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強透水地層大直徑泥水盾構接收施工技術

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中國建筑一局（集團）有限公司科技創效推廣應用技術名錄
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（一六四）強透水地層大直徑泥水盾構接收施工技術
1. 技術背景
近年來，盾構法施工作為一種先進的施工方法以其施工速度快、安全程度高、對地面擾動少、
適用于各類復雜地層等特點越來越被廣泛的應用。穿江隧道往往地層復雜，透水性強，保證盾構成
功接收成為盾構施工的重中之重。研究在強透水地層盾構接收技術對于保證施工安全、改善運營條
件具有極其重大的社會意義與價值。中建一局在湖南省衡陽市合江套湘江隧道施工中，成功完成了
強透水地層條件下大直徑盾構的接收工作。本技術是在總結此次接收的關鍵環節和控制點的基礎上
形成的。
2. 技術簡介
本技術的盾構接收段具有很好穩定性。接收段采用素地下連續墻+袖閥管注漿的方式對接收端頭
土體進行加固，在盾構接收段的端頭加固區形成四周一個相對封閉的堡壘，加固后的土體具有一定
的強度和整體穩定性，防止盾構機出洞后土體發生塌方。
本技術的洞門密封裝置具有很好防水性能，是在無水的狀態下完成盾構機的出洞施工。洞門密
封采用一種新型裝置，保證接收后的止水性。
本技術通過調整掘進參數：低速度、小推力、合理的泥水壓力，在接收基座安裝固定后，盾構
機可慢速推上接收基座。盾構機在接收基座上推進時，每向前推進2 環拉緊一次洞門臨時的密封裝
置，通過同步注漿系統注入速凝漿液填充管片外環形間隙，保證管片姿態正確。
本技術采用了一種拉緊管片的臨時裝置，提高了到達段管片的整體穩定性和防水性能。
3. 適用范圍
本技術能適應強透水地層大直徑泥水平衡盾構法施工的隧道工程。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1. 施工工藝流程
圖4.1 施工工藝流程圖
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4.2. 施工操作要點
4.2.1 接收端頭加固
盾構機的接收，需對端頭土體進行加固處理。端頭加固有兩方面的作用，一方面是為盾構接收
提供穩定的地層條件，保證安全、順利接收，另一方面是為盾構提供足夠的地基承載力，保證盾構
機吊運時吊機在吊裝作業過程中的安全。
本技術地層條件下，接收井端頭采取素混凝土連續墻和袖閥管壓密注漿相結合方式對端頭地層
進行加固。加固范圍為連續墻外15m，盾構隧道結構外邊緣3m 的范圍，素混凝土地下連續墻底部
進入不透水層不小于2.0m,進入盾構結構底部不小于1.0m；袖閥管加固范圍為頂部以上5m,底部進入
不透水層不得小于3m。梅花形布置1.0m×1.0m，外圍兩排采用500mm 間距布置。具體加固范圍和
方法見圖1、圖2。
圖4.2.1-1 接收井端頭加固縱斷面圖圖4.2.1-2 接收井端頭加固注漿孔布置圖
4.2.2 端頭土體加固檢查
土體加固后、在洞門鑿除前，要對土體的加固效果進行檢查，檢查內容包括加固土體強度、洞
門處滲透性以及土體的勻質性。
表4.2.2-1 端頭土體加固檢查方法和標準
編號檢查項目標準檢查方法備注
1 加固土體強度≥1MPa
在每條隧道開挖線外側2 米抽芯檢測，檢驗點數量為
施工孔數的1%，并不少于3 點。（鉆孔深度至開挖
線底部）
取巖土芯進
行抗壓強度
試驗
2 加固體滲透性
平均出水量
≤0.2L/min
不得漏泥砂
在洞門范圍施工水平探孔7 個，上下左右及中心個1
個，左下、右下各一個，檢查其滲水量。
孔深10m
