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超大型泥水盾构水中接收施工技术
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内容提示：对于大型泥水盾构,由于其掌子面的保压特性,在破洞门时必然造成内外压力失衡,易造成盾构与洞门圈间隙涌泥涌砂及地表沉降事故。南京长江隧道工程采用水中接收技术,确保了洞内外压力平衡;另外在盾构接收地段,采用了三轴搅拌加固、冷冻加固、强降水三重措施,确保盾构接收万无一失。
随着我国城市地下空间的开发利用，城市轨道交通工程建设和长、大、深越江越海隧道得到了快速发展。地下工程越来越依赖有利于环境保护的盾构施工技术。鉴于盾构接收施工风险较大，特别是对于大型泥水盾构，由于其掌子面的保压特性，在破洞门时必然造成内外压力失衡，易出现盾构与洞门圈间隙涌泥涌砂及地表沉降现象，因此，如何安全、顺利地完成盾构接收，是盾构法地下工程亟需解决的难题之一。（参考《建筑中文网》）
1 工程概况
南京长江隧道工程左汊盾构隧道采用双管单层的结构形式，隧道自浦口工作井始发，在梅子洲工作井进洞接收。盾构隧道采用 14. 93 m 的泥水混合式盾构机，盾构管片环外径 14. 5 m，内径 13. 3 m，壁厚 0. 6m，环宽 2 . 0 m，混凝土强度等级 C60，抗渗等级 S12。接收段共计 150 m，含 75 环正线隧道管片及末环管片，末环管片外圈全周预埋钢板。
1. 1 线路平纵断面
接收段盾构隧道线形较简单，纵断面处于 4. 5%的上坡段，左线隧道平面上里程 LK6 + 531. 85 以小里程为半径2 500 m的右转曲线，LK6 + 531. 85 ～ LK6 +622. 025 为直线段。与右线隧道间距呈减小趋势，接收端两线间距仅有 7. 49 m。
1. 2 工程地质条件
1. 2. 1 地形地貌
南京长江隧道是连接主城区与江北浦口区的重要通道。隧道位于长江河床底部及长江冲淤积低漫滩。两岸低漫滩高程 7. 00 m 左右，并分布少量水塘、沟渠;南岸长江外堤高程 11. 40 m。
1. 2. 2 地质特性
盾构穿越梅子洲长江大堤后，即进入接收段施工，盾构埋深由 19. 12 m 逐渐减少至 7. 48 m。根据详勘报告隧道范围内无建筑物存在。盾构接收段土体根据沉积时代、成因、状态及其特征，划分为 4 个工程地质层:②-3粉质黏土层，④淤泥质粉质黏土、④-2粉土夹粉质黏土，⑦-1粉细砂，⑧粉细砂。
1. 2. 3 地下水文地质条件
场地地表水主要为长江水，本场地地下水位埋深较浅，区域降雨量大，土中的腐蚀介质基本溶入地下水中，且附近又无污染源。根据南京地区经验，参照水质条件，判定该地土对混凝土、混凝土中钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀。
1. 2. 4 建筑物及管线
根据现场调查，江中盾构段接收段陆域主要构筑物为长江大堤，起防洪防汛作用。江中盾构段勘探时未发现地下管线通过，穿越线路未发现( 人防) 地下室。接收段穿越线路重点水利设施为南京长江大堤，为高级别堤防，堤防采用干砌块石防坡和浆砌块石护脚，堤顶为水泥砌块石挡水墙。
2 施工总策划及实施
2. 1 接收总体施工顺序(见图 1)
在梅子洲明挖段完成主体结构施工后，首先进行接收井端头土体加固和接收基座的施工;盾构机接收段施工的同时开展接收井端头冷冻加固、贯通测量、洞门前井点降水;在上述施工达到设计要求的条件下，盾构机步入加固土体，并同步开展洞门破除施工;洞门破除完成后，向工作井内接收基座上部堆填黏土，黏土堆填高度 3 ～ 4 m，在确保接收措施全部到位后，向接收井内灌水;拔除冻结管，盾构机破碎冻土墙，在维持内外泥水平衡的前提下逐步步入接收竖井;在盾尾完全进洞门预埋钢环后，抽掉竖井内泥水，对盾构洞门周圈进行密封注浆加固，同时开展盾构机拆解工作。
2. 2 接收基座施工
由于方案采取水中接收，接收基座采用水泥砂浆结构。接收基座长宽与竖井尺寸相同，根据不同阶段施工要求，在竖井内采用两种断面形式(图 2):在距离大里程端 13. 5 m 范围内基座为全断面矩形结构，为保证接收阶段管片拼装有足够的反力支持，盾构底端向上 2. 3 m 范围内全部由 M7. 5 水泥砂浆砌筑;在距离小里程端 4. 5 m 范围内基座为弧形结构，即盾构开挖轨迹线范围内基座采用黄砂塞填。结构纵向预留两道，横向一道沟槽，沟槽为盾构拆解切割预留操作空间，沟槽在接收阶段采用黄砂堆填。
