盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復雜工況中的應用研究

曹彥華 劉超 張衛亮 陶文駿

摘? 要：盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復雜工況中的應用研究主要探討該技術在解決施工中的挑戰和保證施工安全方面的效果。研究發現，盾構鋼套筒接收技術能夠有效應對有水地層近距離下穿施工中的水壓、水流等問題，保證施工安全。在鄰近既有線等復雜工況中，該技術需要充分考慮既有線的穩定性和安全性，確保施工過程不對其造成損害。合理的施工布置和控制措施能夠確保施工的安全性和效率。

關鍵詞：盾構鋼套筒接收技術；有水地層近距離下穿；鄰近既有線；鋼套筒；盾構機

中圖分類號：U455.43? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）08-0174-04

Abstract： Research on the application of shield steel sleeve receiving technology in complex working conditions such as water stratum and adjacent existing lines mainly discusses the effect of this technology in solving the challenges in construction and ensuring construction safety. It is found that the receiving technology of shield steel sleeve can effectively deal with the problems of water pressure and water flow in the construction of water stratum in short distance， and ensure the safety of construction. In the complex working conditions such as adjacent to the existing line， this technology needs to fully consider the stability and safety of the existing line to ensure that the construction process will not cause damage to it. Reasonable construction layout and control measures can ensure the safety and efficiency of construction.

Keywords： shield steel sleeve receiving technology; water stratum penetrating at short distance; adjacent to existing line; steel sleeve; shield machine

隨著城市化進程的加快，地下空間的利用需求不斷增加。盾構作為一種高效、安全、環保的地下隧道掘進方法，在城市地下工程中得到了廣泛應用。然而，在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復雜工況中，盾構施工面臨著一系列技術難題和風險。因此，研究盾構鋼套筒接收技術在這些復雜工況中的應用具有重要意義。

本研究的背景是針對北京地鐵16號線豐益橋南站-豐臺站區間盾構在豐臺站東端頭近距離下穿既有地鐵10號線及水下鄰近既有線接收工程，解決盾構施工中的技術難題和風險，提高施工效率和施工質量，確保既有地鐵運營安全。研究的目的是探索盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復雜工況中的應用，提出相應的解決方案和技術路線，為實際工程提供參考和指導。

1? 盾構鋼套筒接收技術的理論基礎

作為一種剛性構造，鋼套筒具備承受地層在垂直和水平方向上的壓力的能力，以降低其對盾構機的影響。由于地質條件的特殊性，盾構機在進出洞過程中常會遇到復雜情況，如大直徑鋼管樁與土相互作用以及圍巖擾動、鄰近建構筑物、含水地層始發及接收等問題，這使得鋼套筒成為解決這些問題的關鍵手段之一。因為鋼套筒的存在，地層得到了可靠的支撐，保證盾構機土倉壓力穩定，從而有效地避免了地層塌方和失穩，進而保障了施工的安全性。為了提高盾構隧道掘進速度和質量，需要對鋼套筒進行精確設計與加工，以便于更好地為工程施工服務。借助鋼套筒的引導，盾構機得以在地層中向前推進，從而確保施工過程的精準性和穩定性。鋼套筒接收整體示意圖如圖1所示。

2? 盾構隧道穿越既有線結構的施工方案

2.1? 洞內注漿加固

在盾構機掘進過程中，通過在隧道周圍地層進行注漿，加固地層，提高地層的穩定性和承載能力。注漿材料通常為水泥漿或聚合物漿料，通過注漿加固，可以減小地層沉降的幅度。注漿加固的優點是施工簡便、效果明顯，能夠有效地控制地層的沉降。

2.2? 注入克泥效

由于開挖直徑大于盾構機盾體外徑，且盾構機前盾外徑比中盾和盾尾外徑都大，同步注漿是在盾尾最后邊隨掘進充填盾尾外徑和管片外徑之間的空隙，刀盤開挖至盾構機尾部約9 m距離的施工間隙始終沒有及時填充，為了解決這種情況，在盾構機刀盤進入地鐵區間及影響范圍時，通過盾構機前盾體預留的徑向孔注入高黏度塑性的膠化體，即克泥效，對盾體前行起到潤滑減阻和及時填充支護的作用?？四嘈Чしㄊ菍⒏邼舛鹊念愃蒲栏酄畹母唣ざ人苄阅z化體裝入和盾尾油脂桶一樣的桶內，采用和盾尾油脂泵一樣的設備通過加裝2根管路壓入到盾構機中前盾頂部的11、1點鐘位置。注入克泥效可有效防止同步注漿漿液填充之前盾體上部土體的下沉，克泥效的注入與掘進同步進行。

2.3? 二次補漿

在盾構機掘進完成后，為了進一步鞏固地層，防止沉降和既有線結構上浮，可以進行二次補漿。二次補漿是指在盾構機出洞后，在隧道周圍地層進行再次注漿，填充可能存在的空隙，增加地層的密實度和穩定性。二次補漿的優點是能夠進一步加固地層，提高地層的穩定性和承載能力。

