盾構區間鋼套筒接收技術應用研究

李 杰

(太原市軌道交通發展有限公司,山西 太原 030000)

1 工程現狀

太原軌道交通2號線學府街站—長風街站區間始于學府街與長治路路口南側的學府街站，區間向北延伸，下穿學府街高架橋樁基，最終到達長風街站，本區間由兩臺盾構機分左右線掘進。區間所屬地貌單元為汾河一級階地，沿線地形較為平坦，周邊為城市建筑。地面標高為778.9 m～780.5 m，南低北高。城市道路下方管線密集，管線埋深一般在3 m～6 m間。區間最大埋深約為18.4 m，最小埋深約為10.2 m。本場地存在不良地質主要有地面沉降及地震液化，勘察期間未發現其他諸如滑坡、崩塌、采空區等不良地質作用及地質災害。本區地震動峰值加速度0.20g(相當于地震基本烈度8度)。在對學長區間左線接收端加固區范圍內管線初步挖掘探測挖掘過程中，發現左線加固區范圍內還存在DN1 000熱力管兩根，右線加固區范圍內存在2孔3.8 m×1.4 m雨水方涵。探孔開始后，不斷發現之前交底和圖紙中未提示的管線(其中污水管存在滲漏，燃氣管為新發現管線)，增大了管線改移的難度。

2 盾構鋼套筒接收流程

2.1 洞門水平加固

洞門水平加固采用洞內全斷面水平深孔注漿的施工方案。是在洞門開孔成型后安裝注漿孔口管，由孔口管向土體內進行注漿。整個注漿過程是在一個封閉體系中進行的，漿液通過孔口注漿管進入處于封閉狀態的被注地層(黏質粉土、粉質黏土、粉細砂、中砂等)，注漿泵產生的壓力可使漿液在被注地層中向四周擴散，達到充填、擠壓、密實的作用，從而使松散含水砂層或粘土層變為密實的堅固地層，以達到注漿堵水的目的。

2.2 洞門鑿除

長風街站小里程接收端洞門處圍護結構為800 mm厚鋼筋混凝土地下連續墻，緊貼圍護結構外側為4 m～5 m厚的水平加固體，根據目前盾構機的刀具配置，直接切割鋼筋混凝土地連墻結構出洞具有一定的困難，為確保盾構機安全順利出洞，在盾構機到達前需先完成洞門位置圍護結構的鑿除工作。考慮長風街車站小里程端該位置地下水位較高，為確保洞門鑿除安全，在端頭加固區域緊鄰車站圍護結構位置進行4 m洞門水平加固，洞門鑿除時利用水平加固體及預留地連墻20 cm混凝土抵抗外側的水土壓力，以降低洞門鑿除的風險。洞門鑿除采用風鎬人工破除，洞門鑿除前必須確保洞門水平探孔檢查合格后再進行鑿除施工。洞門鑿除在鋼套筒完成安裝后進行。

洞門鑿除時按照兩層進行鑿除，第一層鑿除30 cm順序為由下至上進行，先將地連墻背土面保護層鑿除，露出外側第一層鋼筋；將第一層鋼筋割除之后，再開始鑿除第二層墻體，依舊按照由下至上分塊鑿除至剩余20 cm(迎土側)。但鑒于魚尾刀超前其余刀具開挖30 cm，故對中心區域進行多破除作業，保留至露出玻璃纖維筋為止。鑿除結束后要及時清理混凝土塊，將其破碎成小塊，從鋼套筒的第一節筒體兩側底部的清渣門運出。

在進行洞門鑿除施工時，采用φ48 mm腳手架鋼管搭設破除作業平臺，作業平臺每層步距高度控制在2 m范圍橫桿間距控制在1.3 m以內，立桿間距1.2 m，作業平臺應設置四道斜撐，斜撐與地面成45°夾角。作業平臺搭設完成后由質檢人員、安全員驗收合格后方可投入使用。

洞門鑿除完成后由項目部技術人員對洞門鑿除情況進行檢查，確保洞門鋼環范圍內不得殘留有鋼筋頭等雜物，同時洞門圈內側影響盾構的出洞的焊接物務必清理干凈。

2.3 密閉性檢測

在填料前需對鋼套筒進行密閉性檢測，檢測合格方能進行下一步。

2.4 鋼套筒內填料

密閉檢測完畢后，向鋼套筒內填混有一部分粘土的砂。從兩個圓形φ600 mm的填料孔中分別進行填料并適當采用水沖方式將砂沖下去，水進入鋼套筒內與砂混合后，還可以起到將砂密實的作用。填充夯實的砂層為C20混凝土基礎以上1 m范圍，根據專家評審要求，砂層以上填充盾構渣土，以保證其套筒內土體的流塑性以及密實性。為了將鋼套筒內的填料密實均勻，填料過程中要在兩個填料孔處分別進行填充作業，保證分配均勻，填充過程分階段進行，派人在填料孔觀察，填至一定高度時需要進行平整密實，平整后再繼續填料直至完全充滿整個鋼套筒。

