1． 2 m，T 型头结构为1． 3 m钢筋混凝土结构 + 0． 3 m 素混凝土。盾构接收时需要暗挖破除总厚度为 1． 2 m( 普通段地连墙)+ 1． 6 m ( 地连墙 T 型头) + 0． 9 m ( 内衬墙) =3． 7 m，接收端头井平面如图 1 所示。

 

      天津站接收端头井紧邻京津城际铁路，位于天津站站台区西侧，进出客流量大，机车运营繁忙，天津站接收段情况如图 2 ～ 图 4 所示。

      天津站接收井隧道顶设计标高为 －20． 125 m, 地面标高约为 2． 77 m，隧道顶至地面埋深为 22． 89。接收端头井隧道内上部为⑦₁粉质粘土、中部为⑦₄粉砂、下部为⑦₁粉质粘土; 隧道外上部为⑦₁粉质粘土; 隧道外下部为⑧₂粉土; 接收端头井具体地质情况如图 5 所示。

      本场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。潜水存在于人工填土层①层、新近沉积层②、第Ⅰ陆相层③层及第 I 海相层④层中。微承压水存在于粉土、粉砂层，含水层厚度较大，分布相对稳定，局部夹透镜体状粉质粘土。微承压水水位受季节影响不大，水位变化幅度小。第一层微承压水埋深约5． 13 m( 高程约 － 0． 08 m) 。盾构隧道位置存在较厚的⑦₄粉砂层，在车站施工中，此处曾发生多次较大涌水，水压较大。

 

      考虑到接收井围护结构特殊性且位于天津站铁路股道下方以及地质情况复杂等因素，接收端土体加固采用水平注浆与水平冻结相结合的加固方式。为了确保盾构进洞施工的安全和有效防止地下水渗漏，采取接收箱接收方案。

      盾构在接收和 T 型墙破除过程中存在的主要风险点有:

      ( 1) 洞门破除过程中出现渗漏水: 天津站接收端头井埋深深，破除作业时间及土体曝露时间长，且破除混凝土过程产生的热量会对冷冻产生不利影响。

      ( 2) 盾构机接收时发生盾尾漏水、漏砂: 若冷冻土体存在质量缺陷，地下水可能从冷冻体外流入冷冻体内; 加固区外侧地下水可能随着盾构机流入加固区内; 地下水可能通过地连墙与车站结构墙之间的接缝流入洞门钢圈内。

      ( 3) 清砂浆、T 型墙破除时发生渗漏水。

      ( 4) 地表沉降超过铁路、建筑物沉降限值，轨道、建筑物变形影响使用。

      针对风险点的应对措施主要有:

      ( 1) 若在破除后浇注混凝土过程中发生渗漏水，则在渗水位置注聚氨酯进行封堵，在破除 T 型墙混凝土过程中若发生渗漏水，则通过预埋注浆球阀注双液浆进行封堵并在渗水位置注聚氨酯。

      ( 2) 在盾构机尾部进入冷冻土体后，立即通过管片后注浆，密封加固区与非加固区之间渗水通道; 在盾构机完全进入接收箱后，在盾构机内部预埋注浆球阀，其位置为车站结构墙与地连墙接缝处。通过注浆球阀注双液浆，对洞门位置进行密封。

      ( 3) 通过接收箱上部的渗漏水检查孔检查渗漏水情况，达到止水效果时方可进行土体清理; T 型墙破除完成以前，持续进行冻结施工，并及时监测、分析冻结情况; 在清砂浆、破除 T 型墙过程中，一旦发生渗漏水，及时有针对性的压注水泥-水玻璃双液浆或聚氨酯，封堵漏水通道; 发生严重渗漏水时立即向接收箱内回填砂浆。

      ( 4) 加大盾尾注浆压力及注浆量，在沉降区内管片背后补注浆，并提高地面监测频率; 对沉降区进行注浆补强，采用 42． 5 级普通水泥浆作为注浆材料，水泥浆的水灰比为 1∶ 1; 选用水玻璃和氯化钙，其用量约为水泥质量的 1% ～2%以控制沉降。

      根据设计文件规定及相关部门要求，结合工程需要，确定监测项目主要为铁路轨道、建筑物、深层土体、站台和端头加固区，具体见表 1。

      监测频率根据监测数据变化情况、盾构施工情况、监测断面距掘进面的距离等情况综合考虑，当出现监测速率发展变化较大等异常情况时，增大监测频率。本工程按设计要求给定的监测频率进行监测( 施工关键期指盾构正式下穿铁路线路期间;一般施工状态指盾构穿越铁路前的准备期和穿越后的前期) 。

      ( 1) 对于人工测量: 施工关键期 4 ～ 6 次/d; 一般施工状态 2 ～ 4 次/d; 之后 1 次/2 d，视变形稳定情况调整。

      ( 2) 对于自动化监测: 施工关键期 1 次/60 min;一般施工状态 1 次/1 h; 之后 1 次/1 d，视变形稳定情况调整。

      ( 3) 在日常推进过程中，亦应结合施工情况和变形速率来确定监测频率。

      ( 4) 对于采取人工测量的轨道沉降监测，应在盾构穿越期间结合静力水准观测情况适当增大观测频率，原则上不少于 6 次/d。

      区间端头采用水平注浆和水平冻结相结合的加固方案全断面分层注浆纵向加固长度为 14． 4 m，径向加固范围隧道开挖工作面及开挖轮廓线以外4 m。原冻结帷幕设计，冻结孔按水平角度布置，冻结孔数 53 个。

