盾构机接收是盾构施工的关键环节，尤其在软弱地层和富水地层中，盾构机破除洞门后易造成开挖面失稳而发生土体坍塌和涌水事故^[1,2]。目前主要采用的接收技术有端头土体改良、水下接收、钢套筒接收等^[3]。为确保盾构机在富水砂层接收过程中不出现涌水涌砂事故，且考虑钢套筒的可重复使用^[4]，最终福州地铁选择端头土体改良+钢套筒接收技术，保证盾构机安全顺利到达。

伍伟林等^[5]对钢套筒密闭性与保压性能进行研究，提出反力调节装置和新增三通管;肖衡等^[6]研究富水砂卵石地层土压平衡盾构施工要点;廖少明等^[7]用数值模拟对钢套筒在盾构接收期间的受力和变形规律进行分析。

当前对钢套筒接收工法的研究主要集中在钢套筒安装工艺、接收流程、受力变形特性分析等方面，少有对接收过程中辅助措施和盾构机参数的研究。结合福州地铁2号线厚庭—橘园洲站区间工程实践，研究富水砂层泥水平衡盾构钢套筒接收施工要点，并详细分析盾构到达的参数，以期为钢套筒接收工法的改进与参数优化提供指导。

福州地铁2号线厚庭—橘园洲站区间采用直径6.48m的泥水盾构机掘进施工，盾构接收段主要地层为 (1) ₂杂填土， (2) ₅²粗中砂 (稍密) ， (2) ₅²粗中砂 (中密) ，地下水高度10.8～13.1m (至刀盘中心) ，渗透系数为35m/d，覆土厚度10.2～13.0m，其中洞门处埋深10.27m。接收段剖面如图1所示。

厚庭站盾构接收端头井加固区长14m。采用外侧素混凝土墙+内侧三轴搅拌桩加固。地下连续墙深31.3m，素墙接缝及素墙和搅拌桩间采用三重管高压旋喷桩补充加固，旋喷桩直径800mm，搭接200mm。素墙内三轴搅拌桩加固范围为隧道及隧道上、下各3m范围强加固区 (20%水泥掺量) ，上部三轴搅拌桩为弱加固区 (7%水泥掺量) 。加固体中间设12口降水井进行辅助降水，降水井深28m。

钢套筒接收装置由过渡环、筒体、后端盖、反力架组成。筒体部分长11 200mm，直径 (内径) 6 800mm。筒体采用16mm厚Q235B钢板，每段筒体外周焊接纵、环向筋板形成网状以保证筒体刚度，筋板厚20mm，高100mm，间隔约550mm×600mm;每段筒体的端头和上、下2段圆弧接合面均焊接连接法兰，法兰用100mm厚Q235B钢，上、下2段连接处及2段筒体间均采用M27的8.8级高强度螺栓连接，中间加2道密封圈，以保证密封效果。

后端盖为平面盖，采用30mm厚Q235B钢板制作，筋板采用20mm厚钢板横纵均布于端盖背面，格栅间隔为650mm×650mm。平面环板加焊7道封口的H300钢筋板，井字形焊接在后端盖上。后端盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M27的8.8级螺栓连接。筒体剖面如图2所示。

使用ABAQUS软件对钢套筒进行有限元验算，内腔筒及端盖平面受0.5MPa的均匀压强，下半腔面受6 000kN荷载并沿腔面均匀分布。筒体应力云图如图3所示。

由图3可知最大应力为139.7MPa，位于底座直法兰与筋板连接处。此外，端盖的加强筋所受应力也较大。Q235材料许用应力约170MPa，端盖及钢套筒满足材料性能要求。

开始安装钢套筒前，首先在接收井内确定钢套筒中心及高程，从地面上吊下的钢套筒力求一次性下放到位。钢套筒基底设置找平层，先按设计标高浇筑混凝土，再铺砂缓冲钢套筒变形，然后根据设计标高垫不同厚度的钢板调平。钢套筒主体结构安装完毕后，安装位移及压力监测装置。钢套筒安装流程如图4所示，钢套筒分块如图5所示。

钢套筒接收流程如图6所示。钢套筒接收工期为钢套筒安装7d，密封检查1d，钢套筒填料1d，二次注浆5d，等待接收1d，盾构接收5d，钢套筒上部拆除2d，盾体拆除7d，钢套筒下部拆除1d。

