地鐵盾構鋼套筒接收技術

朱英偉 李立志 馬曉峰 劉江浩

地鐵盾構鋼套筒接收技術

朱英偉 李立志 馬曉峰 劉江浩

在地鐵工程盾構法區間隧道施工中，始發和接收過程是整個工程中的關鍵工序，也是難度最大、風險最高的環節，尤其是盾構接收過程尤為明顯。文章通過東莞地鐵2號線某區間首次采用的鋼套筒接收盾構技術的成功應用，闡述鋼套筒盾構接收的技術原理、組裝流程、接收工藝。

地鐵；盾構接收；鋼套筒；技術應用

1 工程概況

東莞地鐵2號線某標段盾構機在珊美站接收并吊出，吊出井所處的地質條件主要是中砂層，隧道底部局部有全風化含礫砂巖和強風化含礫砂巖，隧道頂部有約4 m的粗砂層，距離接收井約150 m處有排洪渠。由于地質條件差，所以端頭加固方案采用素混凝土連續墻+雙重管旋噴樁進行加固。珊美站端頭加固后，通過垂直鉆孔和水平鉆孔的檢驗，發現地下水量比較大，在盾構機到達時，易出現涌水涌砂的情況，可能導致比較大的風險：①由于本盾構機長度9.8 m，而加固體只有10 m，盾構機到達接收時，盾尾只進入加固體80 cm，而且隧道又處于易透水的砂層；②隨著河道水位的提高，地下水位的高度已經超過了加固體的高度，大量地下水從加固體頂部滲透；③加固體的素混凝土連續墻與車站圍護結構的連續墻之間，由于施工工藝限制，2道連續墻之間會存在空隙。為此，項目部研究決定采用盾構鋼套筒接收技術。

2 盾構鋼套筒接收技術

盾構鋼套筒接收技術是在盾構接收端頭井提前安裝1個內徑大于盾構機外徑的拼裝式密閉桶狀鋼結構套筒，并在鋼套筒內填入碎石、細砂、膨潤土、水泥等填充料，形成1個外延箱體，密閉后以抵抗平衡地下水土壓力，使盾構接收全過程在鋼套筒內完成，最終盾構完全推進至鋼套筒內，完成盾構接收（圖1）。

圖1 鋼套筒接收盾構示意圖 （單位：mm）

本項目依據盾構機的尺寸和接收井的情況，鋼套筒采用16 mm厚A3鋼板制成，筒體部分長9.9 m，內徑6.5 m，共分A塊（底座部分，每段3.3 m）、B塊（上部側面2段）和C塊（正上方1段）3部分，每段及上下部分均加焊法蘭端面并用高強螺栓連接，中間有密封條。鋼套筒與洞門環板之間通過500 mm厚過渡環連接，鋼套筒反力通過基準環進行承載受力，基準環位于反力架和鋼套筒之間。為了封閉鋼套筒，用封蓋與基準環進行連接（圖2）。

圖2 鋼套筒結構示意圖

3 鋼套筒組裝

3.1 主體部分連接

（1）在開始安裝鋼套筒之前，首先在基坑里確定出井口盾構體中心線，也就是鋼套筒的安裝位置，使從地面上吊下來的A塊底座鋼套筒力求一次性放到位，通過千斤頂進行微調，確保螺栓連接的準確性。

（2）B塊與A塊的連接。注意吊點的選取以及各塊之間密封條的安裝，保證連接后的密封性。

（3）鋼套筒過渡連接板與洞門環板的連接。過渡連接板與洞門環板相接觸后，要檢查2個平面是否全部能夠連接，如有空隙需填充鋼板并與過渡板焊接牢固，務必將空隙盡可能地堵住，要求過渡連接板與洞門環板雙面滿焊。

（4）基準環與A、B塊的連接。基準環上下部分分別與A、C塊進行連接，確保螺栓、密封的安裝可靠。

（5）安裝封蓋。在安裝最上方部分C塊之前，安裝最端部的封蓋使之與基準環進行連接。

（6）安裝最上方部分C塊。其他部分安裝完畢后，進行C塊的安裝，此時，需要注意用倒鏈葫蘆將B塊進行微調，保證C塊的安裝空間，最后再復緊所有連接螺栓。

圖3為組裝后的鋼套筒。

3.2 反力架與支撐安裝

安裝反力架時，首先應在基坑里定好位，然后根據井口面與洞門中心的標高，在地面上先割去反力架立柱下端多出的部分（約250 mm），使其能更好地適用于標高不同的基坑，之后在地面上安裝好反力架。反力架與基準環通過20個60 t的千斤頂進行緩沖過渡，千斤頂初始壓力約10 MPa，總反力約為600 t。千斤頂設置有液控互鎖閥，隨著盾構機向外推移的推力增加其提供的反作用力也相應增加。

