1 工程概况

　　苏州地铁5号线竹园路站—塔园路站区间盾构在竹园路站西端左线出洞，地下3层结构，洞口直径6.7m，盾构中心埋深约21.3m，地面标高约+3.800m。场地位于滨河路以西，现有市政道路竹园路下方，距离竹园路与滨河路交叉口130m左右，西端头井洞门加固影响范围内无重要建(构)筑物。盾构接收范围主要分布的土层为粉砂夹粉土、粉质黏土层，该土层为软弱富含水土层，自身承载力较差，且地下水具有承压性，导致盾构进出洞有涌水涌砂风险(见图1)。盾构接收端头场地条件有限，地下水位高，无法使用常规方法对土体加固，因此结合复杂的工程环境，采用杯形水平冻结法端头加固联合钢套筒接收来破解这一难题。

　　2 端头土体加固及盾构接收方案比选

　　2.1 盾构接收端头土体加固处理

　　盾构接收端头由于场地条件限制及接收范围内土层为粉砂夹粉土和粉质黏土层，无法按照常规土体加固方法，为满足本工程端头土体加固范围及强度要求，确保盾构安全接收，采用较大范围的杯形水平冻结加固方案。冻结法是将钢管打入土体中，并向钢管中引入低温盐水进行循环流动，带走土体中的热量，将土体冷却至0°C以下形成冰块，形成的坚硬封闭壳体可隔离地下水，同时承受周围水和土压力，形成相对安全的成洞环境。

　　图1 竹园路西端头井洞门位置及地质情况示意 

　　2.2 盾构接收方案比选

　　国内目前使用的盾构接收方法主要有常规接收法、水下接收法及钢套筒工法，为保证盾构顺利接收，常需要联合使用。结合本工程实际情况，决定采用钢套筒接收法。

　　3 冻结方案及设计要求

　　3.1 设计要求

　　本工程洞门杯形水平冻结方案冻结孔和测温孔布置如图2所示。根据冻结帷幕设计，冻结孔水平布置，孔数为57。其中，杯壁冻结孔沿开洞直径7.8m圆形布置，开孔间距为0.765m(弦长)，冻结孔数为32个，深度为6.4m;杯底部的冻结孔沿开洞口直径5.2m和直径2.6m圆形布置，开孔间距为1.019～0.998m(弦长)，冻结孔数为24个，深度为4.2m;洞口中心为1个冻结孔，冻结孔深度为4.2m。另外，设置5个测温孔(T1～T5)，深度为3.9～6.4m，在每个测温孔中设置1～3个测点，并设置在终孔间距较大的位置。

　　图2 左线水平冻结孔和测温孔布置 

　　3.2 冻结帷幕参数

　　冻结帷幕厚2m;积极冻结期盐水温度为-28～-30℃;积极冻结时间为35d，维护冻结时间为15d;冻结壁平均温度范围为-10～-15℃;外围冻结孔终孔间距L_omax=650mm。

　　4 钢套筒接收施工

　　4.1 钢套筒设计

　　钢套筒是一端开口的桶状结构，整个钢套筒接收总长为11 170mm，由1个过渡连接环(长700mm)、4节筒体(长2 500mm/节)、1个后端盖(长470mm)、2个始发钢环(分内、外环，长400mm，不计入总长)及左、右工字钢支撑等部分组成。

　　筒体部分总长为10 000mm，直径(内径)为6 800mm，分为4节，每节分为上、下、左、右4个部分，单个部分的最大重量≤10t。筒体材料由20mm厚的钢板制成，每段筒体的外周焊接纵、环向板筋以确保筒体刚性。筋板厚20mm，高120mm，间隔550～600mm。每段筒体的末端及上、下两半圆形接合面均用圆形法兰焊接。法兰用40mm厚板。筒体4块间及两段筒体间均采用M30 8.8级螺栓连接，中间添加10mm厚橡胶垫，确保钢套筒的密封效果。

　　4.2 钢套筒接收施工流程(见图3)

　　图3 钢套筒接收施工流程 

　　4.3 钢套筒安装定位及密封性检测

　　在安装和定位钢套筒时，要求底部中心线和线路中心线重合。组装好钢套筒后，在筒体内加水以检查其密封性，待钢套筒内的回填土施工完成后，将水注入钢套筒，压力达到0.3MPa后停止注水并保持压力稳定。检查各连接部位有无渗漏水，包括洞门连接板处，钢套筒环、纵向的连接处及与反力架的连接处。