接收前15环采用[14b拉紧管片，刀盘抵达地下连续墙至盾尾完全脱出洞门钢环期间，管片拼装完成后使用掘进模式分区顶紧管片并复紧管片螺栓，并使用槽钢及时拉紧管片。用8mm厚钢板做耳板，安装到管片纵向螺栓孔，管片顶紧后用槽钢焊接到背面。拉紧位置选择隔点错换拉紧方式，每环8个螺栓点位拉紧。

福州地铁2号线厚庭—橘园洲站区间2 220环为洞门接收环，为加强止水，从2 206环开始，每环进行二次注浆。双液浆配合比水泥浆∶水玻璃=10∶1 (体积比) ，水泥浆水灰比为1∶1 (质量比) 。双液浆凝固15～30s，注入压力控制在0.2～0.3MPa，单孔注浆量约0.5m³。为确保接收过程止水效果，将2207, 2 208, 2 219, 2 220环采用注浆管片，除F块外每片管片多设置2个注浆孔。

2 219环为增加注浆孔环管片，位于地下连续墙与加固区间，第1次打孔深度管片壁厚约100cm，第2次打孔深度管片壁厚约120cm，从下往上逐孔对称注入。为保证盾尾刷拖出管片时的止水效果，当盾尾刷已拖出3道盾尾密封刷，1道盾尾钢板刷搭在2 220环上时，对2 219, 2 220环进行饱和二次注浆。2 219环二次注浆点位如图7所示。

盾构机掘进过程如图8所示。钢套筒接收前需加固处理洞门附近土体，项目部采取三轴搅拌桩+高压旋喷桩+素墙联合支护，盾构机到达洞门前先经过土体加固区，掘出洞门加固区后再进入钢套筒内部填土区掘进。由于加固区土体、钢套筒内部土体与自然土体强度不一致，因此盾构机掘进过程中盾构参数需不断调整，实际掘进过程中刀盘扭矩变化如图9所示，详细数据如表1所示。

1) 刀盘扭矩洞门加固区前方土体为中粗砂，素墙处强度骤然增大，高压旋喷桩、三轴搅拌桩强度逐渐减小，钢套筒内回填土强度最小，盾构机直径6.48m，开口率32%。由图9可知，刀盘扭矩和土体强度相关性较高，土体强度增大，刀盘扭矩也增大。盾构机进入加固区前50环过程中，刀盘扭矩逐渐增大;进入加固区后，刀盘扭矩逐渐减小，平均值比加固区前增加约30%;进入钢套筒后，刀盘扭矩逐渐减小并趋于稳定，平均值比加固区减小约71.7%。

2) 切口水压刀盘切口水压变化如图10所示。由图10可知，盾构机在进入加固区前50环过程中，刀盘切口水压逐渐减小;进入加固区后，刀盘切口水压急剧减小并趋于稳定，平均值比加固区前减小约28.1%;进入钢套筒后，切口水压逐渐减小，平均值比加固区减小约39.1%。加固区前土体切口水压最大，加固区土压力由于降水和加固效果较好使切口水压降低。盾构机进入钢套筒后，由于钢套筒的变形密封性能受限，泥水循环由气垫模式转换为纯泥水模式，由进排泥流量差控制切口水压，因此切口压力最小。

盾构开挖直径6.52m，钢套筒内径6.8m，盾构容许偏差14cm，若姿态不好可能顶住钢套筒，无法顺利接收。故采取以下措施保证盾构姿态，从而顺利接收。在盾构接收前100环，复核盾构轴线及到达段洞门位置，确保有足够的空间调整盾构姿态。洞门位置钢套筒安装坡度较小，盾构在破除洞门前调平铰接，以便控制姿态。导向系统沿轴向延长至钢套筒后端盖，便于盾构在钢套筒内监测姿态。

1) 三轴搅拌桩+高压旋喷桩+素墙支护联合钢套筒接收工法增加了盾构接收的安全系数，确保洞门破除的安全。

2) 饱满的二次注浆能保证阻水效果，设计的4环特殊注浆管片效果良好。

3) 由于钢套筒对接缝拼装精度要求较高，且连接处抗变形能力较差，盾构机进入钢套筒后，若钢套筒由于运输、吊装产生的变形导致密封性能受限，可采用纯泥水模式掘进。

4) 盾构机进入钢套筒后空间狭小，故提前调平铰接，控制盾构机姿态是成功接收的关键步骤。