3 加固體勻質性加固體均勻利用鉆孔巖土芯進行檢查現場判定
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洞門
洞
門
中
心
線
水平探孔
圖4.2.2-1 洞門水平取芯平面布置圖
加固土體達不到設計要求，采用壓密注漿的方式進行補充加固，可以從地面鉆孔和洞門垂直鉆
孔進行注漿加固。當加固土體達不到設計要求，發生透水現象，需采取封堵加固措施，確保始發時
無地下水作業。封堵采用木塞和棉紗，將探孔堵住，在洞門的滲漏水初步封堵完成后，在端頭地面
鉆孔和洞門垂直鉆孔，采用壓密注漿的方式對端頭進行重新補充加固，直到土體加固效果達到設計
要求，然后再水平探孔檢查加固效果。
4.2.3 接受臺結構施工
接收臺具體施工要求如下：
（1）接收平臺從距離洞門倒角500mm 處開始澆注，長18.5m、寬2m，接收臺中線與線路方向
一致；接收臺控制標高比線路標高降低50mm；
（2）在線路方向上由東向西、北線接收臺為4.99%上坡，南線接收臺為4.99%上坡，即與隧道
線路坡度吻合；
（3）接收平臺采用C30 的鋼筋混凝土澆注而成；
（4）整個接收平臺分成三段，各段用2cm 厚預埋鋼板連接，預埋鋼板上焊接固定60kg/m 重軌
作為導軌，以減小盾構機對接收臺的正面推力。
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圖4.2.3-1 接收臺橫斷面圖
圖4.2.3-2 接收臺縱斷面圖
4.2.4 盾構機定位及到達端洞口位置復核測量
在盾構推進至盾構到達施工范圍時，應對盾構機的位置和盾構隧道的測量控制點進行準確的測
量，明確實際隧道中心軸線與隧道設計中心軸線的關系，同時應對盾構接收井的洞門進行復核測量，
確定盾構機的貫通姿態及掘進糾偏計劃。在考慮盾構機的貫通姿態時須注意兩點：一是盾構機貫通
時的中心軸線與隧道設計軸線的偏差，二是接收洞門位置的偏差。綜合這些因素在隧道設計中心軸
線的基礎上進行適當調整，糾偏要逐步完成。
4.2.5 洞門密封裝置安裝
在進行盾構機到達西區工作井進行洞門鑿除前需要進行洞門密封裝置的安裝，洞門密封裝置見
圖4.2.5，洞門密封裝置安裝步驟為：
第一步：對洞門圈預埋鋼環上雙頭螺栓孔進行攻絲清理，并安裝雙頭螺栓。
第二步：安裝防水裝置，密封裝置安裝順序為：簾布橡膠板→圓環板→扇形卡板→墊圈→螺母。
考慮到盾構到達端地層以圓礫地層為主，這對盾構到達洞門密封性要求高。在設計現有的密封
裝置基礎上在洞門鋼環內增加2 到密封鋼絲刷，提高洞門的密封效果。
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圖4.2.4-1 盾構接收洞門密封裝置
洞門密封注意事項：
1 鋼環環面板、簾布橡膠板接觸面、連接螺母孔必須清理干凈；
2 鋼環與簾布橡膠板接觸面必須將碎渣及棱角打磨平整、光滑，以防止將簾布橡膠板割破或劃
破；
3 安裝時注意對折頁翻板的保護，防止破壞折頁板；
4 安裝固定螺栓孔洞銹蝕部分必須清除干凈，并涂抹黃油等潤滑油以對絲口保護；
5 嚴格按照規范對橡膠簾布進行檢查，保證簾布質量，發現有質量問題，停止橡膠簾布安裝，
進行更換或修復后在進行安裝。在安裝過程中，螺栓兩側加墊橡膠墊圈達到更好的密封效果。
4.2.6 到達段掘進
盾構到達段的掘進除應按掘進糾偏方案實施達到糾偏的目的外，還尤其應注意最后10m 段的掘
進控制。在盾構到達前首先作好到達準備工作，如地層加固等工作，進入加固體掘進后要加強進洞
口的觀察與沉降監測。及時與盾構操作主司機溝通以便掘進控制。
因此應根據進洞段的地質情況確定合理的掘進參數并作出書面交底，總的要求是：低速度、小
推力、合理的泥水壓力和及時飽滿的回填注漿。在最后20 環管片拼裝中要及時用縱向拉桿將管片連
接成整體，以免在推力很小或者沒有推力時管片之間的松動。