反力架支撐安裝時，依據接收井結構上下位置安裝水平撐和兩側斜撐，確保反力架的穩固。圖4為反力架安裝完畢圖。

圖3 組裝后的鋼套筒

圖4 安裝完畢的反力架

3.3 鋼套筒填料與試驗

鋼套筒內部需要填充物料并建立與盾構機在該位置土壓相一致的壓力，填充材料的選擇應注意最下方碎石填充在套筒底部30 cm高范圍內，約20 m3，其余空間填充砂，這樣可以保證刀盤掘削時不至于因為設備下沉而引起碰觸套筒內壁的現象。另外，填充料的時間可以選擇在安裝C塊之前，或者通過C塊上方的填料孔插入導管進行填料。

通過上方預留的球閥向套筒內部加水試驗密閉情況，如果壓力能夠達到100 kPa，則停止加水，并維持壓力穩定，如水壓達不到100 kPa，則將水管解開，利用空壓機向鋼套筒內加氣壓，直至壓力達到100 kPa為止。之后，對各個連接部分進行檢查，包括洞門連接板、鋼套筒環向與縱向連接位置、后端蓋板的連接處有無漏水，檢查反力架支撐的各個焊縫位置有無脫焊情況。一旦發現有漏水或焊縫脫焊情況，必須馬上進行卸壓并及時處理，上緊螺栓或重新焊接。完成后再進行加壓，直至壓力穩定在100 kPa，且未發現有漏點后方可進行卸壓，準備盾構機出洞。

4 盾構機接收

（1）在盾構機通過洞門時，掘進速度應控制在10 mm/min以下，刀盤轉速也要不易過大，控制在0.6～1rad/min之間，推力應控制在1 000 t以內為宜，尤其在頂推最后1道連續墻時速度以3 mm/min為宜，以免速度過快造成部分墻體的倒塌對套筒造成損壞。

（2）在盾構接收進入鋼套筒時，必須嚴格控制土壓力，盡量減少土壓上下波動。操作時根據埋深及承壓水水頭壓力計算土壓設定值，并在實際推進時進行適當調整。操作時不宜隨意降低土壓，否則會出土量過大，引起盾構扎頭以及后方承壓水竄入刀盤前方，導致盾構無法正常推進。也不可隨意增大土壓，造成鋼套筒破壞引發事故。

（3）時刻觀察盾構機的姿態，確保盾構機略微抬頭的趨勢進行，控制好分區油壓。盾構機出洞姿態建議保持平面偏差在±10 mm以內，豎向保持在30 mm。盾構接收姿態控制：前盾水平15 mm，垂直30 mm；后盾水平15 mm，垂直5 mm；俯仰角3 mm/m。

（4）盾構機進入鋼套筒的過程中應注意安排專人監視鋼套筒的側移情況，仔細檢查鋼套筒百分表和頂撐油缸壓力的數值，若壓力增大明顯，需停止掘進，查明原因；檢查鋼套筒各連接部位的密封狀況是否良好，如出現涌水涌砂則要停止掘進進行封堵。

（5）待盾構機完全進入密封鋼套筒后，先對盾尾后5環管片進行補充注漿，確保隔斷端頭與鋼套筒的水力聯系，然后排空鋼套筒內泥漿，打開加料孔以及下方6個排水閥試水，最后工作人員需進入土倉查看內部情況，確認無誤后拆解密封鋼套筒吊出盾構機。

5 結論

此次盾構鋼套筒接收為東莞地鐵首次使用的盾構接收新工藝，其成功應用確保了隧道的全線貫通。盾構鋼套筒接收技術因其具有較好的安全性、可靠性、高效性、經濟、低碳等特點而被越來越多的施工單位所重視，具有很好的推廣價值。

（1）施工安全性好，可在大深度、高水壓、地質復雜條件下進行盾構接收工作。

（2）通過對鋼套筒進行密封處理，可以使盾構接收過程完全密閉，以抵抗后部承壓砂層地下水土壓力。

（3）通過對鋼套筒內填充料的優化，提高了鋼套筒接收施工的速度及可操作性。

（4）對鋼套筒結構優化設計，降低了鋼套筒造價及安裝成本。

（5）鋼套筒采用分節拼裝，使施工便利、安裝時間縮短，并且可以周轉重復使用。

（6）盾構鋼套筒接收技術節省了常規盾構機接收需要施作加固區的費用約150余萬元，不對地質環境造成破壞，具有較好的經濟性與環保性。

（7）盾構鋼套筒接收技術解決了不能施作加固區特殊情況下的盾構出洞難題。

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[5] 吳宗澤. 機械設計實用手冊[M].北京：化學工業出版社，2010.

責任編輯 朱開明

Installation Technology of Metro Shield Steel Sleeve

Zhu Yingwei, Li Lizhi, Ma Xiaofeng, et al.

In the metro shield tunnel construction, originating and arriving process is a key step for whole project, and it is also most difficult and highest risky link, especially shield arriving process is particularly diffi cult. The paper describes the successful application of shield steel sleeve arriving technology in Dongguan metro line 2 and the technology principle, assembly process and arriving process of steel sleeve shielding.

metro, shield arriving process, steel sleeve, technology application

U455.43

2014-01-26

朱英偉：中建交通建設集團有限公司，工程師，北京 100142