1 工程概况
上海外滩通道工程作为上海世博会配套重点工程，是上海中心城区规划的三条南北向主干道之一的东线重要组成部分。其建造对于缓解外滩地区的交通拥堵，改善外滩环境风貌，完善城市功能等方面都起着关键作用。
本次盾构施工采用Ф14.27m的超大直径土压平衡盾构，盾构段全长1098m，隧道衬砌结构外径13.95m，内径12.75m，厚0.6m。盾构从天潼路工作井始发，一路由北向南推进直至福州路接收井，沿途需要穿越浦江饭店、上海大厦、外白渡桥、北京东路/南京东路地下通道、地铁2号线、外滩历史保护建筑群等。
盾构接收井位于福州路和中山东一路交口，外包尺寸为：22m×22.5m（长×宽），深26m。设计洞门直径为14.80m，设计洞门中心标高为-13.010m。接收处盾构顶部覆土5.9m，轴线平面为R650的左转曲线，竖向为R1500的凹曲线。根据地质资料，接收段盾构施工区主要土质从上到下依次为：①1人工填土、②0江滩土、③灰色淤泥质粉质黏土、④灰色淤泥质黏土、⑤1灰色黏土、⑤3粉质黏土夹黏质粉土。位于工作井西侧20m处为盘古银行和轮船招商局两幢历史保护建筑。此外在盾构接收区域主要涉及到的综合管线包括1根Ф700mm煤气管、1根Ф300mm煤气管以及1根Ф500mm上水管；工作井东侧槽壁1.2m处还有1根220kV直埋电缆箱涵。外滩盾构接收段平面及地质剖面图如图1、图2所示。
图1 外滩盾构接收段平面图
图2 外滩盾构接收段地质剖面图
国内外盾构法施工的工程经验表明，盾构始发接收是盾构施工的重要环节，作为国内首次运用超大直径土压平衡盾构进行施工的隧道，外滩通道接收井周边复杂的管线条件以及历史建（构）筑物保护的高要求，给施工带来巨大挑战，因此在盾构进入接收井前需要作充分准备，排除影响盾构接收的不利因素，根据实时监测数据不断调整施工参数，确保盾构接收顺利，保护周边管线及历史性建筑物的安全。
2 福州路接收井洞门MJS工法桩补加固
因福州路盾构工作井初始施工时采用Ф650mm搅拌桩进行过加固，天桥下部的三角区域采用双重管旋喷进行过施工，但洞门1.5m宽度的夹心饼干区域以及三角区域东侧2m的范围未进行加固，实际加固区域如图3所示。
从现场取芯情况看，加固效果并不理想。对所取试样进行无侧限抗压强度试验，土体强度仅少数达到加固后水泥土强度的标准(qu28≥0.8MPa)，从盾构接收的安全性和再次施工对周边环境的影响应尽量小、保护周边建筑物的指导原则下，采用MJS工法(MetroJetSystem)对洞门夹缝及天桥下区域进行再加固施工。盾构接收井正面加固区内跟踪注浆区域采用压密注浆法施工，在盾构接收井加固区靠近轮船招商总局一侧，为防止其沉降，打2排注浆预埋孔，根据现场监测情况作充填注浆处理，保证建筑物的安全。
图3 MJS加固及预留注浆孔位图
MJS工法(Metro Jet System)的全称是全方位高压喷射工法。MJS工法配备了位于高压喷射枪端头的排泥吸嘴与能测量地层内压力的传感器，也就是地层内压力的调控装置与强制性排泥装置。和传统旋喷工艺相比，MJS工法使深处排泥和地层内压力得到合理的控制，使地层内压力稳定，减小了地层变形，施工对周边环境的影响得到有效降低。
2.1主要技术参数
孔径：2400mm
水泥用量：1.65t/m（半圆），3.3t/m（全圆）
浆压力：≥38MPa
空气压力：0.7MPa
浆液流量：90～100L/min
浆液喷射钻杆提升速度：5cm/min（半圆），2.5cm/min（全圆）