注意到達前施工參數控制：
（1）連續墻成槽時可能存在垂直度不夠或塌孔等現象，造成連續墻出現鼓包等情況，因此在盾
構接近至此里程時，應密切關注刀盤扭矩變化，當刀盤扭矩明顯上升時，說明已頂攏連續墻，應立
即停止掘進。
（2）在加固體內掘進時，應密切關注盾構機姿態變化，若出現刀盤切口姿態突變時，應立即停
止掘進，進行分析處理。
（3）最后20 環注漿配合比中適當增加水泥用量，同時增加同步注漿量，每環注漿要達到密實
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均勻，保證注漿量的同時也要保證盾尾密封的安全，在掘進過程中根據注漿壓力和地面監測情況進
行實時調整，以達到管片壁后同步注漿充填密實的效果。
（4）最后20 環管片應嚴格把關三道復緊制度，刀盤抵攏掌子面后，再次復緊最后20 環直螺栓。
避免盾構貫通后，管片橫向受力突然減小，環間接縫變大產生漏水。
（5）盾構機進入端頭土體加固區域距洞門連續墻2m 段時，為保證工作井洞門位置連續墻的穩
定，需逐漸降低泥水倉壓力、總推力和掘進速度、刀盤轉動速度等。
主要掘進參數為：
總推力：3000～2000t
刀盤轉速：1.0～0.8rpm
在距離洞門連續墻1.0m 時，逐漸將泥水倉內碴土出空，推進速度降低至10mm/min 以下，泥水
倉壓力降至0.5bar。
為防止因刀盤反力不足引起管片環縫接觸松弛、張開并造成漏水，盾構到達段最后10 環管片用
［14b 槽鋼將管片沿隧道縱向拉緊，見圖4.2.6-1。
圖4.2.6-1 盾構到達段管片拉緊圖
盾構姿態監控：采用米度盾構自動導向系統和人工測量輔助進行盾構姿態監測，該系統配置了
導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構機主控室動態顯示盾構機當前位置
與隧道設計軸線的偏差以及趨勢。據此調整控制盾構機掘進方向，使其始終保持在允許的偏差范圍
內。
隨著盾構推進導向系統后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位。為保證推進
方向的準確可靠，擬每天進行人工測量，以校核自動導向系統的測量數據并復核盾構機的位置、姿
態，確保盾構掘進方向的正確。
4.2.7 管片壁后二次注漿液
為了截斷盾尾后部可能存在的地下水通道，將管片壁后建筑空隙充分回填密實，在刀盤抵攏掌
子面后，需要打開脫出盾尾的第一環及第二環管片上的二次注漿孔，實施整環二次注漿，注漿料采
用水泥-水玻璃雙液漿,注漿完成后，打開注漿接頭上的球閥，檢查是否出現滲漏水現象，若出現漏水
則再次實施補充注。
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4.2.8 端頭降水
在接收井加固區周邊設置14 口降水井，加固體兩側各5 口，南北線隧道間設置4 口，在盾構到
達前7 天進行降水試運行，根據降水試運行情況確定洞門鑿除和而盾構道道前的運行時間，洞門破
除前將水位降至洞門底部約1 米左右，在盾構進洞后結束降水。接收井降水井布置見圖4.2.8-1。
圖4.2.8-1 接收井降水井布置圖
降水過程中加強對周邊環境的監測，根據監測情況調整運行方案，必要時采取間歇或減少運行
降水井數量的方法，即在保證端頭地下水位滿足盾構到底要求下盡量少抽水，確實做到按需降水。
4.2.9 洞門鑿除
洞門破除是在檢查端頭土體加固滿足要求后由人工采用風鎬鑿除，分塊、分區自上而下進行鑿
除，為保障施工安全，該洞門范圍鋼筋砼鑿除時分三步進行。
第一步，鑿除豎井內側50cm 厚混凝土并割除內層鋼筋，本次鑿除提前盾構機組裝10 天左右開
始；
第二步，在盾構機刀盤進入端頭加固區后開始，鑿除剩余的45cm 厚混凝土，保留外層鋼筋并
保護好鋼筋保護層；
