一種跨海地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方法

杜寶義， 宋超業(yè)， 賀維國， 李 凱

(1.中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300131；2.中鐵一局集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710100)

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一種跨海地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方法

杜寶義1， 宋超業(yè)1， 賀維國1， 李 凱2

(1.中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300131；2.中鐵一局集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710100)

海濱地區(qū)的地下水貯藏豐富，且常常同海水存在水力聯(lián)系。為了降低跨海地鐵隧道的盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，以廈門地鐵3號(hào)線跨海區(qū)間工程為例，遵循“先封閉降水，后土體加固”的技術(shù)思路，提出了一種素混凝土地下連續(xù)墻與高壓旋噴樁相結(jié)合的盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方法，并針對(duì)該加固方法給出了配套的施工降水及洞門防水設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐表明：該方法在海濱富水砂層可以有效阻斷地下承壓水，保障土體加固效果，降低盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。此外，為防止素混凝土地下連續(xù)墻在盾構(gòu)推力作用下發(fā)生脆性破裂，影響施工安全，利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)不同盾構(gòu)推力作用下的墻體應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，得出保證素混凝土地下連續(xù)墻完整性的盾構(gòu)有效推力控制范圍值。

跨海地鐵隧道；端頭加固；素混凝土地下連續(xù)墻；高壓旋噴樁；盾構(gòu)始發(fā)

0 引言

伴隨著我國沿海城市地下軌道交通事業(yè)的發(fā)展，跨海地鐵隧道的建設(shè)正在如火如荼地開展。目前在建的廈門地鐵2號(hào)線和3號(hào)線及青島地鐵1號(hào)線和8號(hào)線工程均存在較長的跨海區(qū)間，此類區(qū)間的端頭地層往往是夾有砂性土的松散巖土介質(zhì)，地下水受海水的影響，滲流速度較快，這使得改良土體的水泥漿液在固化之前就被地下水稀釋、沖走，無法達(dá)到預(yù)期的效果。因此，盾構(gòu)端頭加固是跨海地鐵隧道建設(shè)過程中比較突出的一項(xiàng)技術(shù)難題。

目前國內(nèi)外有關(guān)端頭加固技術(shù)的研究主要是基于城市內(nèi)陸環(huán)境，對(duì)跨海地鐵隧道端頭加固的研究則較少。其中：朱世友等[1]通過對(duì)以往盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)工程的資料進(jìn)行總結(jié)和分析，指出當(dāng)?shù)叵鲁袎核换驖撍惠^高時(shí)，為降低盾構(gòu)始發(fā)與接收風(fēng)險(xiǎn)，宜預(yù)先進(jìn)行降水；賁志江等[2]根據(jù)南京地鐵10號(hào)線過江隧道工程實(shí)際，認(rèn)為富水砂層大直徑盾構(gòu)接收中，采用深層攪拌樁+高壓旋噴樁+垂直凍結(jié)的端頭加固方案能夠保證洞門后方土體的自立性和穩(wěn)定性；韋良文[3]認(rèn)為若進(jìn)出洞段地下水豐富且土性為滲透系數(shù)大的砂質(zhì)地層時(shí)，應(yīng)考慮用凍結(jié)法加固；江玉生[4]通過總結(jié)天津海河共同溝隧道始發(fā)事故的教訓(xùn)，指出高壓旋噴樁加固法不適用于富水砂層盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭加固，砂層中旋噴加固不能保證良好的成樁效果，可能會(huì)形成滲流通道，容易導(dǎo)致涌水、涌砂、塌方、淹井事故的發(fā)生，而水平深孔前進(jìn)式注漿用于加固富含粉土、粉質(zhì)黏土、飽和粉細(xì)砂層的富水地層是有效可行的。

以往研究成果針對(duì)強(qiáng)滲流富水砂層通常推薦采用凍結(jié)法及洞內(nèi)注漿法進(jìn)行端頭加固，有的提出了預(yù)降水的方法，但是未深入闡述實(shí)施方案。本文結(jié)合廈門地鐵3號(hào)線五緣灣站—?jiǎng)⑽宓暾究绾^(qū)間工程實(shí)例，介紹了一種地下連續(xù)墻與高壓旋噴樁相結(jié)合的盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方法，可為今后的跨海地鐵隧道建設(shè)提供借鑒。