地内压力控制：1.0～1.8的系数（视地质情况适当进行调节和控制）
加固浆液配比：水：水泥=1：1
成桩垂直度误差：≤1/100
2.2MJS工法主要工艺流程
确定桩位中心位置→主机就位及设备连接，对接钻杆和钻头→动力头180°旋转，将钻头压入土体→钻头到达预定深度→先开回流气和回流高压泵→排浆正常时，打开排泥阀门，开启高压水泥泵和主空压机→高压水泥泵逐步增压，到达到指定压力，确认地内压力正常，提升钻杆→拆卸钻杆→重复提升、拆卸过程→完成第一孔施工→移机至下一孔位→重复上述流程→机器拆卸→退场。
在施工过程中，如遇较硬土质、压力过高、排浆不畅时，可以将钻头向已施工位置下降，一般下降50cm，到排浆通畅，压力正常后再进行提升。
3 超大直径土压平衡盾构接收风险控制
3.1接收准备工作
(1)盾构接收基座布置
盾构接收基座采用钢筋混凝土结构，按盾构设计坡度放坡。基座面设2根100mm×100mm的方钢作为盾构导向轨。考虑到盾构进入洞圈后可能稍有磕头，将基座面适当放低3cm，且导轨方钢在盾构刀盘进入洞圈实测后进行分段焊接。
(2)防渗漏装置
在洞圈内焊接一圈厚5mm的钢板，在盾构进入洞圈后可形成一道环箍止水装置，如图4所示。
图4 止水环箍示意图
(3)接收降水
根据地质资料分析，接收区域土体从上至下为1人工填土、②0江滩土、③灰色淤泥质粉质黏土、④灰色淤泥质黏土、⑤1灰色黏土、⑤3粉质黏土夹杂黏质粉土。且工作井东侧50m处就是黄浦江。为了保证盾构接收安全，在盾构接收过程中进行了降水施工。
① 水井点布置
沿加固区四周布置6口降水井，井深为35m。
②降水施工运行管理
在洞门凿除开始时进行降水施工，根据监测情况确定开启降水井的数量。在洞门封堵完毕后结束降水施工。
3.2加固区补充监测措施
由于接收段附近有上海历史保护建筑物以及诸多重要管线，因而在接收井和建筑物之间布设土体测斜监测点和沉降监测点以监测深层土层的变形，从而评估盾构接收过程中对周围的建筑物和管线的影响程度，保证其安全。
本次监测布置土水压力测点1个，在距离加固区15m的轴线上，监测盾构进入加固区前的推进影响；深层位移监测点4个（S4、S5、S8、S9），其中3个布置在加固区侧边2m处，1个浅层位移监测点（S7）位于推进轴线上，监测盾构进入加固区前后的推进过程中引起周围土层的变形情况，以此分析加固区的加固质量、MJS加固法的使用效果以及盾构推进对周边建筑物的影响。具体的监测平面布置如图5所示。
土水压力测点从地表以下4m开始设置，每个点位共计各6个土水压力测点，埋设最大深度24m，如图6所示。
图5 监测点平面布置
图6 监测点土水压力的剖面布置图
土体的水平位移和竖直位移同孔埋设，分层沉降磁环从地表以下2m开始，每2m布置1个，具体的布置深度如表1所示。
表1 深层监测布置
在盾构还未推进到加固区之前，主要受MJS施工的影响，加固区土体产生侧向位移，土水压力也会有变化。通过分析监测数据，寻找MJS施工对土体环境的影响规律。
（1）侧向位移变化
如图7所示，在靠近MJS施工桩位附近的测点S8较S9受施工影响明显。S8侧向最大位移量为9.33mm，S9侧向最大位移量为-2.54mm，位移量随深度增加而增大。
（2）土水压力变化
如图8所示土水压力监测数据来看，MJS施工对土水压力的变化有一定的影响，其主要表现为孔隙水压力增高，其影响范围也比较大。
图7 MJS施工条件下S8与S9侧向位移
图8 MJS施工条件下土水压力变化
4 盾构接收施工监测分析及施工参数调整
4.1接收监测数据分析