第三步，在盾構機刀盤頂上圍護結構上時，再割除外層鋼筋。
第三步鋼筋割除時應按照先上后下、先兩邊后中間的順序分塊進行。洞門范圍內混凝土鑿除及
鋼筋割除必須保證無遺留、不侵限。
4.2.10 洞門圈封堵
在最后一環管片拼裝完成后，拉緊洞門臨時密封裝置，使簾布橡膠板與管片外弧面密貼，通過
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管片注漿孔對洞門圈進行注漿填充。注漿的過程中要密切關注洞門的情況，一旦發現有漏漿的現象
應立即停止注漿并進行封堵處理。確保洞口注漿密實，洞門圈封堵嚴密。
5. 材料與設備
5.1 材料
隧道施工所使用的材料及制品應進行試驗和檢查，其外形尺寸及各項物理力學指標應符合規
范、規程及設計要求或與說明書、質保書相符合。
管片：所采用的管片均為場外預制，品種、規格及外觀等級符合《盾構法隧道施工與驗收規范》
GB 50446-2017 的相關規定；強度、抗滲等級必須符合設計要求。
同步注漿材料：水泥、粉煤灰、膨潤土、砂。
油脂：盾構掘進施工中使用的油脂主要有盾尾密封油脂、主軸承密封潤滑油脂和液壓及循環系
統潤滑油脂。
防水材料：三元乙丙復合遇水膨脹橡膠防水密封條、襯墊。
連接螺栓：連接螺栓應做力學測試，強度須符合設計及規范要求。
其它材料：軌枕、鋼軌、步道板、電纜、風管、水管、照明用具、吊帶等。
5.2 設備
主要機械設備見表5.2。
表5.2 盾構隧道施工一般設備
序號設備名稱規格、型號數量額定功率（kw） 生產能力
1 盾構機及后配套NFM01Ф11680mm 1 臺1600KW 40mm/min
2 盾構機及后配套NFM04Φ11660mm 1 臺1600kw 40mm/min
3 送排泥系統12/10 GG RH 1 套545KW/套1500m3/h
4 泥水處理系統MAB1500 型1 套898KW/套1500m3/h
5 泥漿儲存系統3000m3 1 套105KW/套
6 冷卻塔SRM-80 1 套22KW 80 m3/h
7 交流變頻機車JXK-55 4 臺2×132KW 8.2 km/h
8 砂漿車4 節11m3/車
9 管片車8 節2-3 塊/車
10 充電機KCA150A-380V 10 臺
11 門吊MD32/5 1 臺140 KW 2-21.2m/min
12 汽車吊車200T 1 臺200T
13 履帶吊400T 1 臺400T
14 砂漿攪拌站JZ35 1 套35m3/h/套
15 通風機SDF（C）-N012.5 1 套110kw
16 叉車CPCD100-R 1 臺200kw 10T
17 全自動注漿機PH15 2 臺18.5kw 50L/min
18 骨料儲存槽300m3 2 個
19 電焊機BX3-300 3 臺21kW
20 挖掘機PC200-5 1 臺171kW 1.8 m3
21 裝載機ZLC50C 1 臺154kW 1.7 m3
注：1、由于盾構機械復雜而且附屬設備很多，故要對其進行仔細研究后再確定供電設備的最大
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容量；2、防止停電，必須采用雙電源或設備自用的發電設備。
6. 效益計算分析
在衡陽市合江套湘江隧道工程實施過程中采用了《強透水地層大直徑泥水盾構接收施工技術》，
經測算，端頭加固采用素混凝土地下連續墻與袖閥管注漿加固結合的方式，避免破除洞門時突泥、涌
水現象的發生，保證了盾構接收施工的安全，使用本技術與傳統施工方法相比，成本降低了約44.6萬
元，具體效益分析如下：
序
號
名稱計算說明
1
無需端頭
降水
時間大約15天，平均每天6口降水井，每天需花費650元降水費用，節約降水費用
15*6*720=64800元
2
節約安裝
費
原施工方案需采用機械：履帶吊一臺：9天的臺班費用1200*9=108000元；
