1 引言

盾构法始发与接收是施工过程中风险最大的关键节点，其中又以盾构接收施工风险尤甚。为此盾构接收过程中会采取许多施工措施以确保施工安全，比如地基加固、降水、冻结等等。以上海轨道交通 17 号线 3 标工程为案例，介绍一种新的盾构接收施工措施，即泡沫混凝土盾构法接收施工。其是一种在接收井内浇筑一个与洞门连接的泡沫混凝土箱体，如图 1 所示，使盾构在接收阶段仍按正常模式推进并切削泡沫混凝土后，到达接收井的技术措施。

图 1 接收井箱体内浇筑泡沫混凝土示意图

2 工程背景

上海轨道交通 17 号线 3 标区间隧道工程，有 4台盾构在 3 号风井内实施盾构接收施工，如图 2 所示。

图 2 盾构接收平面示意图

此接收风井为地下 3 层结构，接收处隧道断面地层为⑥ _2-1  层草黄～灰黄色砂质粉土、⑥ _2-2  层灰黄～草黄色砂质粉土、⑥ ₄  层暗绿～灰黄色粉质黏土，下卧⑦ ₁ 层灰黄 ~ 草黄砂质粉土，接收施工风险极大，如图 3 所示。

图 3 接收井地层剖面示意图

在此情况下，原计划在原有水泥系加固的基础上，采用套筒法盾构整体接收技术，但由于风井结构尺寸较小，洞圈顶与下二层结构板最小间距为550mm，洞圈底与底板最小间距为 710mm，加上风井内无法同时布置 4 套钢套筒，故无法按原计划正常实施，进而重新制定了泡沫混凝土盾构法接收的技术措施。

3 泡沫混凝土的性能选择

在选择泡沫混凝土时，有许多参数可供选择，比如密度、隔热、耐火、整体性、防水性、耐久性、环保性、强度、发泡性、早强性、稳定性等等^[1] 。在此情况下，根据盾构接收施工的特点，使用了具有如下性能的泡沫混凝土作为回灌材料，如表 1 所示。

表 1 泡沫混凝土参数

4 泡沫混凝土盾构法接收施工流程

4.1 隔舱箱体制作

出于施工现场条件限制，同时也考虑经济因素，故在接收井内为每台盾构机制作 1 个隔舱箱体，以便于后续泡沫混凝土的灌注。单个隔舱长度为 12.3m（即盾尾脱出后 1m 间隙 + 盾构机机头前方 2m 安全厚度 + 盾构机本体长度）；隔舱宽度为 9m（即洞圈 7.1m+ 两侧约各 1m 的后续施工空间）；隔舱高度为 9.6m（即洞圈底至底板 1m+洞圈 7.1m+ 上部安全覆盖层 1.5m），从而形成了12.3m×9m×9.6m 的立方体结构，如图 4 所示。

图４ 隔舱箱体平面与剖面示意图

4.2 洞门凿除

洞门凿除采用粉碎性凿除，割去内排钢筋、外排钢筋，清理洞门内残余钢筋，保证到达接收时无障碍物。

4.3 泡沫混凝土回灌

泡沫混凝土采用现场制作，通过软管直接进行回灌浇筑。为确保浇筑密实，采用分层浇筑方法，控制泡沫混凝土面浇筑至设计高度^[1] 。考虑到浇筑过程的连续性及均匀性，单个箱体浇筑拟分为6 层；浇筑进度为 3h 内完成 1.5m 左右的高度，间隔 5h后进行下一层浇筑。同时为确保整个浇筑层泡沫混凝土的均匀性，过程中需始终控制泡沫混凝土湿密度在 1000 ～ 1050kg/m ³ 。泡沫混凝土浇筑过程中，确保水泥浆供应的连续性，保证水泥浆不间断供应。另外泡沫混凝土 3d 强度可到 1MPa，故可不制作盾构接收基座。

