0 引言

　　宁波通途路综合管廊工程为浙江省首条利用盾构法施工的综合管廊，沿线共设置9个节点井，盾构需进行8次接收与4次过站施工，部分接收井端头地处富水砂性土层中，工程地质条件差，降水不理想，盾构接收时易发生涌水涌砂险情。本文以宁波通途路综合管廊工程为例，探讨与研究盾构的接收方式，包括接收工法、端头土体加固方式、密封装置及过站方式的适用性、安全性与经济性。

　　1 工程概况

　　宁波通途路综合管廊总长约5.3km，明挖段长约0.7km，盾构段长约4.6km。全线共设9个工作井(其中2,4,6,8号为过站井)，采用4台直径6 340mm的土压平衡盾构机掘进施工，盾构需经历8次始发、8次接收，管廊沿主干道通途路敷设，区间平面如图1所示。区间沿线地层主要为(2)_2b淤泥质黏土、(3)_1b粉砂、(3)₂粉质黏土夹粉砂、(4)_1b淤泥质粉质黏土，盾构反复穿越(3)_1b粉砂层。

　　图1 区间线路总平面  

　　2 接收难点

　　1)该综合管廊沿市政主干道敷设，与热力管线、高压电力电缆、军用光缆相距较近。

　　2)沿线节点井共9个，盾构需连续接收8次，包含4次盾构机过站施工，工期紧。

　　3) 2,3号井接收段为复合地层，洞门范围上下为淤泥质土、粉质黏土弱透水层，中间为2～3m厚的富水粉砂，在该地层条件下无法施工止水帷幕，导致接收端土体降水效果和注浆效果不理想，盾构机进洞时易发生洞门涌水涌砂现象，造成地面塌陷、管线事故，后果严重。

　　3 接收方案比选

　　3.1 盾构接收工艺比选

　　盾构接收常采用明洞接收、钢套筒接收、水中接收、二次进洞等工法。

　　1)钢套筒接收钢套筒是一端开口且开口端连接洞门的圆柱形容器装置。在容器内部充满填充物后，整体形成密闭容器，以模拟盾构在土中的掘进状态，达到控制涌水涌砂的效果(见图2)。

　　图2 钢套筒接收原理  

　　钢套筒接收可在各种地层中应用，适用性较强;钢套筒可回收循环使用，其中的充填物模拟水土压力，大大降低洞门涌水涌砂的可能性;占地面积小。但增加很多步骤和程序，经拆卸回收的钢套筒单块稳定性较差、易变形，不利于下次组装;管廊工作井因结构形式及尺寸限制，对钢套筒安装、运输、拆除造成极大困难;工期长、造价高。

　　2)水中接收采用接收井回填水、土或泥浆的方式，平衡接收井内外水土压力，防止洞门涌水涌砂。水中接收原理如图3所示。

　　水中接收的安全性高，免去复杂洞门临时密封装置，保证洞内外压力平衡，为管片安装、同步注浆、渣土排放提供有利条件，提高盾构接收效率。但后续处理时间过长，尤其对管廊过站接收工期影响极大;需要密封结构，适用于较小工作井，当工作井较大时需密封墙体，增加工程量与后续处理难度;工期长、造价较高。

　　图3 水中接收原理 

　　3)二次进洞将盾构进洞分成2个阶段，盾构第1次进站后，在槽壁钢圈与盾壳间焊接1圈弧形钢板，采用聚氨酯封堵后进行洞圈注浆。确定注浆效果满足要求后，割除弧形钢板，开始第2次进站施工。当盾尾脱出后，立即使用弧形钢板将管片与洞圈焊接成整体，并对管片与洞圈间进行注浆，完成二次进洞。

　　二次进洞工艺可有效降低涌水涌砂风险，地层适用性较强，尤其适用于软土地质情况，且预埋钢环与盾构管片间存在间隙时可随时采取相应应急措施。特定情况下可免除第1次封洞门，极大提高效率，工期短、造价低。但二次接收对盾构接收精度要求高，若盾构偏差较大，预埋钢环内置密封装置易被损坏。

　　通过以上比较，钢套筒接收和水中接收大大减少涌水涌砂的可能性，但工序较多，工期长且造价高，不满足高频次接收要求，而二次进洞工艺效率高，造价相对低，技术成熟，因此本工程采用二次进洞工艺。

　　3.2 端头井土体加固方案比选

　　根据地质条件、地下水位标高、土层厚度、盾构机机型和施工环境等因素，本工程洞门土体改良加固可选用MJS工法、冻结法、三轴搅拌桩、高压旋喷桩、WSS工法等。

　　1) MJS工法土体加固强度高，止水性能好;工期长、造价高。

　　2)冻结法土体加固强度高，止水性能好，适用于含水量较高的砂性土层，但施工周期长，造价高。土体冻融对地面隆沉影响较大，常因冻住盾构机头导致接收失败。

　　3)三轴搅拌桩对土体扰动较小，环境污染小;废土外运量比其他工法少，施工时噪声小、振动小;设备轻便，施工方法简单，所需空间小;浆液注入部位和范围可控，与围护体搭接紧密，抗渗性能好。但设备组装、施工养护周期长，遇富水砂层固化效果不理想。