2. 3 三轴搅拌加固
洞门前方土体采用三轴搅拌桩进行加固。加固区采用 1 000 mm三轴搅拌桩满堂加固，全断面加固区全长共 17 m，加固深度为盾构底部以下 2. 5 m，深度在25. 5 ～ 26. 0 m，加固宽度 46. 5 m。
2. 4 冷冻加固
为了洞门破除及盾构施工安全，保证加固土体可靠地封水，需对洞门前土体进行冷冻加固施工。
2. 4. 1 冷冻加固设计
鉴于盾构接收对加固体强度及密封性要求很高，为增加泥水平衡盾构接收工作的可靠性，设计采用整体板块全深冻结方案:在加固土体和连续墙结合处，即在地下连续墙外围 0. 5 ～ 1. 3 m 布置二排冻结孔，并通过人工制冷工艺形成一个冻土壁，将三轴搅拌加固土体和地下连续墙胶结，以隔绝地下水，在冻土壁(封水)与地下连续墙(抗地压)的联合支护下进行洞门凿除。
2. 4. 2 冻结加固尺寸
根据盾构进洞处主要穿越地层情况判断，施工时易产生流砂等不良地质现象。该处土体已按设计采用三轴搅拌全部加固完成。鉴于本工程的覆土厚度较薄，本次冻结拟采用全深冻结方式，冻结深度从自然地坪向下 26. 5 m。
根据始发端的施工经验，参考始发端的冻土数据，确定冻结加固体尺寸:全深冻结深度为 26. 5 m(穿过洞口下沿 3 m)，冻结壁与连续墙胶结宽度 20 m(超过洞门直径范围外 2. 325 m)，冻结壁厚度取 1. 6 m，冷冻加固平面如图 3。
2. 4. 3 盾构进洞的条件
盾构在进洞之前，必须具备如下条件方可进洞，见表 1。
面以下 1 m。此次降水集中在洞门附近，考虑到保护加固体的整体性，在加固体中不布置降水井。降水井的布置原则是:尽量靠近洞门口，同时注意避让已有的建(构)筑物。
降水施工应避免在冷冻加固体积极冻结阶段开展，防止水流造成冷冻体无法交圈。在盾构完全脱离加固土体，洞门密封注浆加固完成后，方可停止降水运行。
2. 6 贯通测量
在盾构推进至盾构到达施工范围时，应对盾构机的位置和盾构隧道的测量控制点进行准确的测量，明确实际隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时应对盾构接收井的洞门进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时须注意两点:一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整，纠偏要逐步完成。为保证接收的精度，安排在隧道贯通前 150 m 进行贯通测量，贯通测量工作包括地面控制网联测(平面和高程)及接收井洞门测定(平面与高程)等测量工作。
贯通测量后应及时确认测量成果正确或是采用新成果，保障贯通精度。根据《南京长江隧道工程盾构隧道施工质量检查与评定标准》规定，高程贯通测量精度 < ± 25 mm，导线贯通测量误差 < ± 20 mm。经多次测量，得出左线洞门圆心坐标(表 2)及盾构机外壳与洞门钢环间距见图 4。
根据测量结果，无需对轴线进行调整，即可保证盾构机顺利步入接收竖井。
在进行上述工作的同时，盾构接收阶段，应当加强隧道内的水准及导线控制测量。通过增加控制测量的频率及减小换站距离来减小测量误差带来的影响，最终确保盾构顺利、准确到达接收。
2. 7 洞门破除
在冻结墙体满足设计强度、确保盾构机具备接收进洞的条件下，方可开展洞门区域连续墙破除工作。为尽量减少洞门破除对洞圈范围内的土体影响，确保盾构机安全进洞，洞门连续墙分三次进行凿除。
第一次破除外侧混凝土 10 cm，剥除地下连续墙内层钢筋;第二次破除安排在冻结完成交圈后进行，破除混凝土 50 cm，破除完成后将混凝土渣清理干净，在洞门上打探温孔(共计 30 个)，检测温度是否完成冻结;第三次破除分两阶段实施，一阶段在洞门前探测孔温度(≤ － 2 ℃ )满足设计要求后，破除混凝土厚度 30 cm，并将破除混凝土渣清理吊运出基坑;二阶段在 2 d 内完成地下连续墙剩余 10 cm 混凝土及外侧钢筋破除，并将混凝土渣清理完，保证盾构机进洞时连续墙破除及清理工作，且冻结掌子面裸露时间不超过 2 d。破除过程中对洞门范围墙体位移变化密切观测，一旦发现洞门圈内墙体或土体有较大变形或有渗漏水现象，立即停止洞门连续墙破除，对渗水部位进行注浆封堵，以防水土流失，影响冻土墙交圈;如未发现异常情况，可直接进入下一层破除。破除时不能一次完成，要分层剥离，第二次破除后洞门连续墙保留厚度不小于 400 mm，并保留钢筋，以保护冻土墙。