1 工程概況

廈門地鐵3號(hào)線工程五緣灣站—?jiǎng)⑽宓暾緟^(qū)間穿越廈門東海域，連接本島和翔安區(qū)，位于翔安海底隧道西北側(cè)。區(qū)間全長4.9 km，過海段長3.9 km。區(qū)間主隧道為雙洞單線結(jié)構(gòu)，采用盾構(gòu)+礦山的組合施工工法，2臺(tái)泥水平衡盾構(gòu)先后自翔安區(qū)一側(cè)的劉五店站始發(fā)，在海中同礦山法隧道對(duì)接。盾構(gòu)隧道外徑6.7 m，內(nèi)徑6.0 m，管片寬1.5 m。

劉五店站始發(fā)端頭的地層分布為：0～-6.8 m為填砂；-6.8～-10.0 m為淤泥質(zhì)砂；-10.0～-15.6 m為黏土、粉質(zhì)黏土；-15.6～-26.4 m為中、粗、礫砂；-26.4～-30 m為全風(fēng)化花崗巖。盾構(gòu)始發(fā)處的頂部埋深約為14.3 m，洞身主要處于中、粗、礫砂層。

盾構(gòu)始發(fā)端的場(chǎng)區(qū)地下水主要為松散巖類裂隙水，上部潛水接受大氣及海水補(bǔ)給；下部承壓水貯藏于中、粗、礫砂層，同海水存在水力聯(lián)系，水位受潮汐影響，變幅2～3 m，低潮時(shí)承壓水位相對(duì)標(biāo)高-4.6 m。場(chǎng)區(qū)地下水貯藏豐富，滲流發(fā)育，地層加固措施的止水效果是決定盾構(gòu)始發(fā)成敗的關(guān)鍵。

2 端頭加固技術(shù)

2.1 總體方案

端頭土體的加固方法取決于地層條件、水文條件、盾構(gòu)選型等多種因素，常用的有深層攪拌樁、高壓旋噴樁、素混凝土灌注樁、洞內(nèi)水平注漿以及凍結(jié)等方法[5]。根據(jù)毗鄰工程——翔安隧道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，攪拌樁、旋噴樁及洞內(nèi)水平注漿在潮間帶富水砂層中加固效果不佳，檢測(cè)取芯呈松散狀或夾有泥沙的短柱[6]；而凍結(jié)法在強(qiáng)滲流地層中也存在一定的實(shí)施難度，且施工成本較高[7]。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與安全性，本工程采用素混凝土地下連續(xù)墻(以下簡(jiǎn)稱素連墻)+高壓旋噴樁的組合方法對(duì)盾構(gòu)始發(fā)端頭進(jìn)行加固。

具體施工步驟為：1)在區(qū)間始發(fā)端施作1道素連墻，該墻同車站始發(fā)端墻形成一個(gè)矩形的閉合區(qū)域，如圖1所示；2)在素連墻閉合區(qū)域內(nèi)進(jìn)行井點(diǎn)降水，將地下水位降低至待建隧道底板以下2 m；3)采用高壓旋噴樁對(duì)始發(fā)區(qū)域一定范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，如圖2所示；4)盾構(gòu)始發(fā)，切削破除素連墻。

圖1 端頭加固平面圖(單位：mm)Fig.1 Plan of end soil reinforcement (mm)

圖2 端頭加固立剖面圖(單位：mm)Fig.2 Profile of end soil reinforcement (mm)

2.2 素連墻止水方案

素連墻采用C20混凝土材料，墻厚800 mm，主要起到止水帷幕的作用，不需要布設(shè)鋼筋。

本區(qū)間隧道始發(fā)端的洞身處于中、粗、礫砂層中。為了阻斷承壓水，素連墻設(shè)計(jì)深度穿越砂層，嵌入下部全風(fēng)化花崗巖地層中，嵌固深度為3 m。地質(zhì)勘察資料顯示，該全風(fēng)化層滲透系數(shù)為0.2 m/d，給水度為0.10，地層的透水性及富水性均較弱,可有效阻斷封閉區(qū)內(nèi)外側(cè)的水力聯(lián)系。此外，由于本區(qū)域地表以下10 m均為填砂及淤泥質(zhì)砂層，素連墻的槽壁自穩(wěn)性較差，因此成槽前先采用φ800@600的咬合高壓旋噴樁對(duì)槽壁進(jìn)行加固，如圖1所示。