      ( 1) 注浆孔布置

      全断面分层注浆纵向加固长度为 14． 4 m，径向加固范围隧道开挖工作面及开挖轮廓线以外 4 m。全断面分层注浆如图 6 所示。

      ( 2) 注浆材料

      注浆孔直径ɸ50 mm，注浆终压 1．5 ～2 MPa。注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，水泥为 P． O．42．5 级普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为 35 Be，模数2．4 ～2． 8，浆液水灰比为( 0．8 ～1) ∶1，体积比为1∶ ( 1 ～0．3) 。

      ( 3) 注浆工艺

      注浆采取从上往下，间隔跳孔，先外圈，后内圈的顺序进行。单孔注浆结束标准以定量定压相结合。采用钻杆后退式注浆工艺。

      接收水平冻结孔分四圈，梅花布置，孔距0．805 ～1． 466 m，孔深 6． 6 ～ 14． 4 m; 冻结壁范围见图 1 所示。积极冻结时间为 30 d，冻结帷幕交圈后，进入维护冻结阶段。维护冻结期温度为 －25 ～ －28 ℃，直到盾构推进顺利完成。

      根据盾构机和车站机构尺寸，在盾构接收井内施作长7 m，宽6． 85 m，高7． 8 m，壁厚0． 8 m 的混凝土箱体。混凝土箱结构内钢筋与盾构井结构植筋连接。箱顶板预留回填砂浆灌入孔。在接收箱侧墙预留 6 个注浆管，注浆管采用ɸ40 镀锌钢管，在钢管周围焊接 150 mm ×150 mm 的止水钢板，钢管外部接一个球阀。接收箱结构如图 1 和图 7 所示。

      打设水平探孔检查冷冻效果，探孔无水后方可进行破除施工，后浇混凝和 T 型连续墙土自上而下分层分块破除。采用空压机带动风镐破除，破除过程中注意保护冻结管。

      利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围解冻 30 ～60 mm，然后拔除冻结管，采用砂浆柱回填管孔，并用双快水泥封堵。整个冷冻管拔出时间应该控制在 20 h 以内，防止冻土融化发生涌水涌砂。冻结管拔除完成后立即砂浆回填接收箱。

      冻结加固区范围为 516 环 ～ 526 环，城际 7 道影响范围 517 ～519 环，盾构接收段与冻结加固区及城际铁路位置关系如图 8 所示。

      盾构机组装前，必须对盾尾刷进行质量验收，禁止使用劣质盾尾刷。盾构接收前，必须对盾构隧道与地下连续墙形成的周圈“死角”进行探水，确认无地下水土流失方可进行接收工作。盾构进入城际 5 道前，尽量将盾构姿态调整至最佳状态( 高出设计轴线 3 cm) ，在盾构贯通前距贯通面 50 m 处时对洞内所有的测量控制点和接收井洞门进行一次系统的控制测量复核。

      盾构穿越施工时，必须进行如下工作: ( 1) 每天至少两次穿越过程书面作业，核对盾构机与地面建筑物的精确相对关系，分析监测结果，对沉降部位及时采取措施; ( 2) 每环纠偏量不得大于 4 mm，防止铰结漏水，使用优质盾尾油脂，防止盾尾漏浆。( 3) 加大监测频率，根据监测数据及时调整土仓压力、注浆压力及注浆量; ( 4) 对同步浆液稠度进行现场测试，浆液水泥含量不得低于 120 kg/m³，稠度不得大于 11，浆液初凝时间不得大于 6 h; ( 5) 进行持续注浆，即除同步注浆和二次注浆外，盾尾与二次注浆之间的管片( 一般为 5 ～ 8 环) ，在不能实现二次注浆之前必须进行间歇注浆。必须保证从同步注浆开始，盾尾以后的所有管片都能实现即时注浆，以控制地表沉降。

      盾构接收箱中接收与盾构机正常掘进一样，不过由于加固采用冻结法，故在接收过程中盾构机刀盘要保持转动。526 环拼装完成后停止盾构掘进，对盾尾连续 10 环进行双液注浆密封盾尾。然后盾构向前推进 15 cm，524、525 环全环开孔检查无渗漏水后，开始盾尾铰接割除，实施中盾与盾尾分离。分离完成后使用钢板封堵盾尾壳体与洞门钢环间的结构间隙，注双液浆填充盾尾壳体及洞门钢环间的结构间隙。

 

      虽然本次盾构接收工序复杂，施工风险高，施工难度大，但由于措施得当，盾构安全接收，没有对城际铁路和天津车站结构造成任何影响。采用水平注浆和冷冻法加固土层，既使土层具有较好自稳性，又减少了冻胀融沉对城际铁路的影响，防止了 T型地连墙破除的坍塌风险。盾构采用接收箱接收，为盾构接收提供了一个缓冲区，接收箱回填砂浆后对洞门区域实施了有效封堵，在洞门土体加固效果不好导致涌水涌砂时，可以通过接收箱内进行有效的封堵，防止地下水流入车站，造成更大事故。

 

1 苗立新，齐修东，邹超． 冻结法在盾构接收端头土体加固中的应用［J］． 铁道工程学报，2011( 9)

2 邢慧堂． 超大型泥水盾构水中接收施工技术［J］． 铁道建筑，2010( 8)

3 肖瑞传． 盾构到达施工技术［J］． 西部探矿工程，2006( 4)

4 包世波，刘宝许，王建军． 盾构机到达富水砂层时的技术措施［J］． 铁道建筑，2011( 1)