地鐵區間隧道盾構鋼套筒輔助接收技術分析

(中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410004)

地鐵區間隧道盾構鋼套筒輔助接收技術分析

姜佳

(中國水利水電第八工程局有限公司湖南長沙410004)

盾構接收施工是隧道施工中的關鍵點，也是盾構隧道施工中極易出現事故的階段。在本次研究中，以黃土嶺站～砂子塘站區間為研究對象，對區間左線盾構接收鋼套筒輔助作業施工方案以及施工技術要點進行詳細探究，以期為類似工程提供借鑒。

盾構隧道；鋼套筒；吊裝；支撐安裝

一、引言

現如今，在隧道工程施工中，盾構接收技術包括接收工法、鋼套筒工法、水中接收工法等等。通過應用鋼套筒輔助接收施工技術，能夠有效避免在盾構到達接收過程中出現漏水或者涌砂等的問題，從而保證盾構安全出洞。因此，對盾構施工中的鋼套管接收方式進行詳細探究迫在眉睫。

二、隧道盾構鋼套筒輔助接收技術概況

在隧道盾構施工中，如果盾構機到達端頭不滿足加固條件，則需要采用鋼套筒輔助工技術，保證盾構機到達階段施工的安全性。盾構接收鋼套筒主要裝置是圓柱形半封閉杯口形容器，開口段與盾構接收端洞口預埋洞口鋼環連接，形成一個密閉的、微壓容器，容器內充滿均質、具有一定強度的填料，提供盾構推進時對接收端加固段土體形成的反力，能夠確保在盾構掘進施工過程中，避免出現涌砂涌水等安全問題。

三、工程概況

本區間采用盾構法施工，區間左線為單洞單線隧道。隧道起止里程為：ZDK35+146.2～ZDK35+733.197，短鏈4.061m，左線隧道長582.936m。區間左線平面曲線半徑350m、隧道縱斷面為單向坡，其中最小坡度為2.000‰，最大坡度為5.48‰，豎曲線半徑為3000m。

四、鋼套筒結構設計

接收鋼套筒是一端開口的桶狀結構，整個鋼套筒總長為11030mm，由1個過渡環、4個筒體、1個后端蓋和后背鋼支撐等部分組成。鋼套筒結構形式如圖1所示。

圖1 鋼套筒結構示意圖

五、施工方案

(一)鋼套筒加工

鋼套筒的制作由專業廠家負責，最終將驗收合格的鋼套筒運至施工現場。鋼套筒加工應滿足《鋼結構設計規范》(GB50017-2014)及《鋼結構焊接規范》(GB50661-2011)的相關要求外，尚需滿足如下技術要求：

(1)密封耐壓達到0.4MPa不滲漏；

(2)圓度要求小于10mm；

(3)法蘭平面度小于5mm(用螺栓連接)。

(4)后靠及支撐體系必須滿足工程實際要求。

(5)所有法蘭螺栓孔必須成對加工，確保拼裝精度；

(6)投料口、排漿孔等開口位置均應焊接嚴密，防止漏水。

(二)鋼套筒吊裝(平移)

鋼套筒組裝流程：鋼筒體4、過渡環下半幅在右線盾構井下井拼裝→筒體3、2、1下半幅下井拼裝→端蓋下半幅下井拼裝→鋼套筒下半圓用螺栓連接緊固→依次把過渡環、筒體和端蓋上塊放在鋼套筒的下半圓上，用工字鋼固定好→整體平移至左線隧道中心→過渡環上半幅拼裝→依次拼裝筒體4、3、2、1以及端蓋上半幅→整體螺栓連接安裝。鋼套筒吊裝示意圖如圖2所示。

圖2 鋼套筒平移平面示意圖

(三)支撐安裝

1.支撐安裝

鋼套筒與洞門環板焊接完成后，即進行安裝筒體后背支撐，支撐為φ609×16無縫鋼管。后背支撐一部分為直撐，撐在結構側墻上，一部分為斜撐，撐在站臺板上，無論直撐還是斜撐，其底部應用2cm厚鋼板封口，且封口鋼板與底板鋼筋焊接在一起。

2.橫撐安裝

鋼套筒安裝完畢后，檢查確認后，即進行安裝橫向支撐。其中，在橫向支撐施工過程中，在基坑側墻結構，采用HW200型鋼進行支撐，確保支撐與側墻有效接觸。斜撐在結構側墻或底板上時應鑿除保護層，與結構鋼筋有效連接。鋼套筒每邊共設置6道橫向支撐，間隔1600mm布置，堅向高度要求支撐在距離鋼套筒托架底部500mm處。

