土压平衡盾构机穿越水井封堵技术的研究与应用

周一男

摘要：在城市轨道交通发展的今天，盾构法是非开挖地下区间施工的首选功法，土压平衡盾构机则是首选的设备。由于地下施工存在较多的不确定性及其他风险源，因此在施工前均需要对风险源进行处理。针对盾构穿越村庄中的生活水井这类会导致盾构泄压，导致地面涌水、涌砂，进而发生地面沉降或坍塌的风险源，将水井封堵牢固成为盾构穿越水井的重点。

关键词：土压平衡盾构机；水井；封堵；地下水；

1 引言

随着城市的不断发展，轨道交通成为城市发展的引领着，在TOD的发展模式下，逐渐向周围农村发展。雄安新区R1线连接大兴机场及雄安新区，采用大直径土压平衡盾构机进行地下段区间施工。根据R1线的线路规划，R1线穿越平王乡村庄，新区进行统筹规划，按计划拆迁平王乡村庄。在拆迁后的村庄遗留下居民生活水井，水井多采用混凝凝土管、PVC管，管径在15~30cm，水井深度在50~100m。

本文就雄安新区至北京大兴机场R1线盾构穿越平王乡村庄的54口生活水井封堵处理进行研究，在经济合理的前提下，将水井封堵牢固，确保盾构机在承压水、粉细砂、粉质粘土地层中安全穿越水井。

2 工程概况

第五组团站～高架起点区间盾构区间起讫里程K78+074.552～K80+941.741，长2867.189m，根据规划信息，区间自5#明挖区间大里程端出站，向东沿规划道路下方敷设，下穿规划城市层、干、支线综合管廊、1～3层砖混结构房屋、白沟引河，在白沟引河东侧到达盾构井。本区间平曲线最大半径为7000m，竖曲线最大半径为10000m。区间设3个纵坡坡段，最大纵坡为27‰，最小纵坡为6.877‰。隧道主要穿越粉质粘土2-4、4-1、5-4、6-1、7-4，粉细砂5-1、6-4、7-1，局部穿越粉土4-2、6-2、7-5层。

盾构区间由大里程向小里程掘进，始发及接收端头均采用高压旋喷桩进行加固。盾构隧道采用外径φ8800mm，厚度450mm，环宽1600mm的圆形衬砌环管片。

在K78+074.552～K80+941.741范围内（平王乡村庄）居民生活水井进行了详实的调查了解，共有54口水井在隧道范围内，且均为日常使用的水井，对土压平衡盾构施工有极大的风险。

图1水井与盾构关系图

盾构区间穿越范围共观测到2层地下水：主要为潜水（二）、承压水（三）、局部可能会存在上层滞水。

3 水井分类及封堵技术说明

3.1 水井分类

通过对沿线穿越的54口水井进行逐一实测调查，水井按材质类型分为：混凝土无砂管、PVC管；按揭露地下水情况划分为承压井、潜水井。

3.2 封堵方式

封堵思路：采用M10水泥砂浆封堵，回填料与井壁的摩擦及水压能够平衡盾构穿越时的土压即可，根据施工经验，盾构穿越该地层土压为1.8-2.5bar，同时为避免盾构穿越水井时有水通道将地下水带入土仓，引起喷涌情况，将盾构穿越位置上下3m进行封堵，采用先排水后加压注浆的方式确保注浆质量。

混凝土无砂管水井封堵方式：根据混凝土无砂管具有渗透性，采用ZY-50挤压泵进行注浆，配套DN50注浆管使用，注入M10水泥砂浆的方式进行水井封堵，根据盾构机穿越该位置水井的埋深及水头压力，注浆深度在盾构机底部下3m，注浆压力控制在0.3-0.4Mpa。

4 水井封堵作业

1）根据水井的类型将DN50软管深入井内，达到预定深度；

2）利用注浆泵注入M10水泥砂浆，将水井内的水排除，直至砂浆溢出；

3）将软管取出，取出的同时补充砂浆填充空隙；

4）在井口安装加压端盖及球阀；

5）重新连接注浆软管，进行M10砂浆注入，直至注浆压力达到设计要求，且注浆压力在15min变化小于0.1bar后进行关闭球阀;

6）预埋检查点；

5穿越控制

穿越混凝土无砂管水井，直径为25cm，水井深度60m，盾构机埋深23.5m，穿越地层为粉细砂及粉质粘土地层。盾构机穿越水井掘进参数如下：

表1盾构机掘进参数表

序号	参数	控制值	单位	备注
1	土仓压力	2.1-2.2	Bar
2	掘进速度	60-70	Mm/min
3	刀盘转速	1.6	r/min
4	刀盘扭矩	2800-3500	Kn.M
5	同步注浆压力	0.25-0.35	Mpa
6	二次注浆压力	0.25-0.5	Mpa

穿越PVC管水井，直径为15cm，水井深度45m，盾构机埋深24m，穿越地层为粉细砂及粉质粘土地层。盾构机穿越水井掘进参数如下：

表2 盾构机掘进参数表

序号	参数	控制值	单位	备注
1	土仓压力	2.1-2.2	Bar
2	掘进速度	60-70	Mm/min
3	刀盘转速	1.6	r/min
4	刀盘扭矩	2800-3500	Kn.M
5	同步注浆压力	0.25-0.35	Mpa
6	二次注浆压力	0.25-0.5	Mpa

6结束语

经过对比水井封堵监测点沉降变形情况，变化速率<1mm/d，累计变化<5mm，盾构穿越前、穿越中、穿越后的沉降变形均在设计（+10，-30mm）的允许值范围内，且沉降速率小于3mm/d。封堵体强度在10Mpa左右，对盾构掘进影响较小。综上所述，采用该技术能解决现有盾构穿越村庄连续水井的泄压及地面涌水涌砂情况。还具有施工简单、质量可靠等特点。且所需设备、材料比较便宜且容易找到，工人简单培训一下即可操作。能在花费比较少的成本和时间的情况下，产生比较好的封堵效果。

参考文献：

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[3]郑洪坚.灰岩地区勘察钻探封孔技术的探讨【A】.工程技术与应用.2018(05):95-96

[4]王海波. 一种盾构隧道地质勘探钻孔的封孔方法: 201810809694.1.2018-07-23

作者简介：

周一男：(1991-)，男，四川仁寿人，工程师，现任职中国水电五局雄安新区至北京大兴国际机场快线一标段工程指挥部一标段四分部副总工，从事市政地铁工程盾构施工技术管理工作。