0 引言
盾构接收是盾构施工过程中的重要工序，其施工风险高，技术要求高。目前国内常用的盾构接收方式主要为对端头土体进行注浆、旋喷或冻结等方式加固，使其达到一定强度及止水作用后，再进行盾构接收工作［1 － 2］。赵立锋［3］针对南京地铁3 号线采用地层加固及冻结法结合钢套筒施工技术进行分析; 王文灿［4］针对天津地铁冻结法和水平注浆的组合加固技术进行分析，验证了冻结法结合水平注浆加固在盾构接收工程中的适用性; 陈珊东［5］通过分析钢套筒在接收盾构中的使用情况，总结分析其优缺点，探讨了钢套筒在土压平衡式盾构上的适用性; 张中安［6］对深圳地铁盾构隧道钢套筒接收进行分析，得出钢套筒接收工艺优势。
然而，由于周边构筑物以及地下管线等影响，加固施工可能无条件施作，或存在环境破坏、加固浆液无法有效凝结以及加固效果不理想等情况。针对上述问题，广东华隧发明了钢套筒接收的方法，该方法首先在泥水盾构施工中得到成功应用，但目前在富水砂卵石地层土压平衡盾构施工的相关案例比较罕见，以下通过工程实例介绍土压平衡盾构钢套筒接收的施工要点。
1 工程概况
1． 1 接收端地质条件
长沙地铁一号线黄兴广场站—南门口站区间采用直径6． 28 m 土压平衡盾构施工。区间接收端位于黄兴广场站内，里程位于ZDK18 + 762。地质勘查资料显示，接收端地质条件复杂，地层层序自上而下依次为杂填土( 层高5． 94 m) 、粉质黏土( 层高2． 09 m) 、圆砾( 层高5． 22 m) 和中风化泥质粉砂岩。接收端洞门拱顶埋深11． 25 m，洞门处地层自上而下依次为圆砾( 2． 26 m) 和中风化泥质粉砂岩( 3． 74 m) 。其中，砂卵石地层颗粒间孔隙较大，在水动力作用下，地层中细颗粒在砂卵层粗颗粒间形成的孔隙中移动流失，极易造成管涌等风险。
黄兴广场站地下水类型主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。地下水位于地表以下10． 20 ～ 14． 50 m，主要位于湘江冲积圆砾层，上部多为网纹红白土相隔，地下水呈弱承压性，水量较丰富，常年水位变化幅度8 ～ 12 m。根据现场抽水试验结果可知，砂卵石地层的抽水试验渗透系数为19． 46 m/d，属强透水性地层。在这种富水砂卵石地层中进行盾构接收工作，极易发生涌水涌泥现象，施工具有较高风险。接收端的地质剖面见图1。
图1 接收端地质剖面图( 单位: m)
1． 2 接收方案设计
原设计盾构接收方案为端头采用旋喷桩加固+ 内注浆加固，进行盾构接收工作。由于该处位于长沙商业步行街中心商业区，周边高层构建筑物密集，人流量极大，围挡困难，地下管线数量极多，管线迁移工作繁重困难; 同时，接收端地质条件复杂，地下水极为丰富，且上部为砂卵石地层，具有强渗透性，地下水随湘江水系产生季节性流动，流速达到20 m/d，浆液难以凝聚，注浆效果难以保证。
因此，施工时改用玻璃纤维筋地连墙［7 － 8］结合钢套筒接收方案，即在洞门外增设一道0． 8 m 厚玻璃纤维筋地连墙，代替原有端头加固，同时，在盾构接收时不需切割玻璃纤维筋地连墙内纤维筋，防止渗漏水。在车站基坑内架设钢套筒后，破除车站洞门处地连墙，盾构掘进至钢套筒，盾构安全出洞( 见图2) 。该方案能够在不进行端头加固的情况下保证盾构安全接收。
图2 现场接收方案示意图( 单位: m)
2 钢套筒设计
2． 1 钢套筒接收原理
钢套筒是一个比盾构筒体略长、直径比盾构筒体略大的密闭钢筒状结构，其主要由过渡环、筒体、后端盖板以及支撑系统组成。通过分块制作、现场组装形成一个整体后，与洞门环板密闭连接，在筒中填充砂和水并补充一定压力，从而模拟盾构在原始地层中掘进，使盾构直接采取掘进模式切削、破除洞门进入钢套筒，保证盾构在平衡状态下到达和通过洞门。在盾构盾体完全进入套筒后，通过在洞门管片处注入双液浆和聚氨酯等材料封堵洞门，从而有效防止涌水、涌砂等现象的发生，消除盾构出洞的施工安全隐患，最终保证盾构顺利出洞。
2． 2 钢套筒主体结构设计