3 盾構機到達及洞門封堵措施

1)盾構機在到達洞門前，要通過實際測量的數據結合繪圖演算出盾構刀盤觸碰接收端地連墻時的里程。盾構機在到達此里程的位置時即進入到達掘進階段，要安排專人值班，以每天兩次的頻率監測地面的沉降情況，并根據監測數據，采取補漿等措施。在到達前30環對盾構機姿態進行復核，并確保盾構機沿設計軸線推進出洞。

2)為具備盾構機到達前安全出洞的條件，待左右線洞門水平加固完成合格后，應在接收端頭范圍內進行降水作業，保證接收端頭范圍內地下水位降至底板以下1 m，避免水下出洞的風險。確定在左右線加固區中央南北向間距4 m成型兩孔深度為25 m的降水井，另外在右線加固區東側人工探槽并成型降水井2孔。場地內降水井合計布設4孔。

3)在盾構機刀盤碰觸地連墻以前，就必須注意盾構機掘進參數的選擇，防止糾偏過急以及通過正確的管片選型，保證盾構機碰觸地連墻時良好的盾構姿態。在即將碰壁之前，速度提前一環減小到小于10 mm/min，推力小于10 000 kN；到碰觸地連墻前50 cm時，速度減小到5 mm/min，推力減小到7 000 kN以下；刀盤轉速應小于1.5 r/min；土壓力控制在1.8 bar之間，貫入度調整到3 mm/min以內，螺旋機轉速保持在7 r/min左右以便順利帶出渣土，在此參數基礎上，操作手應在頂觸地連墻之前將主動鉸接全部伸出100 mm，為進套筒前姿態調整做好準備。

4)當破除洞口剩余20 cm厚地連墻時依靠鋼套筒內土體背壓，在刀盤旋轉時將地連墻磨碎，之后將土倉壓力加壓至1.8 bar左右，混凝土塊順利進入土倉，只要能夠進入土倉，就不會對掘進造成較大影響。出洞推進設置：a.參數設置：推速小于10 mm/min；推力小于5 000 kN；刀盤轉速小于1.5 rpm；貫入度調整到2 mm/min以內。b.出洞時姿態控制：為了防止出洞時盾構機栽頭，要求盾構機機頭高于軸線2 cm～3 cm，呈略抬頭高于出洞上坡25‰ 的向上姿態。洞門破除清渣完成后，對筒體連接螺栓進行一次徹底的復緊，鑒于連接螺栓為高強度8.8級的M27螺栓，要求其復緊扭矩應達到1 570 Nm，采用雙彈簧墊片來加強其防松動性能。

5)進入鋼套筒掘進的相關參數設置。

參數設置：推速不大于5 mm/min；推力不大于4 000 kN，以不超過此值為基準；在鋼套筒內以管片拼裝的模式進行掘進，刀盤轉速控制在1.0 rpm以內。刀盤轉動前，要與鋼套筒外部進行聯系，確保人員及設備安全、測量監測人員就位后，才能進行掘進。盾構機在鋼套筒內掘進過程中，隨時和外部觀測人員聯系，一旦發現有滲漏或變形量超過設計值時，立即停止掘進，及時采取相對應的措施。

6)注漿封堵。在盾體出洞、盾尾通過洞口的過程中，每環均應雙液注漿，在盾尾通過連續墻后，及時在盾尾部位的管片注雙液漿，注漿量為管片與洞門和隧道間隙的180%。隨時檢查鋼套筒是否有形變、滲漏等情況，如有形變過大或滲漏等情況發生，可以采取調低或停止注漿，并減小推速等措施。

7)盾構機整個通過洞門并完成盾尾密封后，刀盤應低速運轉，并開大螺旋機轉速加大土倉出土量，然后逐步泄壓，將鋼套筒土倉中的漿液通過螺旋機抽走。

8)打開鋼套筒底部的排漿管，排出剩余的漿液，并檢查鋼套筒是否滲漏。在盾尾雙液漿凝固后，在穩定安全的情況下，才可開始拆除鋼套筒。

9)測量與監測：盾構機到達掘進過程時加大測量監測的頻率，并復核控制點，確保盾構機出洞的姿態正確。在盾構機出洞前布置監測點，在端頭連續墻、地面及周圍建筑物布置沉降觀測點，圍護結構及鋼套筒、洞門周圍布置形變監測點。監測點布置完成后采集測量初始值，盾構機出洞過程中每12 h監測1次，若變形較大，增加監測頻率并及時通報項目部采取處理措施。進鋼套筒過程中，設置觀測鋼套筒變形裝置，發現異常情況立即停機處理。

盾構機全部進入鋼套筒后，使用螺旋出土有意降低土倉壓力，等待8 h～10 h后，通過觀察土倉壓力是否回升，或者通過胸隔板上土倉閘門進行觀察判斷洞門是否密封完好。此時打開管片上部預留的注漿孔球閥、鋼套筒過渡連板上預留的觀測管，如觀測出水量較大時，則繼續通過預留注漿管注漿，直至打開球閥無水流出，方可拆解鋼套筒。鋼套筒拆除前在確保土倉壓力無變化時，利用套筒尾端的泄壓閥門進行泄壓，以保障套筒拆除時的安全。