盾构始发洞门预装环形膜袋密封施工技术研究

王光伟，胡云飞，黄 鹏，徐祥云，徐延晶，唐丽茹，张文超

（1.中铁八局集团昆明铁路建设有限公司，云南 昆明 650200；2.中铁发展投资有限公司，山东 青岛 266001；3.山东大学土建与水利学院，山东 济南 250061）

城市地铁临海盾构法隧道施工的绝大多数风险出现在盾构的始发阶段，特别是遇到不良地质情况或加固空间受到限制时，涌水、涌砂等险情出现的概率极高。

辛振省等[1]根据无预加固时盾构始发开挖模拟的破坏场、应力场、位移场并结合工程经验和相关理论分析，确定加固范围。刘俊杰等[2]考虑洞门破除及盾构动态掘进的影响，对郑州东区某盾构始发合理的端头加固范围进行分析。胡俊[3]归纳了盾构隧道端头土体加固的常用方式，据此确定土体加固范围。刘文黎等[4]利用数值模型模拟不同加固长度下土体应力分布。殷黎明[5]推导出砂卵石地层盾构始发端土体加固范围。杜宝义等[6]提出了一种素混凝土地下连续墙与高压旋喷桩相结合的盾构始发端头加固方法。王德勇等[7]提出了用双层大管棚、袖阀管注浆及井点降水组合方案可有效控制砂卵石地层盾构始发地表沉降。刘彦生和李义堂[8]采取玻璃纤维筋围护结构免破除洞门形式、盾构工作井外设超前封闭井、洞门密封止水、加强注浆、外包式井接头以及辅助降水等综合施工措施。宋之勇[9]通过对浅埋盾构隧道穿越淤泥层施工方案的研究和实施过程的控制，有效解决了浅埋隧道穿越淤泥质土层时易出现的质量问题。

本文采用膜袋注浆辅助封堵洞门技术，洞门密封装置设置有内膜袋注浆加帘布橡胶板密封装置，膜袋填充后，能够及时封堵并完全填充遗留空间，并贴合外帘布橡胶板形成复合注浆封堵装置，浆液扩散均匀，有效地提高了施工质量。

1 工程概况

青岛地铁6 号线某区间盾构始发端地下水与海水连通，始发端头地层依次穿越回填块石层、淤泥质粉质粘土层、中（粗）砂层、粉质粘土层、含粘性土砂砾层。盾构始发段地质条件情况差、透水性强，易引起端头地层坍塌或涌水、涌砂、跑浆等问题。始发洞门密封承受的压力大，对始发时洞门密封要求高，施工技术难度和风险极大。

2 预装环形膜袋密封施工技术

盾构始发前，安装常规洞门钢环密封装置，在洞门钢环内壁与帘布橡胶交界处预装环形膜袋注浆密封装置，如图1 所示。盾构机沿推进方向掘进，带铰接的扇形翻板被盾构机带动向逆时针方向转动内翻，并支撑密封帘布橡胶板，待盾体全部进入隧道，盾尾刷通过帘布橡胶后，在盾体外壁与围岩之间形成可注浆的封闭空间。通过对压力、凝聚时间等要素的控制，利用高压灌浆产生的推挤压力对水泥膏状体做功，迫使水泥膏状体产生“填充固结、压实排水固结和滑移挤嵌”，直至填充完全并达到注浆强度标准。进而达到洞门封堵止水的效果。

图1 预装环形膜袋洞门密封装置细部构造

2.1 洞门密封装置安装

常规洞口密封装置结构包括圆环钢板、帘布橡胶板、圆环板、翻板等。帘布橡胶板为主要的密封止水装置，安装在入口洞圈周围环形方向，其表面钻有环形钻孔，帘布橡胶板、翻板通过螺栓贯通紧固于预埋件圆环钢板上，且通过锚筋焊接与主体墙体结构固定。

2.2 PPR管外层包裹膜袋

始发洞门预装环形膜袋由PPR 管、∅500mm膜袋、塑料薄膜组成，PPR 管开设∅5mm 梅花形钻孔形成花管穿与膜袋内部，再用塑料薄膜将膜袋与注浆管裹紧，PPR 管起到骨架及注浆通道作用，如图2 所示。

图2 PPR管外层包裹环形膜袋实物图

2.3 预装环形膜袋注浆装置

将外层有膜袋包裹的PPR 管沿圆环钢板内壁一圈放置，位于洞门钢环和帘布橡胶板的交界处。用扎丝将其固定于预埋钢环内壁提前焊接的固定点上，将洞门外部注浆管与PPR 管进行连接，完成环形膜袋注浆装置的安装，如图3所示。

图3 环形膜袋和注浆导管安装

2.4 盾构始发

环形膜袋注浆装置预装完成后，进行负环拼装，盾构机刀盘进入洞门开始掘进作业，盾体全部进入橡胶帘布以后，及时同步注浆，并随时调整同步注浆压力及注浆量，如图4 所示。

图4 刀盘及盾体进入洞门实物图

2.5 洞门膜袋注浆止水

当盾构机盾体整体进入隧道内，且盾尾距离洞门大约5 环管片的位置开始进行洞门封堵。利用盾构机上的同步注浆系统向盾尾至洞门的管片壁后空腔处注浆。同时通过设置在洞门钢环上的膜袋注浆接口采用控制性注浆工艺向注浆管内注入水泥浆，水泥浆由PPR 管上的开孔进入膜袋，膜袋中的浆液迅速固化使膜袋膨胀挤压帘布橡胶，使其与管片外壁空隙填充密实，防止地下水突破帘布橡胶板涌出洞门，增强洞门密封效果。洞门封堵完成后，达到止水效果，盾构继续掘进。

3 实施效果

盾尾距离洞门大约5 环管片的位置开始进行洞门封堵。利用盾构机上的同步注浆系统向盾尾至洞门的管片壁后空腔处注浆。注浆压力监测结果如图5 所示。通过在钢环外内壁与帘布橡胶之间空隙使用环形膜袋填充遗留空隙达到洞门密封的方法，膜袋填充后，能够及时封堵并完全填充遗留空间，并贴合外帘布橡胶板形成类似“汽车轮胎”的复合注浆封堵装置，同时浆液扩散均匀，有效地提高了洞门密封效果，确保盾构区间在临海、富水等复杂地质环境下安全始发。

图5 注浆压力监测结果

4 结语

针对临海、富水段地层盾构始发洞门钢环密封关键施工技术进行了研究和试验，克服回填块石层、淤泥质粉质粘土层、含粘性土砾砂层、富水段地层等不利因素，通过洞门预装环形膜袋密封关键施工技术解决了盾构始发涌水、涌砂、跑浆等问题，保证了盾构始发安全，极大地提高了施工工效。

在青岛市地铁6 号线区间应用，解决了下穿回填块石层、淤泥质粉质粘土层及强风化、“上软下硬”地层，且临海、富水等复杂地质情况盾构始发安全难题，为今后类似工程提供借鉴。