封閉區(qū)設(shè)計(jì)長度為泥水盾構(gòu)機(jī)頭長度12 m+2環(huán)管片的長度3 m，共計(jì)15 m。該長度可以確保盾構(gòu)破除素連墻前，在盾尾處拼裝2環(huán)管片，并借助同步注漿對(duì)洞門接縫進(jìn)行堵水，降低洞門涌水、涌砂的風(fēng)險(xiǎn)[8]。

盾構(gòu)始發(fā)車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土地下連續(xù)墻。在其對(duì)接素連墻一側(cè)預(yù)埋型鋼接頭，該接頭是在工字鋼上焊接一塊T形型鋼，并將T形型鋼錨入相鄰素連墻，如圖3所示，它不僅能提高接縫的防水性能，而且能增加接縫的抗剪性能。各幅素連墻之間采用鎖口管接頭，并在接縫處施作3根咬合旋噴樁進(jìn)行封堵，如圖4所示。

圖3 素連墻同車站地連墻接縫防水(單位：mm)Fig.3 Waterproofing design of seam between water-stopping curtain wall and underground diaphragm wall of metro station (mm)

圖4 素連墻接縫防水(單位：mm)Fig.4 Waterproofing design of seam of underground plain concrete diaphragm walls (mm)

2.3 井點(diǎn)降水方案

本工程采用封閉型疏干降水，井身使用大口徑無砂混凝土管，井徑600 mm，井壁填充5～10 mm豆礫石濾料。

降水井分布在素連墻內(nèi)側(cè)非旋噴加固區(qū)域，其數(shù)量根據(jù)封閉區(qū)域面積及單井有效疏干降水面積進(jìn)行估算。單井有效疏干面積與地層條件密切相關(guān)，黏性土層中一般為200～300 m2，砂性土層的含水量有效降低標(biāo)準(zhǔn)高于黏性土層，單井有效疏干降水面積通常為120～180 m2[9]。本工程在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮隧道線位條件，共設(shè)置4口降水井J-1—J-4(兼作觀測(cè)井)，其中左右線隧道的外側(cè)各1口，兩線之間設(shè)置2口。降水井深度27 m，穿越承壓層達(dá)到擬建隧道底板以下6 m。

降水效果從2方面進(jìn)行檢驗(yàn)：1)觀測(cè)井水位是否達(dá)到底板以下2 m；2)通過觀測(cè)疏干降水的總排水量，判別土體含水量是否下降到有效范圍內(nèi)。對(duì)于黏性土層，土體含水量的有效降低幅度不宜小于8%；對(duì)于砂性土層，土體含水量的有效降低幅度不宜小于10%[9]。

盾構(gòu)始發(fā)前，提前2周進(jìn)行預(yù)降水，并在左右線隧道都貫穿素連墻之前保持降水作業(yè)，確保地下水位在控制水位線以下。

2.4 高壓旋噴樁加固方案

采用φ800@600的三重高壓旋噴樁對(duì)端頭一定長度范圍內(nèi)的地層進(jìn)行加固。此工序的主要目的有：1)增加端頭土體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，防止其失穩(wěn)、坍塌；2)滿足盾構(gòu)建艙始發(fā)階段的土體變形要求；3)增強(qiáng)洞周土體的隔水性，進(jìn)一步降低洞門涌水、涌砂及盾尾密封失效的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)國內(nèi)以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不透水地層或地下水得到有效控制的地層，始發(fā)端頭加固范圍為隧道頂板輪廓線以上3 m至底板以下3 m，縱向加固長度為6 m[10-12]，如圖1和圖2所示。

3 洞門密封裝置

洞門密封裝置一方面可以預(yù)防洞門突水、涌泥，另一方面可以幫助盾構(gòu)在進(jìn)洞階段保持一定的泥水壓力，是盾構(gòu)端頭止水加固體系的重要組成部分。

