复杂环境下暗挖横通道内盾构机到达施工风险及对策（1）

1暗挖横通道地层施工风险分析 

1.1?接收井概况

某地铁区间工程采用盾构法施工，管片外径6.4?m，采用刀盘直径6.66?m土压平衡盾构机施工。盾构接收井采用倒挂井壁法及矿山法施工。主体竖井结构尺寸为13.3?m×11.3?m，竖井深度为32.255?m。竖井主体结构壁厚为600~1?000?mm，底板厚1?200?mm。竖井采用十字梁和角撑的支撑体系。矿山段为拱顶直墙暗挖结构，采用复合式衬砌。

横通道总长49.19?m，采用CRD法施工，开挖宽度10.3?m，开挖高度14.302?m，结构形式为拱顶直墙暗挖结构，盾构接收施工时横通道已完成二次衬砌施工（中隔板待盾构吊出后施作）。接收井结构横截面如图1所示。

图1?接收井结构横截面示意

1.2?周边环境风险 

1.2.1?地下管线

某地铁区间盾构接收井位于湖光中街立交桥北侧，京承高速东侧绿地内，暗挖横通道下穿京承高速公路主路及辅路。接收井横通道上方管线为 ?1?000?mm上水管、?700?mm超高压燃气管、?500?mm高压燃气管。隧道距 ?700?mm超高压燃气管线18.239?m、距?500?mm高压燃气管18.569?m，距 ?1?000?mm上水管线为16.071?m。

1.2.2?道路基本情况

京承高速公路南起北京北三环太阳宫桥，是北京重要的交通放射线之一。影响范围内2002年主路建成通车，设计速度80?km/h，道路为两幅路形式，每幅路为三车道，标准半辅路宽度为15.5?m。

影响范围匝道连接京承高速与五环路，为重要枢纽连接线，匝道设计速度50?km/h，为单车道匝道，路面宽度7?m，2014年对主路进行大修。

1.2.3?地面沉降情况

暗挖横通道施工期间，地表及管线产生了超标沉降，累计值接近100?mm，沉降值见表1。

表1?沉降值记录

1.3?地层风险 

盾构区间水文地质：区间隧道埋深约7.4~25.9?m， 穿越水层为潜水（二）、承压水（三）、承压水（四）和承压水（五）。盾构接收时主要穿越水层为承压水（五）。区间主要穿越土层③砂质粉土–粘质粉土、③1粉质粘土、④粉质粘土、④2砂质粉土–粘质粉土、④3粉细砂、⑤4粉质粘土、⑥粉质粘土、⑥2砂质粉土–粘质粉土、⑦2粉细砂。盾构接收时隧道主要穿越地层为⑥粉质粘土、⑦2粉细砂。

1.4?洞门围护结构变形情况

左线洞门位置的初期支护锚喷围护结构已向背土面产生明显变形，最大突出高度35?cm，洞门圈内的围护结构表面产生2条宽度分别为1.5?cm和2?cm的上下贯穿裂缝。 右线洞门位置的初期支护锚喷围护结构已向背土面产生明显变形，最大突出高度26?cm，洞门圈内的围护结构表面产生1条宽度为2.5?cm的上下贯穿 裂缝。

1.5?暗挖横通道盾构机接收需解决的关键问题

暗挖横通道处于地面建筑和地下管线密集区域，施工时对地层存在扰动，暗挖横通道沿盾构前进方向的有效净空小于盾构机盾体长度。暗挖横通道盾构接收洞口处为初期支护锚喷混凝土结构，刚度较差，在盾构接收端土体加固过程中，初期支护锚喷结构易受注浆压力影响而变形。横通道施工完毕后，地下水控制措施停止，盾构接收施工面临地下水不利影响，在暗挖横通道内接收盾构机的施工风险比常规地面井接收盾构机风险更大。特别是当暗挖横通道盾构接收洞门所在地层有水有砂时，洞门对应位置地面建筑和地下管线密集时，凿除洞门和接收盾构机易发生洞门涌水、涌砂、塌方等事故，进而造成地面塌陷、管线断裂的次生事故。

盾构接收洞口围护结构对洞门位置地层有支护功能，同时对地层中的水土有封闭功能。通常情况下，围护结构均采用钢筋混凝土结构。因钢筋存在卡刀盘、卡螺旋的风险，需采取措施剔除盾构接收洞门支护结构中的钢筋后，才能接收盾构机。现有凿除盾构接收洞口钢筋混凝土围护结构的方法均需破坏支护结构，进而破坏其对地层水土的支护功能和封闭 功能。

在盾构机采用明挖接收井接收时，洞口围护结构中可采用玻璃纤维筋代替钢筋，可用盾构机刀盘直接切削开挖玻璃纤维筋混凝土围护结构，但在刀盘开挖玻璃纤维筋混凝土时，同样会破坏其支护作用和封闭作用。

2业内已有技术分析 

目前通常采用敞开式分层分块凿除的方法凿除暗挖横通道内盾构接收洞口初期支护结构，特别是在暗挖横通道进行凿除洞口围护结构凿除和接收盾构机施工时，由于初期支护结构的力学特点，上述施工的受限因素更多。

当洞口处于有水有沙地层时，虽然洞门处土体经过加固，但由于加固效果的离散性，很难避免加固后的土体完全不存在薄弱面。因此在凿除洞门过程中和凿除洞门之后，都存在洞口涌水、涌砂，进而造成洞口塌方的风险。

目前在暗挖横通道内接收盾构机，当地质状况和地面环境条件均良好时，多采用盾构机常压接收，即先凿除接收洞门处的初期支护结构，盾构机以0土压的方式穿过接收洞门进入横通道空间，当地质状况或地面环境条件不良时，多采用冷冻法对洞门周边土体进行冻结后常压接收，或采用密闭箱带压接收，即暗挖横通道内洞门对应位置设置密闭箱，在密闭箱内预先填充土体，盾构机以土压平衡模式掘进进入密闭箱。

然而，冷冻法时间长，通常需要75?d左右，费用高，在盾构接收过程中盾体、管片与土体、洞门之间一旦形成过水通道，冻结体将在短时间内融化，从而失去支护和阻水作用，进而发生危险。

当采用密闭箱接收时，为了避免洞门处初期支护结构中的钢格栅卡阻刀盘和螺旋，首先需要将初期支护结构彻底凿除。在凿除过程中形成土体暴露，产生洞门塌方风险。此外，密闭箱通常长度需要大于盾体长度，受到在暗挖横通道内狭小空间的限制，在其内部安装密闭箱、填充土体等作业十分困难，工期长，施工难度大。因此，目前还没有一种不破坏支护结构的支护功能和封闭功能的盾构机接收洞门围护结构的方法。