黄兴广场站接收端采用的钢套筒筒体总长9 600mm，内径6 500 mm，外径6 840 mm，共分成3 段，每段3 200 mm，每段又分为上下2 个半圆。主体部分采用钢板卷制而成。考虑到盾构到达时土舱压力为0． 15 ～ 0． 2MPa，钢套筒设计耐压0． 5 Mpa，钢板选择Q235B，板厚16 mm。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，纵向筋板与环向筋板分隔形成块状。每段筒体的端头和上下2 个半圆接合面均焊接圆法兰，筒体纵向及上下均采用法兰及高强度螺栓连接紧固。每节钢套筒分别于顶部设置1 个直径600 mm 的加料口，底部设置3 个10 cm 的排浆管，2组顶推托轮组( 见图3) 。
图3 钢套筒现场拼装图
2． 3 钢套筒支撑系统设计
钢套筒支撑系统由底部钢架支撑、反力架以及横向钢撑组成。各支撑组合保证盾构在掘进至钢套筒时，钢套筒各构件基本无变位或变位很小。
2． 3． 1 底部钢架支撑
底部钢架支撑设置于钢套筒底部，分3 块制作，均与筒体底部焊接固定形成一体。焊接时托架板先与筒体焊接，再焊接横向筋板、底板和工字钢。当托架组装完成后，将工字钢底边与车站底板预埋件焊接，托架需用型钢与车站侧墙顶紧。
2． 3． 2 反力架
反力架是给钢套筒整体提供反力，保证钢套筒在盾构进入时顶推力作用下不发生纵向变位的装置。反力架紧贴后盖板安装，呈“井”字型结构，框架采用56# 工字钢制作。反力架与后盖板相邻一侧设置加力顶杆，顶杆与顶杆撑托配套加工制作，主要用于防止顶杆推进过程中出现受力不均匀情况( 见图4) 。反力架与车站内结构之间焊接固定，并用 529 mm 钢管支撑。钢管支撑焊接在车站预埋的钢板或植筋钢板上，盾构掘进时的反向力通过钢支撑传递至主体结构的底板和侧墙上。
图4 反力架与后端盖板的关系图
2． 3． 3 横向钢撑
钢套筒横向支撑是设置在钢套筒托架四周，保证钢套筒在水平向不发生偏移的顶推构件。横向钢撑采用 10 cm 钢管分2 排布设在托架两端，支撑纵向间距1． 5 m。为保证侧墙具有足够刚度，在车站侧墙需埋设钢板，埋设高度为500 mm( 见图5 和图6) 。
3 施工过程及效果
3． 1 玻璃纤维筋地连墙的施工
为保证施工安全，盾构到达前对端头地层采用玻璃纤维筋地连墙施作处理( 见图7) 。玻璃纤维筋在纵向具有高抗拉强度，而在横向很容易被盾构或其他挖掘机械磨碎，这种独特的各向异性高强材料极大地优化了隧道施工中的盾构挖掘过程［9］。随后凿除洞门处钢筋混凝土，安装已加工完成且经验收合格的盾构接收钢套筒，为盾构到达出洞施工创造符合条件的外部作业环境。
图5 钢套筒支撑安装平面图
图6 钢套筒支撑安装纵向图
图7 现场玻纤钢筋绑扎
3． 2 钢套筒接收流程
在完成玻璃纤维筋地连墙施工后，应进行钢套筒安装。现场安装顺序: 安装过渡环—安装钢套筒下半圆和反力架—安装钢套筒上半圆—预加反力—钢套筒填充—钢套筒压力测试。填充过程中钢套筒内填充盾构掘进出来的渣土。在完成钢套筒安装后，为保证盾构顺利进洞，必须准确控制管片姿态及盾构进洞姿态，将盾构偏差控制在20 mm 内，以确保盾构能顺利进入钢套筒。接收时纠偏幅度应按照“少量多次”的纠偏原则，每环纠偏量不大于3 mm，避免盾构姿态发生突变［10］。盾构钢套筒接收流程见图8。
图8 钢套筒接收流程图
3． 3 现场实际接收效果现场于2015 年4 月18 日完成钢套筒安装，随后进行盾构接收工作。在盾构进入钢套筒后，进行盾尾补充注浆，再排空钢套筒中剩余泥浆，打开加料孔，最后拆除钢套筒上半部，吊出盾构。2015 年4 月21 日顺利完成盾构接收全部工作，现场无结构大变位以及涌水涌泥现象，接收工作顺利完成( 见图9) 。
图9 现场盾构顺利接收
4 结论与建议
长沙地铁一号线黄兴广场站盾构接收在长沙首次采用无加固钢套筒盾构接收技术，顺利完成富水砂卵石条件下盾构接收工作，施工效果良好，无大变形及涌水涌泥现象。现场成功解决了特殊条件无加固情况下如何安全、顺利接收盾构的难题，有效规避了出洞过程中的风险。
该工程在盾构接收端取消地层加固，而改为在车站围护结构外增设玻璃纤维筋地连墙，以减少施工中的地层加固工程量和洞门凿除工作，同时施工质量相较于地层加固更有保障，建议后续工程可做类似考虑。
摘自：隧道建设