二次補注漿漿液采用水泥、水玻璃雙液漿，水玻璃用水1∶1稀釋（具體比例根據現場所需初凝時間進行配比），水泥漿水灰比為1∶1，水泥漿與水玻璃漿體積比1∶1。為了在管片脫出盾尾后及時進行二次注漿補注，提前在盾尾內的管片吊裝孔上安裝50 mm球閥，在管片脫離盾尾4～6環時進行二次注漿；注漿的點位為隧道頂部10～2點鐘位置，注漿點位交替進行；注漿量以注漿壓力控制在0.2～0.3 MPa以內進行注入，避免使10號線結構上浮，影響地鐵10號線運營安全。

通過采取洞內注漿加固、克泥效和二次補漿等方式，可以有效控制盾構隧道穿越既有線結構過程中的沉降，同時避免既有線結構的上浮，確保地鐵運營的安全性和穩定性。這些措施可以提高施工過程中的地層穩定性，減小對既有線結構的影響，保證隧道施工和地鐵運營的順利進行。

3? 有水地層下穿及鄰近既有線鋼套筒接收方案

3.1? 鋼套筒接收方案設計

為了確保鋼套筒長度和直徑的準確性，必須對水地層的特性、厚度及水位等地質條件信息進行深入研究。為確保鋼套筒在受到地下水壓力和其他外部力的情況下仍能保持穩定，必須選用具備足夠強度和抗腐蝕性的鋼材。為確保鋼套筒施工的質量和效率，應根據具體情況選擇最適宜的施工方式，如預制拼裝、直接推進等。為確保鋼套筒與既有線結構的安全連接，必須精心構思連接方式，包括但不限于螺栓連接、焊接等，以確保連接的穩定性和可靠性。為確保鋼套筒的穩定性，必須根據地質條件和盾構機的推進情況，制定相應的支撐措施，包括但不限于注漿、灌漿等，以確保其結構的穩定性。為確保鋼套筒接收過程中既有線結構的穩定性，實施了一系列沉降控制措施，包括安裝沉降監測系統、控制推進速度等，以確保結構的穩定性和可靠性。盾構機鋼套筒安裝如圖2所示。在鋼套筒接收方案的設計中，必須全面考慮施工過程中的安全因素，包括但不限于防止水和泥漿滲入、避免泥漿噴射等，以確保施工過程的安全可靠性。

3.2? 盾構鄰近既有線接收的主要階段

3.2.1? 鋼套筒施工階段

為了確保盾構機在推進過程中的安全和穩定，采用了逐段安裝鋼套筒的策略，從而形成了一種暫時性的支撐結構。這種臨時支護結構主要是對已完成施工部分進行加固處理。這類暫時性地支撐結構主要是為了加強已經完成施工的部分，能夠有效地減少或消除由于土體變形引起的管片錯臺現象，并保證既有鐵路線路不發生位移及沉降，使其正常使用。為確保鋼套筒與既有線結構的緊密聯結，必須采用恰當的聯結方式，如螺栓聯接、焊接等，以確保聯結的穩定性和可靠性。

3.2.2? 盾構機穿越既有線結構階段

在進行既有線結構穿越時，必須確保與周遭環境保持恰當的距離，以避免對其造成任何形式的破壞或傷害。通過對盾構機位置和姿態進行監測和調整，根據實際情況靈活調整推進速度和施工參數，以確保在已有線路結構中實現安全穿越。

3.2.3? 鋼套筒接收階段

在穿越既有線結構后，盾構機進行了接收鋼套筒的操作。同時，還應該采取一些必要的技術控制措施來保障盾構機和鋼套筒之間的正常工作關系，包括控制掘進過程中對既有隧道產生的影響以及及時更換損壞部件等。為確保鋼套筒與既有線結構之間的緊密銜接，以確保結構的穩定性和安全性，必須進行連接操作。在進行盾構鄰近既有線接收的主要階段時，需特別留意保持與既有線結構的安全距離，實時監測盾構機的位置和姿態，靈活調整盾構機的推進速度和施工參數，以確保鋼套筒與既有線結構的緊密連接。

3.3? 盾構出洞前后的封閉注漿措施

3.3.1? 出洞前的封閉注漿

在盾構機洞口形成之前，需對鋼套筒進行注漿封閉，以確保其完全隔離于地下水之中，避免水滲入。目前常用的注漿方法有水玻璃漿液、水泥－砂漿液、膨潤土漿液和粉煤灰漿液。為確保施工過程的穩定性和安全性，必須精選適宜的注漿材料，如水泥漿、聚合物漿等，以達到最佳的注漿效果和封閉性能。

3.3.2? 出洞后的封閉注漿

經過盾構機出洞后，實施了一項封閉注漿的措施，以防止地下水和泥漿滲入，從而實現了洞口的完全封閉。目前常用的注漿材料有水泥、石灰等無機膠漿液或水泥砂漿，也有用化學漿液的情況。目前廣泛采用的注漿材料包括無機膠漿液、水泥砂漿以及化學漿液等。為確保洞口的穩定性和密封性，我們應當選用具有卓越封閉性和耐久性的注漿材料，以保障施工過程中的穩定性和安全性。