(四)焊縫檢測

鋼套筒及后背支撐安裝焊接完成后，應對過渡環焊縫、支撐焊縫、吊耳及其它受力構件進行外觀檢驗，外觀檢驗合格后進行無損檢驗，無損探傷采用超聲波探傷法(UT)，焊縫等級需達到II及以上。

(五)砂漿基座

在鋼套筒底部60°范圍內澆筑15cm厚的C20砂漿基座，并保證砂漿基座伸入洞門內與加固土體相接，以保證刀盤出加固體時扎頭。

(六)鋼套筒滲漏檢查

1.滲漏檢查方法

(1)連接。首先準備好試驗設備，將試驗設備與鋼套管進行連接，在試壓過程中，將閥門、壓力表安裝在鋼套筒的頂部位置，同時，在鋼套筒最高點，還需要安裝放氣閥。(2)灌水。將放氣閥打開，同時關閉泄水孔，將水住滿鋼套管。在本次試壓過程中，采用自來水，當排氣閥連續向外排水時，即可關閉排氣孔。(3)檢查。系統充水完成后，需要對系統是否發生滲漏問題進行檢查。(4)升壓。通過充水檢查，沒有發生異常后，即可升壓，在升壓過程中，采用手動試壓泵，注意緩慢、平穩的升壓，首先升壓至試驗壓力一半，然后對鋼管筒進行全面檢查，如果發現異常問題，則應該及時做好修復措施，如果沒有發生異常問題，則可以緩慢、平穩的持續升壓，當升壓至試驗壓力的3/4后，還需要對鋼管筒進行全面細致的檢查，如果沒有發現異常問題，則持續升壓。(5)持壓。當壓力上升到試驗壓力后，穩壓10min，然后將壓力降低至設計壓力，停壓30min，確保壓力不會降低，并且鋼管通過不會發生滲漏問題。(6)試壓結束。試壓結束后，需要盡快排進系統積水。

(七)填料

1.粗砂填筑

當鋼套筒檢查完畢，通過φ600鋼管將中粗砂從地面上溜到結構負二層中板，再從從中板預留孔洞中通過混凝土噴射機將砂料吹至鋼套筒內。鋼套筒內吹噴粗砂時應從鋼套筒過渡環到后端蓋依次分塊、分層填筑，分層填筑高度應控制在50cm左右。

回填料用量Q為：

Q=πd2(L+B)/4=3.14×6.622×(10+0.9)=374.98方

其中，d為鋼套筒內徑，L為套筒長度，B為洞門鋼環寬度。

2.底部注漿

填筑完成后，頂部下料孔保持打開狀態，通過每段鋼套筒底部預留三個2寸帶球閥注排漿管，從下往上注膨潤土漿液。膨潤土漿液的配比應通過試驗確定，參考用量為8%。注漿壓力應控制在0.3-0.5MPa，頂部翻漿即可停止。注漿過程中應派人對頂部下料孔進行巡查，出現異常應立即停止，查明原因后方可進行。

(八)盾構到達

盾構機到達鋼套筒輔助接收工法擬模擬盾構機在軟土砂層中的掘進，并在鋼套筒內完成到達環管片拼裝。 接收鋼套筒填料及檢驗工序作為確保新工法順利推進的重要保證， 一方面增強了盾構施工的整體保壓性能；另一方面加大了盾構機進入鋼套筒施工期間底部地基承載力，避免盾構機筒體“栽頭”導致筒體直接與接收鋼套筒內壁接觸。

六、盾構鋼套筒輔助接收施工監測

根據本區間工程特點，在施工的全過程中需進行系統的施工監控量測，目的是為了及時獲取施工有關信息，及時調整盾構掘進參數或采取相應的工程措施。必測項目：洞內洞外觀察，地表沉降或隆起，臨近建(構)筑物，地下管線，管片襯砌變形。 選測項目：土體分層沉降及水平位移，管片襯砌與地層接觸應力，襯砌環內力，地下水位等。監測內容與數量包括以下幾點：(1)周邊建(構)筑物監測本區間隧道建(構)筑物保護監測主要包括：氣象局科技樓(華云大酒店)在鋼套筒輔助接收期間應加強監測。(2)盾構區間地表沉降監測。接收端100m范圍內，每10～20m設一個主測斷面，軸線上每5m設一個監測點。(3)管片結構凈空收斂監測。在盾構接收端每5～10m設一監測斷面。(4)鋼套筒及支撐變形及安全狀態監測。主要監測鋼套筒及后背支撐有無變形、開裂、脫焊、掉漆、滲漏水、異常聲音及拼縫寬度等。

七、結語

綜上所述，本文主要對區間隧道盾構到達鋼套筒輔助接收技術進行詳細探究。在盾構施工中應用鋼套筒輔助接收施工技術，能夠有效避免在盾構到達后出現漏水、涌砂等施工風險問題，從而保障盾構安全出動，值得推廣應用。

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