地鐵盾構始發用簾布橡膠板安裝應用與研究

曹 暘（上海市機械施工集團有限公司, 上海 200072）

隨著城市地下鐵路的不斷發展、壯大，盾構法施工已經成為目前城市地鐵施工的主流技術。與此同時，盾構法施工的高風險性、高難度成為行業焦點，也是眾多業內精英始終在研究的課題。在盾構法隧道施工過程中，盾構始發風險極高，洞門防水施工對控制洞門處地面沉降、洞門塌陷、洞門漏水漏沙起著關鍵性的作用。因此，洞門防水施工控制就成為重中之重。

盾構機在始發過程中，在洞門處安裝簾布橡膠板+折葉壓板組合而成防水密閉裝置，可以有效規避洞門涌沙、涌水的風險，且防水性能好、易安裝、連接可靠、穩定牢固，見圖1。這種組合防水密閉裝置，將簾布橡膠板穿在洞門鋼環螺栓上，通過折葉壓板壓緊，最終將盾構機嚴密包裹，從而達到止水效果，目前已在各大城市地鐵施工中廣泛應用。

圖1 簾布橡膠板+折葉壓板組合防水密閉裝置

1 簾布橡膠板正反安裝的區別

對于常規盾構始發而言，洞門防水是整個盾構始發的控制重心，除了處理好洞門加固、端頭降水、周邊河流明水等風險源之外，控制好洞門自身防水措施顯得尤為重要，洞門通常在車站施工過程中同步預留，采用預埋鋼環形式，與鋼環配套防水措施即折葉式壓板+簾布橡膠板。

簾布橡膠板 + 折葉壓板是利用M 20 mm螺栓將其固定在洞門預留鋼環上，簾布橡膠板為該裝置主要防水構件，而折葉壓板主要作用為壓緊簾布橡膠板，防止在盾構機推進過程中翻邊。沿簾布橡膠板圓環方向共布置72個螺栓，橡膠簾布板圓環寬度68 cm，厚度2 cm，在盾構機開始掘進后，簾布橡膠板及折葉壓板內翻，經過折葉壓板擠壓，使得整個簾布橡膠板箍在盾構機殼體上，防止刀盤側面泥水沿洞門進入工作井，達到洞門防水的效果。

無錫地鐵1號線南延線01標工程包括了一站兩區間，主體結構車站為雪浪坪站車站，區間為長廣溪站—雪浪坪站區間、雪浪坪站—萬達城站區間，兩個區間盾構始發均在雪浪坪站完成。雪浪坪站端頭井始發地層為⑤1粉質黏土、⑤2黏質粉土、⑤3粉質黏土層，其中⑤1、⑤3為軟土，易產生土體流動，⑤2為微承壓含水層，易產生涌水、涌沙。所以，盾構始發風險較大，做好降水、監測量控是確保順利始發的前提，洞門防水質量顯得尤為重要。

洞門第二次鑿除后需要立即安裝橡膠簾布板，沿洞門自上而下安裝橡膠簾布板，先將螺栓穿過橡膠簾布，再依次安裝折葉壓板。折葉壓板安裝較為困難，先將插入橡膠簾布的螺栓拔出，將折葉壓板逐塊安上后再將螺栓擰上；將折葉壓板與加勁板焊接為一體，銷套和翻板焊接成一體，用銷軸將其和折葉壓板插在一起，最后將洞門范圍內的螺帽擰緊。

由于簾布橡膠板下邊緣一面為凸起狀，另一面光滑狀，而施工圖紙卻未明確在安裝過程中該凸起狀應該為正面還是方面，因此為確保簾布橡膠板安裝質量，對長廣溪站—雪浪坪站區間左右線采用不同的安裝方法進行對比分析，確定簾布橡膠板正反安裝的防水效果。人為定義在盾構始發過程中，凸起狀對著工作井為反裝，凸起狀對著隧道為正裝。

2 簾布橡膠板正、反安裝對比

盾構始發過程中，盾構機與洞門以及管片與洞門均存在一定的間隙，為防止該泥水及漿液隨著間隙滲入工作井，采用了具有伸縮性的簾布橡膠板包裹盾構機。從原理上來講，簾布橡膠板與簾布橡膠板拉伸率、折葉壓板可靠性以及簾布橡膠板與盾構機密貼程度有著密切關系。

由于簾布橡膠板尺寸比盾構機小，所以在盾構機始發掘進過程中，必然存在著簾布橡膠板的拉伸變形。經過拉伸的簾幕板可以更為有效地貼合盾構機，橡膠簾布板與盾構機之間密貼情況直接影響洞門防水質量。

盾構機始發過程中，折葉壓板作為簾布橡膠板的支撐結構，它的節點、角度直接影響了整個防水裝置的受力。為確保在水土壓力的作用下橡膠簾布板不出現翻邊、漏水現象，折葉壓板的折角、靈敏度顯得尤為重要。