本工程采用2道折頁式簾布橡膠板+2道密封鋼絲刷對(duì)洞門進(jìn)行密封，同時(shí)通過預(yù)留注脂孔在2道簾布橡膠板之間及2道鋼絲刷之間注滿潤滑油脂，如圖5所示。為了防止循環(huán)泥漿泄露，在進(jìn)洞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)補(bǔ)充注脂，使油脂壓力始終高于泥水壓力0.1 MPa。

4 盾構(gòu)破墻推力控制數(shù)值分析

本方案具體實(shí)施過程中存在以下技術(shù)難點(diǎn)：素連墻為素混凝土澆筑，抗彎拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度很低，在刀盤推力作用下易發(fā)生不規(guī)則破碎，混凝土碎塊可能會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)刀具磨損、刀盤卡殼；再者，區(qū)間右線盾構(gòu)先于左線始發(fā)，若先行洞破除素連墻的洞口不規(guī)整，會(huì)破壞止水帷幕的密封性，進(jìn)而影響后行洞的始發(fā)安全。

圖5 始發(fā)洞門防水裝置(單位：mm)Fig.5 Waterproofing device for shield launching tunnel entrance (mm)

為了防止此種情況的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)推力，將素連墻應(yīng)力控制在容許值以內(nèi)，使刀盤勻速切削成洞。

4.1 計(jì)算模型與計(jì)算參數(shù)

為分析素連墻在刀盤切削推力作用下的應(yīng)力變化特點(diǎn)，針對(duì)盾構(gòu)始發(fā)端頭地層建立三維數(shù)值模型，如圖6所示，并按照具體的施工工序進(jìn)行模擬。

計(jì)算模型寬46.8 m、高31 m、長25 m，共劃分為62 478個(gè)實(shí)體單元。模型頂面為自由邊界，底面采用固定約束，側(cè)面采用法向約束，始發(fā)車站端墻采用法向約束簡(jiǎn)化代替。

圖6 計(jì)算模型Fig.6 Calculation model

土體采用基于Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則的彈塑性模型，素連墻采用線彈性模型，兩者之間的接觸面采用interface單元模擬，管片、盾構(gòu)機(jī)殼采用線彈性模型。計(jì)算中考慮降水區(qū)的孔隙壓力變化。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及隧道方案資料，地層與人工材料計(jì)算參數(shù)見表1和表2。

表1 地層基本力學(xué)參數(shù)Table 1 Basic mechanical parameters of strata

表2 人工材料力學(xué)參數(shù)Table 2 Mechanical parameters of artificial materials

4.2 計(jì)算荷載

刀盤作用在墻體上的荷載主要為法向的推力與切向的扭矩。推力通過盾構(gòu)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，在模型中以切削面正應(yīng)力的形式施加。扭矩則以切削面切應(yīng)力的方式施加[13]。

(1)

τ=p·f。

(2)

式(1)—(2)中：p為刀盤作用在切削面的正應(yīng)力；N為盾構(gòu)有效推力；A為刀盤面積；τ為刀盤作用在切削面的切應(yīng)力；f為刀盤摩擦阻力系數(shù)，一般取為0.15～0.2[14]。

洞身范圍內(nèi)的素連墻迎土一側(cè)承受水土壓力，另一側(cè)承受盾構(gòu)泥水壓力，即盾構(gòu)有效推力。當(dāng)兩者處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，墻體拉應(yīng)力及剪應(yīng)力最??；當(dāng)兩者嚴(yán)重失衡時(shí)，墻體應(yīng)力將超過容許值，可能發(fā)生破碎。

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，選取有效推力N=0、5 000、8 000、10 000、12 000…20 000 kN等工況進(jìn)行對(duì)比分析。墻體拉應(yīng)力與剪應(yīng)力隨盾構(gòu)有效推力的變化曲線如圖7所示。

關(guān)鍵工況N=4 000 kN和N=17 000 kN時(shí)的素連墻應(yīng)力分布情況如圖8所示。

(a)墻體拉應(yīng)力(b)墻體剪應(yīng)力

圖7 墻體應(yīng)力隨盾構(gòu)有效推力的變化Fig.7 Variation of wall stress with effective thrusting force of shield