　　各阶段加压过程和停留时间说明如下:0～0.1MPa加压10min，停留检测10min;0.1～0.2MPa加压15min，停留检测25min;0.2～0.25MPa加压25min，停留检测45min;0.25～0.3MPa加压45min，停留检测120min。

　　一旦在压力测试过程中发现泄漏或焊接脱焊，须立即进行卸压并及时处理，拧紧或重新焊接。完成后再次加压，直到压力稳定在0.3MPa，且无泄漏，方可确认钢套筒的密封性。

　　4.4 盾构接收推进技术

　　盾构接收段的推进施工分3个阶段(见图4)。

　　图4 盾构接收推进 

　　4.4.1 第1阶段

　　推进到刀盘距加固体1m时，盾构停机检查，要求盾构机处于最佳状态，需要注意以下事项:(1)在推进过程中，严格控制推进速度和总推力，避免由于过快的开挖速度引起的同步灌浆分布不均，在二次灌浆过程中不能形成封闭环;(2)在刀盘转动期间，将泡沫剂添加到刀盘前和土仓内以润滑和改良土体;(3)严格把控二次注浆时间、注浆压力及注浆量，防止盾构尾部固结;(4)合理布置注浆孔，确保二次注浆均匀。

　　4.4.2 第2阶段

　　盾构机刀盘进入加固体。将冷冻管拔除后，开始钢套筒填充，最后启动盾构机，当盾构机刀盘进入加固体时，倒数17环至20环进行二次注浆。此时，应严格把控注浆孔位置、注浆压力和注浆量。

　　4.4.3 第3阶段

　　进入钢套筒内掘进。将最后1环管片拼装完成后，盾构机停机，将倒数第3环以后的管片进行二次注浆并形成闭水环箍，然后启动盾构机，正式进入钢套筒。

　　5 施工效果评价及施工重难点

　　5.1 冻结法与钢套筒结合效果评价

　　水平冻结法与钢套筒结合的施工方案中，冷冻技术将周边土体冻结，使得在破除地下连续墙时土体能保持稳定，减少在破除洞门时土体自立性差带来的风险。钢套筒的密闭空间提供平衡掌子面的水土压力，很大程度上降低了盾构接收时涌水涌砂的风险。

　　此外，冻结法与钢套筒结合的盾构接收施工方法，占地面积少，施工方便，对周围环境的影响较小，安全性好，有良好的施工前景。

　　5.2 冻结法联合钢套筒盾构接收施工重难点

　　1)连续墙破除前，盾构机切削连续墙产生较大扭矩，此时钢套筒是独立封闭空间，盾构机自重与钢套筒下部砂间的摩擦反力是防扭转的主要扭矩，刀盘切削扭矩若波动较大，可能造成钢套筒和盾构机的整体扭转、倾覆，是本工程的风险点之一。因此须控制扭矩不超过限值。

　　2)由于接收阶段地面沉降值较大，因此在接收前要尽早建立盾构机的适合工况，注意土压情况及出土量，同时提高监测频率，控制地面沉降值。

　　3)为了增强端头土体稳定性，确保盾构顺利接收，根据端头土体情况合理选择人工冻结加固方法，施工过程中要严格控制基本参数，对于加固区与接收井间形成的间隙要采取注浆加固措施。

　　4)由于土体冻结加固范围较大，当盾构在穿越冻土墙时易发生刀盘冻结事故，应尽量保证盾构正常，不宜停留，迅速通过，防止刀盘被冻结。

　　6 结语

　　1)水平冻结法与钢套筒结合的盾构接收方法，有效克服了富水粉砂层地质条件差的缺陷，盾构在接收过程中未出现涌水涌砂现象，施工效果良好。

　　2)面对富水软土地层或复杂环境时，依靠常规方法对洞门密封是远远不够的，而钢套筒盾构接收对此类地层有良好的适用性，是确保盾构接收时洞门密封不漏水的一种安全有效工法。

　　3)人工冻结法联合钢套筒盾构进出洞施工方案尚为少见，要提前做好施工指导书，特别是冷冻法和钢套筒施工交叉部分，做到有条不紊按计划施工。