簾布橡膠板有一定的拉伸率，圖紙材料設計中明確簾布橡膠板拉伸率不差過 28.8%。超過設計拉伸率，簾布橡膠板會發生不可逆拉伸變形。

根據現場實際操作過程，對簾布橡膠板的安裝從上述 3個方面逐步對比分析。

2.1 簾布橡膠板拉伸率

在盾構機始發過程中，隨著盾構機向洞門內推進，簾布橡膠板內環圈會緊緊箍在盾構機上。以小松盾構機（φ6.34 m）為例，盾構機半徑 3.17 m，而簾布橡膠板內徑 2.73 m，簾布橡膠板會隨著盾構機進洞，整個簾布橡膠板全部箍緊盾構機。以此為理論計算模型，計算簾布橡膠板拉伸率。

（1）簾布橡膠板正裝拉伸率。伸長率＝（扯伸后長度－扯伸前長度）/扯伸前長度×100% ＝（3.14×2×3.17－3.14×2×2.73）/（3.14×2×2.73×100%）＝ 16.1%

（2）簾布橡膠板反裝拉伸率。伸長率＝（扯伸后長度－扯伸前長度）/扯伸前長度×100% ＝（3.14×2×3.19－3.14×2×2.73）/（3.14×2×2.73×100%）＝16.8 %

從計算結果可以發現，簾布橡膠板正裝伸長率達到16.1%、反裝 16.8%。設計簾布橡膠板理論拉伸率可以達到28.8%。通過對比分析可以看出，簾布橡膠板反裝拉伸率大于正裝，且均滿足簾布橡膠板材料性能要求。理論上講簾布橡膠板反裝可以更加牢固地箍住盾構機，但由于兩種安裝方案伸長率差值不大，因此認定基本一致。

2.2 折葉翻版可靠性

盾構機在進入隧道過程中，簾布橡膠板能夠有效抵擋洞門內泥水，簾布橡膠板可以起到有效的止水作用。

本工程采用的為φ6.34 m 小松盾構機，現場預留洞門環φ6.7 m，最終成型的隧道管片外徑 6.2 m，所以在盾構機與洞門之間存在著 18 cm 間隙，管片與洞門之間存在 25 cm 間距，根據折葉板壓折葉長度計算折葉壓板折角，確保穩定牢固。

（1）折葉板與盾構機折角。折葉壓板示意圖見圖2，折葉壓板簡化圖見圖3。

圖2 折葉壓板示意圖

圖3 折葉壓板簡化圖

折葉與盾構機夾角 β，根據盾構機與洞門圈直徑確定。

所以β=arcsin（洞門圈半徑-盾構機半徑）/折葉壓板長度=30°

（2）折葉壓板與管片折角。折葉壓板示意圖見圖4，折葉壓板簡化見圖5。

圖4 折葉壓板示意圖

圖5 折葉壓板簡化圖

折葉與管片夾角β，根據盾構機與管片直徑確定。

所以β=arcsin（洞門圈半徑-管片半徑）/折葉壓板長度=44°。

通過在盾構機在始發過程中，簾布橡膠板與盾構機以及簾布橡膠板與管片之間的作用形式，兩種安裝方法折葉壓板與盾構機、管片都可以連接牢固，折葉折角均＜ 45°。受力穩定，均能滿足要求。

3.3 簾布橡膠板可靠性分析

通過模擬盾構機始發過程，發現盾構機在慢慢進入隧道的過程中，簾布橡膠板能夠有效地箍住盾構機，與折葉壓板結合使用可以有效起到防水作用。簾布橡膠板反裝見圖6，簾布橡膠板正裝見圖7。

圖6 簾布橡膠板反裝

圖7 簾布橡膠板正裝

在模擬盾構始發狀態情況，可以明顯發現，隨著盾構機緩緩進入隧道，簾布橡膠板正裝狀態下盾構機與簾布橡膠板貼合緊密，凸起物與盾構機無縫密貼，在后期推進、注漿的過程中，盾構機與洞門圈間隙內泥水可以填充滿，并且壓緊簾布橡膠板，可以有效避免泥水及漿液進入工作井，止水效果好。

簾布橡膠板反裝，雖然使得簾布橡膠板拉伸率增加，但是與盾構機貼合有間隙，止水效果不及簾布橡膠板正裝。

4 結 語

通過對簾布橡膠板正反安裝的拉伸率、折葉壓板可靠性以及簾布橡膠板與盾構機貼合程度分析，可以發現在盾構整個始發過程中，盾構機與簾布橡膠板緊密貼合，簾布橡膠板在 36 cm 折葉壓板的緊壓下，簾布板能夠很好地起到防水作用。在研究過程中也可以清楚地看到，簾布橡膠板正裝可以與盾構機緊密貼合，水土及漿液在簾布橡膠板凸起物作用下，能夠更為有效地緊壓在盾構機上，使得盾構機在始發過程中更有效地起到止水作用。

無錫地鐵 1號線南延線 01 標在盾構始發過程中，通過采用橡膠簾布板正裝方式（凸起物正對隧道），使洞門止水效果在盾構始發中得到了驗證，可以為更多的隧道工程建設提供參考依據。