圖8 關(guān)鍵工況墻體應(yīng)力云圖(單位：N/m2)
Fig.8 Stress nephograms of concrete wall in critical conditions (N/m2)

由圖7和圖8可知：

1)當(dāng)盾構(gòu)有效推力N≤4 000 kN時(shí)，泥水艙壓力p≤0.10 MPa，墻體向盾構(gòu)推進(jìn)側(cè)發(fā)生撓曲，板中心彎拉應(yīng)力σ0≥[σ]=0.43 MPa[15]([σ]為C20混凝土容許拉應(yīng)力)；N=4 000 kN時(shí)，墻體洞周最大剪應(yīng)力τ0=0.21 MPa≤[τ]=0.85 MPa[15]([τ]為C20混凝土容許剪應(yīng)力)。墻體受彎拉應(yīng)力控制發(fā)生破壞。

2)當(dāng)盾構(gòu)有效推力N≥17 000 kN時(shí)，泥水艙壓力p≥0.44 MPa，墻體向迎土側(cè)發(fā)生撓曲，板中心彎拉應(yīng)力σ1≥[σ]；N=17 000 kN時(shí)，墻體洞周最大剪應(yīng)力τ1=0.25 MPa≤[τ]。墻體受彎拉應(yīng)力控制發(fā)生破壞。

3)當(dāng)盾構(gòu)有效推力10 000 kN≤N≤12 000 kN時(shí)，泥水艙壓力0.26 MPa≤p≤0.31 MPa，墻體最大主應(yīng)力σmax<0，不存在彎拉應(yīng)力。此時(shí)，墻體洞周剪應(yīng)力τ<0.10 MPa<[τ]，墻體的整體安全性最高。

5 方案實(shí)施情況及討論

5.1 降水效果

為了驗(yàn)證素連墻的隔水性能，施工現(xiàn)場(chǎng)利用現(xiàn)有的4口管井組織了抽水試驗(yàn)，每口降水井布置1臺(tái)流量為3 m3/h的潛水泵。試驗(yàn)過程及基本參數(shù)如表3所示。

表3 抽水試驗(yàn)過程及基本參數(shù)Table 3 Pumping test parameters

注：標(biāo)高值為以整平地面為零點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)高。

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用目前設(shè)備抽水約12 h，地下水位降深即可達(dá)到底板以下2～3 m，滿足盾構(gòu)始發(fā)要求。

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，始發(fā)端頭地層的滲透系數(shù)如表1所示，利用承壓完整井流量公式[16]計(jì)算自然條件下管井的出水量。

(3)

式中：Q為管井出水量；K為含水層滲透系數(shù)；M為含水層厚度；S為地下水降深；R為影響半徑；rw為井的半徑。

計(jì)算結(jié)果顯示：自然條件下進(jìn)行管井降水，達(dá)到相同降深，管井的出水量約為1 830 m3/d，遠(yuǎn)大于目前單井的出水量72 m3/d，止水帷幕隔水性能良好。

5.2 盾構(gòu)掘進(jìn)情況

端頭加固完畢后，對(duì)土體加固效果進(jìn)行了檢測(cè)：1)對(duì)加固體進(jìn)行抽芯取樣，芯樣強(qiáng)度≥1.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；2)在拱頂及兩側(cè)拱肩布置了3個(gè)水平探孔，探孔均無滲水。

主機(jī)進(jìn)洞階段，為確保盾構(gòu)能正常切割土體加固區(qū)，控制推進(jìn)軸線,防止排泥管路吸口堵塞，泥水艙中心壓力控制在0.1 MPa左右，掘進(jìn)速度控制在5 mm/min以內(nèi)，使盾構(gòu)緩慢穩(wěn)步前進(jìn)。主機(jī)全部進(jìn)入加固區(qū)后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出渣及地表隆沉情況，適當(dāng)提升工作壓力。具體參數(shù)如表4所示。

