顾龙强
上海市机械施工集团有限公司 上海 200072
近年来，在沿海地区富含粉砂地层中进行盾构接收的工况越来越多。为了防止盾构接收风险事故发生，各种新的工艺和方法应运而生，形成了一些技术研究成果。卢晓慧[1]阐述了土压平衡盾构机到达接收的技术内容、施工流程以及关键技术控制。逯建栋[2]阐述了钢套箱的结构组成和盾构接收方案，采用钢套箱装置能有效避免盾构到达接收过程中涌水、涌砂等风险，确保盾构出洞安全。魏林春等[3]基于地铁盾构到达整体接收装置的工作原理及盾构到达应用工程的实际特点，研究地铁盾构整体接收到达各关键施工工序的配合及盾构达到施工技术，大大降低盾构在到达施工过程中的施工风险，避免盾构达到施工重大事故的发生。王宗勇[4]对复杂地层注浆缺陷进行分析和补救措施研究，在洞门钢环内设置橡胶止水环，实现了盾构安全接收。张鹏[5]采用明洞结构辅助盾构接收，提高了盾构接收的风险可控性，大大降低了施工风险。
本文介绍南通地铁青年路站—五一路东站区间富水性砂层地质条件下的一种水平冷冻加固与割盾尾接收相结合的盾构接收方法，主要采用了“地面水泥土加固＋洞门水平冷冻加固＋短套筒＋洞门钢丝刷＋割盾尾＋降水井辅助降水”的综合接收施工工艺，可为类似工程提供参考。
1.1 工程线路概况
南通地铁2号线青年路站—五一路东站区间出青年路站后，沿青年中路敷设，下穿江苏工程职业技术学院过街通道、张家桥暗涵、学田河箱涵，进入五一路东站。本区间采用一段曲线，左右线曲线半径均为600 m；
线路中心线间距为14～17 m。线路出青年路站以1.34%坡度上升至五一路东站，区间隧道最大埋深22 m，盾构始发站为地下2层车站。盾构隧道内径5.5 m，外径6.2 m，由6块管片组成，管片宽1.2 m，厚35 cm，混凝土为C50，抗渗等级P10。
1.2 工程水文地质
工程地处长江下游冲积平原，地形平坦，地貌类型单一，盾构区间穿越③2层粉砂及④1层粉质黏土层。
本工程拟建场地分布有厚度1.9～6.0 m（平均厚度为4.43 m）的④1层及厚度1.3～5.0 m（平均厚度为3.47 m）的④1t层黏性土夹粉土。土层有一定的隔水性能，属微-弱透水层。第Ⅰ承压水一般赋存于50 m深度以下的砂土、粉土层中，即⑥层粉砂、⑦层粉砂夹中粗砂中，主要接受径流及越流补给，据区域水文地质资料，水头埋深2～5 m。
本工点④1t层下部分布的⑤1层、⑤2层、⑤3层与⑥层及⑦层直接相连，可作为第Ⅰ承压含水层考虑，故该层地下水存在承压性。由于④1层较薄，且局部缺失，④1t层夹粉土较多，潜水与承压水之间有弱水力联系。
根据地质详勘报告，青年路站西端头左线接收出洞为③2层粉砂及④1层粉质黏土。
1.3 冻结加固概况
青年路站接收端左线轨面标高为－18.87 m（左），地面标高约为＋4.76 m（左），端头井内衬结构厚度1 m，地下连续墙厚度1 m，在地下连续墙外采用φ850 mm@600 mm搅拌桩加固，靠近车站端头双排φ800 mm@500 mm旋喷桩。接收段端头加固长度为12 m，加固宽度为盾构隧道结构每侧3 m，竖向加固范围为盾构隧道结构上部3 m，下部3 m。
总结南通地区类似地层盾构端头加固，在洞门凿除、盾构接收过程中出现过的渗漏水处理经验，在原水泥土加固基础上，采用洞门水平冻结加固的辅助措施效果显著。本工程水平冻结加固主要目的为破除洞门时封水，冻结强度达设计要求后，凿除地下连续墙拔出推进区域内的冻结管，盾构可直接推出。盾构接收端左线靠近工作井设置水平杯形冻结加固区，长14 m，杯底厚2 m，杯壁厚1.5 m。