1 工程概况
南京长江隧道工程左汊盾构隧道采用双管单层的结构形式，隧道自浦口工作井始发，在梅子洲工作井进洞接收。盾构隧道采用 14. 93 m 的泥水混合式盾构机，盾构管片环外径 14. 5 m，内径 13. 3 m，壁厚 0. 6m，环宽 2 . 0 m，混凝土强度等级 C60，抗渗等级 S12。接收段共计 150 m，含 75 环正线隧道管片及末环管片，末环管片外圈全周预埋钢板。
1. 1 线路平纵断面
接收段盾构隧道线形较简单，纵断面处于 4. 5%的上坡段，左线隧道平面上里程 LK6 + 531. 85 以小里程为半径2 500 m的右转曲线，LK6 + 531. 85 ～ LK6 +622. 025 为直线段。与右线隧道间距呈减小趋势，接收端两线间距仅有 7. 49 m。
1. 2 工程地质条件
1. 2. 1 地形地貌
南京长江隧道是连接主城区与江北浦口区的重要通道。隧道位于长江河床底部及长江冲淤积低漫滩。两岸低漫滩高程 7. 00 m 左右，并分布少量水塘、沟渠;南岸长江外堤高程 11. 40 m。
1. 2. 2 地质特性
盾构穿越梅子洲长江大堤后，即进入接收段施工，盾构埋深由 19. 12 m 逐渐减少至 7. 48 m。根据详勘报告隧道范围内无建筑物存在。盾构接收段土体根据沉积时代、成因、状态及其特征，划分为 4 个工程地质层:②-3粉质黏土层，④淤泥质粉质黏土、④-2粉土夹粉质黏土，⑦-1粉细砂，⑧粉细砂。
1. 2. 3 地下水文地质条件
场地地表水主要为长江水，本场地地下水位埋深较浅，区域降雨量大，土中的腐蚀介质基本溶入地下水中，且附近又无污染源。根据南京地区经验，参照水质条件，判定该地土对混凝土、混凝土中钢筋无腐蚀，对钢结构具弱腐蚀。
1. 2. 4 建筑物及管线
根据现场调查，江中盾构段接收段陆域主要构筑物为长江大堤，起防洪防汛作用。江中盾构段勘探时未发现地下管线通过，穿越线路未发现( 人防) 地下室。接收段穿越线路重点水利设施为南京长江大堤，为高级别堤防，堤防采用干砌块石防坡和浆砌块石护脚，堤顶为水泥砌块石挡水墙。
2 施工总策划及实施
2. 1 接收总体施工顺序(见图 1)
在梅子洲明挖段完成主体结构施工后，首先进行接收井端头土体加固和接收基座的施工;盾构机接收段施工的同时开展接收井端头冷冻加固、贯通测量、洞门前井点降水;在上述施工达到设计要求的条件下，盾构机步入加固土体，并同步开展洞门破除施工;洞门破除完成后，向工作井内接收基座上部堆填黏土，黏土堆填高度 3 ～ 4 m，在确保接收措施全部到位后，向接收井内灌水;拔除冻结管，盾构机破碎冻土墙，在维持内外泥水平衡的前提下逐步步入接收竖井;在盾尾完全进洞门预埋钢环后，抽掉竖井内泥水，对盾构洞门周圈进行密封注浆加固，同时开展盾构机拆解工作。
2. 2 接收基座施工
由于方案采取水中接收，接收基座采用水泥砂浆结构。接收基座长宽与竖井尺寸相同，根据不同阶段施工要求，在竖井内采用两种断面形式(图 2):在距离大里程端 13. 5 m 范围内基座为全断面矩形结构，为保证接收阶段管片拼装有足够的反力支持，盾构底端向上 2. 3 m 范围内全部由 M7. 5 水泥砂浆砌筑;在距离小里程端 4. 5 m 范围内基座为弧形结构，即盾构开挖轨迹线范围内基座采用黄砂塞填。结构纵向预留两道，横向一道沟槽，沟槽为盾构拆解切割预留操作空间，沟槽在接收阶段采用黄砂堆填。
2. 3 三轴搅拌加固
洞门前方土体采用三轴搅拌桩进行加固。加固区采用 1 000 mm三轴搅拌桩满堂加固，全断面加固区全长共 17 m，加固深度为盾构底部以下 2. 5 m，深度在25. 5 ～ 26. 0 m，加固宽度 46. 5 m。
2. 4 冷冻加固
为了洞门破除及盾构施工安全，保证加固土体可靠地封水，需对洞门前土体进行冷冻加固施工。
2. 4. 1 冷冻加固设计