表4 盾構(gòu)始發(fā)段掘進(jìn)參數(shù)Table 4 Excavation parameters of shield launching

在盾構(gòu)接近素連墻時(shí)，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)刀盤扭矩及渣土變化情況，準(zhǔn)確掌握與素連墻的接觸時(shí)機(jī)。同時(shí)，為平衡墻體破除過程中突然出現(xiàn)的外部涌水壓力，相應(yīng)提高泥水艙壓力。掘進(jìn)參數(shù)如表5所示。

表5 盾構(gòu)破除素連墻段掘進(jìn)參數(shù)Table 5 Excavation parameters of shield for wall cutting

始發(fā)過程中盾構(gòu)推進(jìn)平穩(wěn)，地面未出現(xiàn)明顯變形；先行盾構(gòu)破除素連墻后，地下水位基本保持平穩(wěn)，洞門密封性良好，無滲流。端頭加固方案達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)論與建議

結(jié)合廈門地鐵3號(hào)線跨海區(qū)間工程實(shí)例，系統(tǒng)介紹了一種適用于海濱地區(qū)的盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方法及施工降水、洞門防水方案，探討了采用素連墻作為止水帷幕時(shí)的盾構(gòu)推進(jìn)控制問題，對(duì)類似工程具有一定的參考。主要結(jié)論及建議如下。

1)跨海區(qū)間端頭地下水豐富且同海水存在水力聯(lián)系時(shí)，宜采取先封閉降水后土體加固的預(yù)處理方案。

2)在海濱富水地層中，為了降低洞門涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，始發(fā)洞門建議布置2道簾布橡膠板，必要時(shí)增設(shè)密封鋼刷。

3)采用素連墻作為止水帷幕時(shí)，盾構(gòu)破墻應(yīng)遵循“小貫入度、低轉(zhuǎn)速”的施工原則，慎重選擇掘進(jìn)參數(shù)，以避免素連墻脆性破裂發(fā)生。

4)止水帷幕類型、土體加固方法、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)等受地層及水文條件的影響較大。本工程方案依據(jù)廈門地區(qū)的水文地質(zhì)情況而定，具有一定的局限性。其他海濱地區(qū)的施工方法還有待進(jìn)一步總結(jié)。

[1] 朱世友,林志斌,桂常林.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭地層加固方法選擇與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].隧道建設(shè),2012,32(6):788-795.ZHU Shiyou,LIN Zhibin,GUI Changlin.Reinforcement technology and stability analysis of end soil in shield launching and arrival [J].Tunnel Construction,2012,32(6):788-795.

[2] 賁志江,楊平,陳長江,等.地鐵過江隧道大型泥水盾構(gòu)的水中接收技術(shù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,39(1):119-124.BEN Zhijiang,YANG Ping,CHEN Changjiang,et al.Water receiving technology of large slurry shield in river-crossing subway tunnel [J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition),2015,39(1):119-124.

[3] 韋良文.泥水盾構(gòu)隧道施工土體穩(wěn)定性分析與試驗(yàn)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.WEI Liangwen.Stability analysis and experimental research of soil body in slurry shield tunneling[D].Shanghai：Tongji University,2007.

[4] 江玉生.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭加固理論研究與工程實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社,2011.JIANG Yusheng.Theoretical research and engineering practice of shield launching and arriving end soil reinforcement [M].Beijing：China Communications Press,2011.

[5] 胡俊,楊平,董朝文,等.盾構(gòu)始發(fā)端頭化學(xué)加固范圍及加固工藝研究[J].鐵道建筑,2010(2):47-51.HU Jun,YANG Ping,DONG Chaowen,et al.Chemical reinforcement area at shield launching shaft and its technology study [J].Railway Engineering,2010(2):47-51.

[6] 程正明.潮間帶富水砂層海底隧道及豎井施工技術(shù)探討[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(6):33-38.CHENG Zhengming.Discussion on tunneling technology of subsea tunnel through water-rich sand layer [J].Journal of Lanzhou Jiaotong University,2012,31(6):33-38.

[7] 李大勇,王暉,王騰.盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與到達(dá)端頭土體加固分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006 (1):87-90.LI Dayong,WANG Hui,WANG Teng.Analysis of soil reinforcement for the launching and arriving of shield machine in metro construction [J].Journal of Railway Engineering Society,2006(1):87-90.