本次接收施工在外滩历史保护性建筑群敏感影响区内实施，面临周围复杂的工况条件，风险极大。为保证接收井西侧盘古银行、轮船招商局的安全，施工中加强了对这两座建筑物的监测。盾构接收段监测平面布置图如图9所示：①靠近工作井50m区间每10m一个大断面，轴线上一点，左右3m、4m、5m、8m、15m各1点。②后50m每10m一个小断面，轴线上一点，左右7m各1点。局部位置根据现场条件加密监测。
(1)地面沉降数据
选取点为接收段加固区前监测断面上处于推进轴线中心的B81、B82、B83、B84以及处于加固区中的C32断面上位于轴线上方的点。
如图10所示，盾构切口到达前，由于刀盘对土体的挤压作用，地面有些隆起，盾构脱出盾尾后，地面又开始沉降。而在加固区中地表沉降较快。
图9 接收监测平面布置图
图10 接收段地表监测数据图
(2)建筑物沉降
选取点为位于工作井西侧20m处盘古银行、轮船招商局上布设的直接监测点。
如图11所示，整个盾构推进过程，两幢建筑物沉降都不大，轮船局最大沉降量不到6mm，盘古银行最大沉降量不到4mm。
图11 接收段建筑物监测数据图
(3)侧向位移
如图12所示，盾构进入加固区后，刀盘中心处位移量大，这是由于刀盘为锥形结构，中心土体首先受挤压所致。在盾构边线处的S8点最大的位移量为-21.83mm，而位于盾构边线外侧的S9点最大的位移量为10.14mm。
图12 接收段S8、S9侧向位移图
(4)土水压力
如图13所示，盾尾从470环脱出后，土压力突然增高，然后到490环中间位置土压力保持较高水平，当盾构切口推出到洞门，土压力随之减小趋于稳定；而水压力在470环时突然下降，中间至490环一直保持低位，而后又开始变大。
图13 接收段土水压力监测数据图
4.2接收施工参数调整
根据地面监测数据的情况，对前期方案中的施工参数作相应的调整，以适应盾构推进需求，降低接收风险，将盾构推进对周边保护性建筑物的影响降低到最小。
(1)土压力设定
在盾构机进入加固区前（加固区长13m），土压力设定原则基本和前期常规段一致，土压力侧向系数k0取值为0.78～0.80；在盾构刀盘完全切入加固区后，为保证洞门凿除面的安全，盾构推进至洞门槽壁面前逐步把土压力降低至0。
(2)土体改良
为了降低加固区推进时刀盘扭矩以及增加切削土体的流动性，在刀盘进入加固区后每环推进过程中加入90m3左右的泡沫剂作为土体改良材料，泡沫剂浓度3%。
(3)同步注浆
盾构机完全进入加固区后同步注浆做相应调整，同时为了防止浆液从盾构与洞圈的建筑空隙处渗入工作井内，最后5环及547～551环推进时同步注浆浆液注入量为理论间隙的100%，约14m3左右，且浆液中加入了少量水泥。
(4)盾构推进控制
接收加固区推进速度控制在10mm/min以下；同时注意控制盾构总推力和刀盘扭矩。为了保证盾构中心进入接收井，在推进过程中根据自动测量系统严格按照设定轴线推进；同时根据推进轴线计算管片封顶块的位置，确保管片与盾构以及洞圈的位置关系。
5 结语
文章针对福州路接收井施工环境特点，采用MJS工法补充加固洞门夹心饼干区域以及三角区域的薄弱环节，排除盾构接收前的不利影响因素，最终实现了盾构机的顺利接收：根据监测显示，整个施工过程对周边环境影响比较小。处于加固区外的路面沉降范围基本控制在±15mm以内；加固区内受注浆量减少、降水施工以及400t吊车重载影响沉降稍大（最大-42mm）；距工作井20m的两座重要建筑盘古银行和轮船招商局基本没有受到影响。
转自：《盾构隧道科技》