3.3.3? 注漿施工方式

為確保注漿材料在需要封閉的區域充分滲透，必須根據具體情況精心規劃注漿孔的布局，以確保其充分發揮作用。通過分析影響鉆孔孔壁穩定性因素，確定了不同地層中注漿材料在孔內流動時所需的最小注入量。通過對影響鉆孔孔壁穩定性的因素進行深入分析，確定了在不同地層中，注漿材料在孔內流動所需的最小注入量。同時提出，由于漿液擴散半徑有限，因此，要盡可能提高注漿強度。為確保注漿材料充分填充空隙并形成穩定的封閉層，必須實施精準的注漿壓力和流量控制措施，以確保施工過程中的穩定性和安全性。

3.3.4? 注漿質量監測

為確保施工過程的安全性和可靠性，安裝了一套實時監測注漿質量和效果的注漿質量監測系統，以保障封閉層的品質和穩定性。在現場施工時，由于受地質條件及環境等因素影響，導致注漿不均勻，甚至出現漏漿現象。由于地質條件和環境等多種因素的影響，現場施工中的注漿過程存在著不均勻甚至漏漿的問題。

3.4? 盾構鋼套筒接收的主要沉降控制措施

3.4.1? 沉降監測系統

為了監測地表沉降情況，建議在既有線結構周圍和盾構施工區域內設置監測站點。通過分析得到了各測點處沉降量與時間之間的關系曲線。為了確保實時監測和記錄沉降數據的準確性和可靠性，我們需要精心挑選監測設備，如沉降儀、測量儀等，以確保數據的精準性和可靠性。

3.4.2? 沉降預測和模擬

通過運用地質勘探和資料分析技術，對盾構施工對地下和地表沉降的影響進行預測和模擬，以期深入探究其本質。建立一套預測沉降的模型，以預測在不同的施工階段和條件下沉降量和分布情況的變化趨勢。

3.4.3? 推進速度控制

通過綜合分析沉降預測模型和實際監測數據，實現對盾構機推進速度的高精度控制，從而有效控制沉降量和分布。在研究過程中發現，由于受到土體特性、地質條件以及掘進工藝等因素的影響，導致不同地層之間存在較大差異，從而產生了一系列復雜變化。為了控制盾構機的沉降效應，必須根據實際情況對施工參數進行調整，其中包括但不限于推力和刀盤轉速等參數，以確保施工過程的穩定性和安全性。

4? 盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿施工中的應用效果分析案例

在北京地鐵16號線豐益橋南站-豐臺站區間盾構近距離下穿既有地鐵10號線及水下鄰近既有線接收工程的施工中，區間結構位于地鐵10號線下方，豎向最小凈距僅2.35 m，接收端距離地鐵10號線區間結構最近僅10 m，不滿足盾構出洞注漿加固長度，且本施工區段盾構區間全部位于地下水位以下，為保證盾構接收及地鐵10號線運營安全，采用鋼套筒接收。

施工布置方面，首先進行了地質勘探工作，以了解地下水情況和地質條件。在設計和安裝階段，施工方針對地下水問題采用了水封分隔的裝置。該裝置包括在盾構機前部和尾部設置了水封門，以防止地下水進入施工區域。此外，還在施工區域周圍設置了排水井和泵站，作為應急抽排水。

施工實施效果分析方面，盾構鋼套筒接收技術有效地控制了地下水的流動，減少了水壓對盾構機的影響，提高了施工的穩定性和安全性。通過水封裝置的設置，成功地阻止了地下水進入施工區域，減少了地面沉降和地面塌陷的風險。采用盾構鋼套筒接收技術，施工效率得到提高，減少了施工時間和成本。此外，施工過程中的排水措施有效保護了地下水資源，減少了對環境的污染和破壞。盾構接收完成后呈現圖如圖3所示。

通過采用盾構鋼套筒接收技術，北京地鐵16號線在有水地層下穿既有地鐵的施工中成功解決了盾構接收問題。這些措施不僅提高了施工的穩定性和安全性，減少了地面沉降和地面塌陷的風險，確保了既有地鐵的安全運營。同時，施工效率得到了提高，施工時間和成本也大大降低。此外，通過排水措施的實施，還有效保護了地下水資源，減少了對環境的影響。這些經驗和技術在今后的地鐵施工中將具有重要的參考價值。

5? 結論與展望

盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿施工中能夠有效應對水壓、水流等問題，保證施工安全。在鄰近既有地鐵線路等復雜工況中，盾構鋼套筒接收技術需要充分考慮既有線的穩定性和安全性，確保施工過程不對既有線造成損害。合理地施工布置和控制措施能夠確保施工的安全性和效率。鋼套筒的設計和施工質量對于接收效果起著關鍵作用，需要加強質量監測和檢驗。盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復雜工況中具有較好的應用效果，為施工提供了可靠的解決方案。

盾構鋼套筒接收技術在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復雜工況中的應用研究具有重要意義。未來的研究應繼續改進和完善該技術，以滿足更高要求的工程需求，并加強技術交流與合作，推動該技術的發展和應用。

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