[8] 趙運(yùn)臣.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)方法綜述[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2008 (增刊1):86-90.ZHAO Yunchen.Summarization of shield launching and arrival methods [J].Modern Tunnelling Technology,2008,(S1):86-90.

[9] 劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.LIU Guobin,WANG Weidong.Handbook of foundation pit engineering [M].Beijing：China Architecture & Building Press,2009.

[10] 胡新朋,孫謀,王俊蘭.軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)施工端頭土體加固要求探討[J].隧道建設(shè),2006,26(5):11-13.HU Xinpeng,SUN Mou,WANG Junlan.Discussions on criteria for soil reinforcement during EPB shields’ launching & arrival construction in soft ground [J].Tunnel Construction,2006,26(5):11-13.

[11] 曹成勇,施成華,彭立敏.盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)端頭土體縱向加固范圍研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2016,12(1):119-125.CAO Chengyong,SHI Chenghua,PENG Limin.Study of the longitudinal soil reinforcing scope for shield tunnelling breakthrough [J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2016,12(1):119-125.

[12] 張建新,智鵬,姬奎香.天津地區(qū)盾構(gòu)始發(fā)端頭合理縱向加固范圍研究[J].鐵道建筑,2013(12):45-48.ZHANG Jianxin,ZHI Peng,JI Kuixiang.Research of reasonable end soil reinforcement length for shield launching[J].Railway Engineering,2013(12):45-48.

[13] 沈建奇.盾構(gòu)掘進(jìn)過程數(shù)值模擬方法研究及應(yīng)用[D].上海：上海交通大學(xué),2009.SHEN Jianqi.Research and application of numerical simulation method for shield tunneling [D].Shanghai：Shanghai Jiaotong University,2009.

[14] 陳韶章,洪開榮.復(fù)合地層盾構(gòu)設(shè)計(jì)概論[M].北京：人民交通出版社,2010.CHEN Shaozhang,HONG Kairong.Introduction to shield design in composite ground[M].Beijing：China Communications Press,2010.

[15] 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范:TB 10003—2005[S].北京：中國鐵道出版社， 2005.Code for design of railway tunnels:TB 10003—2005[S].Beijing:China Railway Publishing House,2005.

[16] 李廣賀.水資源利用與保護(hù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.LI Guanghe.Water resources utilization and protection [M].Beijing:China Architecture & Building Press,2010.

A Method for End Soil Reinforcement for Shield Launching in a Sea-crossing Metro Tunnel

DU Baoyi1,SONG Chaoye1,HE Weiguo1,LI Kai2

(1.ChinaRailwayTunnelSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300131,China; 2.ChinaRailwayFirstGroupCo.,Ltd.,Xi’an710100,Shaanxi,China)

The groundwater in coastal area is rich and always in contact with the sea,which brings a great risk to the shield launching of sea-crossing metro.Taking sea-crossing section on Xiamen Metro Line No.3 for example,an end soil reinforcement method which combines high-pressurized jet grouting pile and underground plain concrete diaphragm wall is put forward,in accordance with the technical idea of “sealing and dewatering first and then soil reinforcement”.Meanwhile,corresponding programs of construction dewatering and tunnel entrance sealing are proposed.The construction practice shows that the above-mentioned method can effectively block the hydraulic connections between tunnel and sea; thus ensuring the soil reinforcement quality and reducing the risk of shield launching.In addition,the stress state of the underground diaphragm wall under different shield trusting forces is analyzed by numerical simulation software FLAC3D;and then effective control range of shield thrusting force which can guarantee the integrity of underground plain concrete diaphragm wall is obtained,so as to prevent nonplastic fracture of underground plain concrete diaphragm wall.

sea-crossing metro tunnel; end soil reinforcement; underground plain concrete diaphragm wall; high-pressurized jet grouting pile; shield launching

2016-10-10;

2017-02-20

杜寶義(1989—)，男，河北衡水人，2015年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，橋梁與隧道工程專業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)從事地鐵設(shè)計(jì)工作。E-mail：dubaoyi89@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.06.017

U 455

B

1672-741X(2017)06-0761-07