青年路站为地下3层车站，周边环境复杂，盾构接收土层为全断面富水粉砂地层，盾构接收风险较大，考虑在原有水泥土加固的基础上，结合目前青年路站的实际盾构接收工况，准备青年路站左线盾构接收采用水平冷冻＋短套筒＋割除盾尾的方式进行盾构接收。
为保证在盾构接收过程中洞门水平冷冻、冻结管拔管、洞门密封装置、短套箱、盾尾环箍注浆、洞门凿除、盾构机穿过冷冻区、盾构机进洞应急措施、封闭洞门钢板、割盾尾等各项工艺的有效实施，对青年路站—五一路东站区间左线盾构接收过程进行研究。
3.1 全断面粉砂地层中水平冻结工艺
青年路站接收端头井水平冻结，设计冻结壁厚为2.0 m（内圈冻结壁）、1.5 m（外圈径向冻结壁）、14.0 m（外圈冻结壁纵向有效长度），冻结壁平均温度小于－10 ℃，冻结壁与混凝土连续墙交界面处平均温度不高于－5 ℃。
青年路站盾构接收洞门水平冻结加固，设计单个洞门冻结孔57个，测温孔8个（图1）。图1中冻结孔为青色、测温孔为黑色，水平钻孔最大偏斜不得大于1.2%，外圈冻结孔最大终孔间距不得大于1 000 mm，内圈孔最大终孔间距不得大于1 400 mm。冻结孔开孔位置误差不宜大于50 mm，冻结管下放长度不得小于设计冻结深度，不大于设计冻结深度＋0.50 m；
钻孔施工开孔误差不大于50 mm。
图1 青年路站水平冻结孔布置示意
3.2 全断面粉砂地层中冻结管拔管
采用人工解冻，人工使用千斤顶或导链拉拔的方案进行拔管。盾构掘进至538环刀盘距离地下连续墙2.5 m，盾构停机刀盘不停止转动，开始拔除内圈水平冻结管，拔除洞门圈内Z1～Z16，N1～N9，共25根冻结管及CX1～CX4共计4根测温管，计划拔管时间30 h。
1）在2 m3左右的盐水箱中安装总功率约为110 kW电热管，用电热管加热盐水至70 ℃。
2）以1～2组冻结孔为1批，在冻结孔中循环热盐水。
3）待冻结管周围冻土融化1～3 cm时，先用千斤顶将冻结管顶松动后再用葫芦拔松冻结管。
4）水平冻结孔拔管后冻结孔拔管后用M10水泥砂浆圆柱封孔，预制圆柱直径同冻结管，每截长度0.3 m，每个冻结孔充填1～3截。
5）预计冻结孔正常起拔力为1～50 kN。冻结管的破断力约为320 kN，要求起拔力小于50 kN。
3.3 洞门密封装置安装
洞门密封装置的安装安排在洞门外层混凝土凿除之后及地下连续墙最后1层钢筋网拆除之前。在预埋钢洞圈上安装2道洞门止水装置，同时在内衬墙上的洞门圈周围安装橡胶帘布板止水装置。洞门止水装置包括洞门钢丝刷、油脂。环形钢丝刷满焊在预埋的洞门钢环上，在盾构接收之前在洞门钢丝刷上填充油脂。
当盾构机沿推进方向掘进时，被填充油脂的环形钢丝刷被盾构机带动向顺时针方向转动，封闭在盾体外径处，止住水向洞口方向流出。同理也可封住沿管片外径向洞口方向的流水和同步注浆浆液。洞门止水装置可以有效阻止或隔断盾体外向洞口流水流砂，若存在少量漏水，可以直接进行压密注浆填充（图2）。
图2 洞门止水装置示意（洞门钢丝刷＋油脂填充）
3.4 洞门短套箱安装
青年路站左线洞门钢环外侧安装洞门短套箱，短套箱长35 cm，套箱与洞门焊接，橡胶帘幕板布置于套箱内。
在洞门钢环内部焊接2道洞门钢丝刷，洞门钢丝刷上嵌满手涂盾尾油脂。洞门钢丝刷和弹簧钢板内部的空腔在盾构机始发和接收时通过短套筒外侧预留的12个注浆管进行应急聚氨酯或双液浆注入，确保洞门部位可以应急堵漏。
3.5 全断面粉砂地层中盾尾环箍注浆