鉴于盾构接收对加固体强度及密封性要求很高，为增加泥水平衡盾构接收工作的可靠性，设计采用整体板块全深冻结方案:在加固土体和连续墙结合处，即在地下连续墙外围 0. 5 ～ 1. 3 m 布置二排冻结孔，并通过人工制冷工艺形成一个冻土壁，将三轴搅拌加固土体和地下连续墙胶结，以隔绝地下水，在冻土壁(封水)与地下连续墙(抗地压)的联合支护下进行洞门凿除。
2. 4. 2 冻结加固尺寸
根据盾构进洞处主要穿越地层情况判断，施工时易产生流砂等不良地质现象。该处土体已按设计采用三轴搅拌全部加固完成。鉴于本工程的覆土厚度较薄，本次冻结拟采用全深冻结方式，冻结深度从自然地坪向下 26. 5 m。
根据始发端的施工经验，参考始发端的冻土数据，确定冻结加固体尺寸:全深冻结深度为 26. 5 m(穿过洞口下沿 3 m)，冻结壁与连续墙胶结宽度 20 m(超过洞门直径范围外 2. 325 m)，冻结壁厚度取 1. 6 m，冷冻加固平面如图 3。
2. 4. 3 盾构进洞的条件
盾构在进洞之前，必须具备如下条件方可进洞，见表 1。
面以下 1 m。此次降水集中在洞门附近，考虑到保护加固体的整体性，在加固体中不布置降水井。降水井的布置原则是:尽量靠近洞门口，同时注意避让已有的建(构)筑物。
降水施工应避免在冷冻加固体积极冻结阶段开展，防止水流造成冷冻体无法交圈。在盾构完全脱离加固土体，洞门密封注浆加固完成后，方可停止降水运行。
2. 6 贯通测量
在盾构推进至盾构到达施工范围时，应对盾构机的位置和盾构隧道的测量控制点进行准确的测量，明确实际隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时应对盾构接收井的洞门进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时须注意两点:一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整，纠偏要逐步完成。为保证接收的精度，安排在隧道贯通前 150 m 进行贯通测量，贯通测量工作包括地面控制网联测(平面和高程)及接收井洞门测定(平面与高程)等测量工作。
贯通测量后应及时确认测量成果正确或是采用新成果，保障贯通精度。根据《南京长江隧道工程盾构隧道施工质量检查与评定标准》规定，高程贯通测量精度 < ± 25 mm，导线贯通测量误差 < ± 20 mm。经多次测量，得出左线洞门圆心坐标(表 2)及盾构机外壳与洞门钢环间距见图 4。
根据测量结果，无需对轴线进行调整，即可保证盾构机顺利步入接收竖井。
在进行上述工作的同时，盾构接收阶段，应当加强隧道内的水准及导线控制测量。通过增加控制测量的频率及减小换站距离来减小测量误差带来的影响，最终确保盾构顺利、准确到达接收。
2. 7 洞门破除
在冻结墙体满足设计强度、确保盾构机具备接收进洞的条件下，方可开展洞门区域连续墙破除工作。为尽量减少洞门破除对洞圈范围内的土体影响，确保盾构机安全进洞，洞门连续墙分三次进行凿除。
第一次破除外侧混凝土 10 cm，剥除地下连续墙内层钢筋;第二次破除安排在冻结完成交圈后进行，破除混凝土 50 cm，破除完成后将混凝土渣清理干净，在洞门上打探温孔(共计 30 个)，检测温度是否完成冻结;第三次破除分两阶段实施，一阶段在洞门前探测孔温度(≤ － 2 ℃ )满足设计要求后，破除混凝土厚度 30 cm，并将破除混凝土渣清理吊运出基坑;二阶段在 2 d 内完成地下连续墙剩余 10 cm 混凝土及外侧钢筋破除，并将混凝土渣清理完，保证盾构机进洞时连续墙破除及清理工作，且冻结掌子面裸露时间不超过 2 d。破除过程中对洞门范围墙体位移变化密切观测，一旦发现洞门圈内墙体或土体有较大变形或有渗漏水现象，立即停止洞门连续墙破除，对渗水部位进行注浆封堵，以防水土流失，影响冻土墙交圈;如未发现异常情况，可直接进入下一层破除。破除时不能一次完成，要分层剥离，第二次破除后洞门连续墙保留厚度不小于 400 mm，并保留钢筋，以保护冻土墙。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14408.htm
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