　　4)高压旋喷桩土体加固强度很高，在桩身搭接较好的前提下，抗渗性能较好;调节注入参数可获得满足设计需求的固结体，适合大部分地层，但慎用于地下水流速过大工程及管涌工程;对附近管线及构筑物影响较大;富水砂层高压喷射浆液带动砂流动，易形成包裹夹层;工期较长，造价较高。

　　5) WSS工法施工及养护周期短，尤其遇含水砂层时效果好、强度高，可有效止水加固，设备轻便、工期短、造价较低。但压密注浆均匀性较三轴搅拌桩较差，存在挤密包裹的泥砂夹层。

　　综合考虑工期、造价、地层适用性后，本工程端头选择三轴搅拌桩结合高压旋喷桩的方式进行加固处理。若由于三轴搅拌桩处理及养护时间不足，在富水砂层中未达到预期效果，则采取WSS工法补强加固。

　　3.3 密封装置比选

　　1)盾构接收常采用橡胶帘布+折压钢板配合倒链的方式进行临时密封，将橡胶帘布压紧在盾壳/管片上，以达到密封目的，如图4所示。

　　图4 橡胶帘布临时密封 

　　该装置为柔性装置，安装后不易损坏，倒链处于压紧状态时接触紧密，止水效果好。但接收需采用倒链拉紧折压板，折压板紧压在盾壳及管片上，但实际操作中，如出现涌水涌砂现象，橡胶帘布+折压钢板很难达到预期压紧效果。涌水涌砂压力较大时，橡胶帘布+折压钢板脆弱部位(折页处)易出现折断现象，折断后折压板及橡胶帘布被遮挡，应急处置难度极大。

　　2)弹簧钢板束包括底座、底座加劲肋板、一个或多个弹簧钢板层，弹簧钢板层由多个沿预埋钢环圆周均匀分布在多个底座上的等长度弹簧钢板组成，且任意相邻2个弹簧钢板毗邻接触，使弹簧钢板层形成环状结构，如图5所示。

　　即使弹簧钢板束破损，底座钢板仍有一定挡土效果，应有效压紧盾壳，避免涌水涌砂现象。若弹簧钢板束未起到预期效果，预埋钢环与盾构管片间存在约25cm宽间隙，便于采取相应措施。但对盾构接收精度要求高，如盾构偏差较大，预埋钢环内置弹簧钢板束及底座易被破坏。出现盾体同步注浆外挂注浆管时易发生损坏，破除接收洞门需避免洞门区保护层大块掉落，否则易损坏弹簧钢板束。

　　图5 弹簧钢板束+海绵条密封装置 

　　鉴于本工程盾构接收时涌水涌砂风险大，采用弹簧钢板束便于迅速启动应急措施，因此盾构接收密封装置采用弹簧钢板束。

　　3.4 盾构过站方案比选

　　1)方案1按传统工序施工，将盾构机移至始发位置，安装反力架再次始发。该过站盾尾后预留较大施工空间，以方便施工，但需再次安拆反力架，具备条件后才可破除洞门，工期长。考虑后配套设施应用，过站部分仍需搭设相应运料平台，增加成本。

　　2)方案2采用整环管片拼装过站法。先施作节点井并进行封顶，盾构在封闭节点井空推通过。始发无须再次安装反力架，接收后可再次始发，方便施工。节省反力架再次安装及洞门破除时间，工期短、造价较低，但难以控制盾构在导台空推过节点井时的二次始发姿态。

　　若按传统工序施工，工期较长，无法在约定工期内完成。而整环管片拼装过站虽然后续拆除困难，但无须安装始发反力架，节省相应时间和费用，适用于过站距离短、工期紧等特殊情况。因此，本工程采用方案2。

　　4 施工效果分析

　　1)二次进洞工艺具有很好的安全性，安全完成8次接收施工任务。

　　2)三轴搅拌桩结合高压旋喷桩在淤泥质土中加固效果良好，但在富水砂层中加固效果不理想，可通过WSS工法进行快速补强加固，确保盾构接收端头加固区土体强度及止水性能。

　　3)弹簧钢板安装后可有效压紧盾壳，起密封盾壳和洞圈间隙的作用，避免涌水涌砂现象。当地质情况较好时，弹簧钢板束起足够的密封作用，因此可省略第一次接收时的弧形钢板焊接环节。

　　4)以4号工作井为例，该井盾构过站接收及再次始发共12d，相比传统方法，节省过站时间7～10d。5结语

　　结合综合管廊工程工期、地质、周边环境及地基加固状况，对不同接收工法、端头土体加固方式、密封装置及过站方式的适用性、安全性与经济性进行充分论证，最终采用二次进洞工艺，使用三轴搅拌桩+高压旋喷桩结合WSS工法对端头井进行加固补强。采用弹簧钢板密封装置、管片空推过站的方案，有效降低盾构机进洞过程中的涌水涌砂风险，在施工速度与成本控制上取得较优效果。