区间接收洞门前从537环开始向544环注浆，均为多孔管片，注浆以双液浆注浆材料为主，可以采取跳孔注浆方式，必要时间隔打设1～2环聚氨酯环箍注浆，确保环箍注浆的效果达到洞门封闭的要求。
双液浆注浆要求，注浆压力0.3～0.5 MPa，注浆量0.6 m3/孔。先单液浆注完后，达到强度要求，再对注浆孔逐一开孔检查有无渗漏，有渗漏情况再注双液浆。隧道内和洞门位置都提前接好聚氨酯泵和注浆球阀。环箍注浆完成后，采用管片注浆孔长钻杆开孔检查，对仍有环箍注浆未交圈存在通道的孔号再用聚氨酯进行封堵。
3.6 全断面粉砂地层中洞门凿除
洞门采用人工凿除，采用垂直从上至下、先中间后两侧的顺序进行，洞门分2次凿除。洞门凿除完成后要立即用钢卷尺检查洞门凿除的尺寸，洞门净空尺寸检查至少要丈量4处，且每处最小尺寸不小于盾构机最大直径，对于尺寸不足之处需人工进行修整，直到满足净空尺寸要求为止。
3.7 全断面粉砂地层中盾构机刀盘出冷冻区
盾构机穿越冷冻区（冷冻区域按照2.5 m考虑：538环油缸行程1.23 m至541环油缸行程1.08 m），洞门凿除过程中，刀盘已位于冷冻加固区内，要求司机24 h值班，盾构机刀盘一直转动，避免被冻住，穿越冷冻区注意事项如下：盾构机铰接全开；
开启慢速泵，刀盘不能停，推进速度1 cm/min；
冻土适当加注泡沫；
盾构机刀盘连锁解除，检查设备，避免不必要的刀盘停转；
准备适当盐水应急，避免冻住刀盘，推进冻土前排净场内土。
3.8 全断面粉砂地层中盾构机进洞应急处置
封闭洞门钢板期间共开启5口降水井（另外1口备用降水井兼观测井），将承压水的水头降低到洞圈底部以下2.5～5.0 m，降低接收洞门周边的水头高度和水头压力。现场技术员通过测绳检测降水井内水位高度，每小时1次，降水井运行情况巡查及水位高度观测每小时1次。
盾构掘进至549环，盾尾留置1.6 m于洞门钢环内，此时盾构机停机。最后一环549环为P6接收环管片，端部和背后为背负钢板，为洞门封闭做好准备。检查洞门止水装置渗漏滴水情况，开始分块焊接封闭洞门钢板，隧道内和洞门位置都准备好应急注聚氨酯的设备、材料、人员。隧道内聚氨酯配备2 t，聚氨酯泵配备3个，其他应急物资若干；
洞门位置聚氨酯配备2 t，聚氨酯泵配备3个，其他应急物资若干。从下到上逐块封闭洞门钢板，完成盾构接收工作。
3.9 全断面粉砂地层中盾构机推进完成停机
盾构掘进至549环，盾尾留置至少0.9 m于洞门钢环内，此时盾构机停机。其中545、546环设置1 m规格管片，549环为P6管片，端部和背后为背负钢板。
3.10 全断面粉砂地层中封闭洞门钢板、割除盾尾
盾构机停到位置后，打开应急降水井，降水深度到位后，利用弧形钢板封闭洞门间隙，隧道内部采用①号弧形钢板从盾构机内侧封闭盾尾间隙。洞门外侧采用②号弧形钢板将盾尾与洞门短套筒焊接。洞门钢板宽度分别为25、30 cm，分为30块，将短套筒外侧壁与接收环背负钢板分块满焊成环，封闭整个洞门。封闭完成后，割除盾尾，盾构机接收呈下坡趋势，上下左右几个方向管片凸出洞门长度不一，割除过程中，应留适当的余量，避免内外割穿。
青年路站—五一路东站区间左线盾构采用“地面水泥土加固＋洞门水平冷冻加固＋短套筒＋洞门钢丝刷＋割盾尾＋降水井辅助降水”多道防水堵水措施设防的综合接收施工工艺，洞门冻结壁厚度和温度及冻结效果均满足设计要求，冻结设备运转正常，满足地下连续墙破除和盾构接收过程止水要求，具有很好的参考价值。
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