4.4 盾构推进施工

盾构刀盘在切削泡沫混凝土时，主要施工参数按如下设定控制[2] ：

A：推进速度 10mm/min；

B：推力控制在 10000kN 左右；

C：刀盘转速 1r/min，扭矩控制在 3000kN·m以下；

D：同步注浆按 120% 正常压注；

E：平衡压力按 0.1MPa 设定，主要抵抗沿盾构推进方向的渗水压力。

根据此设定原则，实际施工情况下，主要施工参数变化情况如图 5 所示。

图 5 主要施工参数变化情况汇总示意图

从曲线变化情况可以看出，当刀盘进入泡沫混凝土内，其刀盘扭矩直线下降，且在后续全断面泡沫混凝土的推进中，扭矩始终保持在稳定状态，显示出泡沫混凝土的易切削性；盾构机总推力也在进入泡沫混凝土后，逐步下降。

需要注意的是，在泡沫混凝土中掘进施工阶段，螺旋机出土情况较不理想，必须进行适当改良，尝试了多种改良方式后，确定了向刀盘正面适当添加膨润土的方法，每环建议加注膨润土 1.5 方左右。

另外，当盾构机推进过程中，需要加强盾尾环箍注浆施工，特别需对加固区内的管片全部进行环箍注浆^[3] （如图 6 所示），以封闭沿盾构推进方向存在的渗漏通道。当盾构机全部推进至泡沫混凝土箱体内后，需特别加强位于地墙、内衬处的环箍注浆施工。当环箍注浆施工完成后，可通过管片注浆孔，对注浆效果进行探摸，确认无渗漏情况下方可进行下步洞门封堵工作。

图 6 环箍注浆区域示意图

4.5 洞门封堵

洞门封堵过程中必须做到逐一区域开挖及同步封堵。从上部及两侧破除泡沫混凝土，暴露出钢洞圈及洞口背覆钢板环，采用弧形钢板进行焊接，从盾构顶部开始逐步向腰部进行洞门封堵，最后再进行下部洞圈封堵，完成整个洞门封堵（具体顺序示意如图 7 所示）。洞门封堵结束后对整个洞门进行补压浆，洞门封堵现场如图 8 所示。

图 7 洞门封堵顺序示意图

图 8 洞门封堵示意图

4.6 清理退场

洞门封堵完毕后，破除并清理泡沫混凝土至距离底板约 2.1m 处。随后进行盾构拆除吊装，最后将剩余泡沫混凝土清除干净，破除中隔墙墙体。

5 实施效果

1）4 台盾构机逐一安全、顺利完成盾构接收施工。

2）单台盾构的接收施工工期约为 20d。即 7d（洞门凿除）+3d（回灌泡沫混凝土）+3d（养护）+2d（接收推进）+2d（环箍注浆）+3d 洞门封堵。较套筒法接收技术节省工期 10d 左右。

3）为进一步确保盾构接收施工安全，可优化考虑在洞门凿除后，在地墙靠近加固土体交界部位，布设两道液氮环管（一用一备）作为洞圈封堵止水的预留措施。

4）在泡沫混凝土内掘进时，需通过加注膨润土的方式进行改良，螺旋机方能较为正常的进行出土施工。

5）在同一个较小空间的工作井内，有 4 台盾构需要同时实施盾构接收施工时，可采用此方法，4台盾构机接收施工互不影响，甚至可以同时施工，减少工期。另外盾构接收准备工作均可提前准备，盾构机可以始终保持推进状态，直至推进至泡沫混凝土内指定位置，也能相应缩短工期。

6 结语

泡沫混凝土盾构法接收施工，为风险较大的盾构接收又提供了一种新的应对技术措施。相比套筒法盾构整体接收技术措施，其具有加工方便、施工方便、整体性好、施工快速等优点，可以为类似工程提供很好的参考价值和借鉴意义，也值得更好地进行推广使用。