人工：每天安裝需要10個人，每個人工成本200元/天，人工費共計200*10*9=18000
元。
采用本技術機械：采用手動葫蘆拼裝；
人工：6個人3天時間可拼完，人工費共6*3*200=3600元。
節約安裝費：18000-3600=14400元
3
節約施工
材料
采用原方案：鋼套筒租賃費用每天費用4000元/m,長度15m,安裝及拆除完成大約
需要9天，總共費用4000*15*9=542300元。
采用本技術需洞門鋼環及簾布橡膠一套費用為175700元。
節約施工材料成本：542300-175700=366600元
4
累計節約
施工成本
累計節約施工成本：64800+14400+366600=445800元
7. 應用實例
7.1 工程概況
衡陽市合江套湘江隧道工程位于衡陽市城區北部，東岸是珠暉區，西岸是石鼓區，處于湘江、
耒水、蒸水匯水口位置，距離蒸水匯水口下游約2.4km，距離耒水匯水口上游約0.2km 處，是衡陽
市規劃二環線兩座過江通道之一。線路起于石鼓區來雁新城中規劃的北二環路與五一路交叉口，穿
越后街路、濱江北路、湘江、規劃的湘江東路后，止于珠暉區京廣鐵路上行線西北側，線路全長約
2.27Km。
隧道采用雙洞式，分為南北兩線穿越湘江，主線單洞合計長約1867.2m（南北線合計）,其中北
線長約935m，南線長約932.2m。線路最大坡度為5%，隧道埋深10.4～26.8m。盾構隧道為上下兩
層結構，上層為行車道，下層為疏散通道及電纜通道。盾構刀盤外徑11.65m,管片外徑11.3m，管片
內徑10.3m，由6 塊標準塊，2 塊連接塊、1 塊封頂塊組成，管片楔形連量55mm,隧道建筑界限8.5×4.5m，
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采用單層襯砌。
圖7 衡陽二環東路合江套湘江隧道工程平面圖
根據現場勘探、原位測試及室內土工試驗成果，隧道區間地層由上至下分別為種植土、粉質黏
土、圓礫、強風化粉砂質泥巖和中風化粉砂質泥巖。
本場地包含松散巖層孔隙水類型、基巖風化裂隙水兩大類型。地下水為賦存于填土中的上層水，
全新統中砂層和圓礫層的承壓水和下伏基巖裂隙水。其中上層滯水水量動態變化大，分布不連續，
勘察期間未形成穩定水位；圓礫層和中砂層中地下水類型屬全新統承壓水層，勘察期間穩定水位埋
深為0.6m~9.7m；下伏基巖裂隙水為承壓水，由于裂隙及巖溶發育不規律，水位不穩定。
7.2 施工情況
衡陽市合江套湘江隧道采用本技術進行施工，對接收端頭土體進行加固，保證了接收后的止水
性，在接收基座安裝固定后，盾構機可慢速推上接收基座。盾構機在接收基座上推進時，每向前推
進2 環拉緊一次洞門臨時的密封裝置，通過同步注漿系統注入速凝漿液填充管片外環形間隙，保證
管片姿態正確，保證了盾構順利接收，在整個洞門接收過程中，無任何突泥、涌水現象發生。
圖7-1 素混凝土地下連續墻施工圖7-2 袖閥管注漿
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圖7-3 端頭加固效果檢驗圖7-4 洞門鋼環安裝
圖7-5 洞門接收臺施工圖7-6 洞門密封裝置安裝
圖7-7 水平探孔施工圖7-8 洞門鑿除
圖7-9 管片壁后二次注漿圖7-10 管片臨時拉緊裝置
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圖7-11 到達段掘進推力圖7.2-12 盾構機刀盤出洞
8. 技術咨詢服務單位聯系方式
技術提供單位中建市政工程有限公司
主要完成人王斕陳通亮胡建賓姜涌許鵬于藝林李新
技術咨詢聯系人王斕聯系電話17773410041

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