柔性鋼套筒盾構接收技術研究

(中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300350)

一、工程概況

天津地鐵6號線人民醫院站～長虹公園站區間共投入兩臺盾構機參與施工，區間右線采用鐵建重工Φ6410土壓平衡盾構機施工，左線采用海瑞克Φ6390土壓平衡盾構機參與施工。區間右線、左線盾構均在長虹公園站北端始發，在人民醫院站南端接收。區間平面地理位置見圖1所示。

圖1 區間平面地理位置示意圖

(一)區間概述。區間左線設計里程為：左DK18+380.000～左DK19+114.126(含長鏈0.003m，短鏈0.384m)，左線隧道全長733.745 m；右線設計里程為：右DK18+380.000～右DK19+114.126，右線隧道全長734.126m；區間左右線隧道總長1467.871m；區間最小曲線半徑2000m，區間線間距11m～15.6m，區間隧道為單面坡，最大縱坡-11.909‰，隧道覆土約11.6～20m。區間隧道設聯絡通道一處。

區間管片為預制鋼筋混凝土管片，環寬1.5m，內徑5.5m，外徑6.2m，采用錯縫拼裝。

二、盾構接收工藝流程

根據天津地鐵盾構法隧道施工強制性要求，本區間盾構接收采用二次接收方式，具體接收流程如圖2所示：

圖2 盾構接收施工流程圖

三、鋼套筒設計與安裝

(一)鋼套筒的設計。鋼套筒是由筒體、后端蓋、反力架、支撐等組成的一端開口、一端封閉的容器[1]。使用時通過向容器內填充水泥漿液，以支撐土體，從而滿足盾構的接收需求。1.筒體。筒體部分長12000mm，內徑6700mm，分4段，每段分為上下兩個半圓，每段筒體的端頭和上下兩個半圓之間的接合面均焊接圓法蘭，法蘭用螺栓連接，中間加一個3毫米厚的橡膠墊和兩個遇水膨脹襯墊，以保證密封效果[2]。進料口設置在圓筒上方，下部設有8個排水孔，預留檢查孔。2.后端蓋。后端蓋為平面蓋，由冠球蓋與平面環板組成。3.反力架。所用反力架由許許多多的鋼管組成，安裝時緊貼后端蓋，且要求鋼管斜撐在車站底板上，施加一定的預應力。4.筒體與洞門連接。為保證筒體與洞門連接的密閉性，將在鋼套筒與洞門之間設置過渡連接板，即橡膠板。其通過焊接的方式與洞門環板連接，通過螺栓擰緊的方式與鋼套筒連接[3]。若施工時存在縫隙，應盡快完成縫隙的填補。具體連接方式如圖3所示。

圖3 筒體與洞門鋼環連接示意圖

(二)鋼套筒的安裝。對加工好的鋼套筒運送至盾構井下，先進行分塊連接，后進行分段成筒連接[4]。同時連接縫處采用安裝3mm厚橡膠墊+兩條遇水膨脹襯墊措施，用以止水。鋼套筒頭部與洞門圈鋼環通過橡膠板連接。鋼套筒連接好后，對套筒用H型鋼進行支撐。安裝完成后，先對鋼套筒灌水，進行密閉性檢查，若有漏水的部位，應及時進行修補。

四、柔性鋼套筒盾構接收技術

圖2已經說明了盾構接收的工藝流程，現在對其中的關鍵技術進行詳細的說明。

(一)控制測量復核。在盾構到達之前，應對到達處洞門中心標高、平面位置及洞門直徑進行復測，以確定洞門的精確位置。

盾構機接收是隧道貫通的關鍵。控制盾構機的水平和垂直誤差是盾構接收段的主要任務，應進行嚴格把控，以減少盾構到達前的管片偏差值。同時在此段還應加強盾構姿態的控制，以使盾構擁有良好的姿態，安全精確進洞[5]。

盾構機到達前200米應進行貫通測量(地面控制網復測、聯系測量、洞內控制點復測)，必要時采用陀螺儀定向，并且進行接收洞門復測，確保盾構的進洞姿態[6]。在最后50環推進的時侯，每10環進行一次人工復測，及時修正盾構機掘進姿態，盾構在距洞口50m左右時，再進行一次導線測量，在進入加固土體前應以量少多次的原則，適時進行盾構姿態的調整，確保盾構機的位置偏差在±15mm以內，仰角允許偏差控制在2mm/m以內，以避免出現俯角姿態，從而使盾構機姿態保持準確無誤安全進洞[7]。

(二)控制注漿。盾構掘進過程中，應采用雙液型注漿材料，以同步注漿的方式，填補管片與土體之間的空隙區域，以防止地面沉降。在必要的時候，應以注漿速度來控制掘進速度的快慢[8]。遇到管片滲水嚴重或地表出現較大沉降時，根據實際情況及時進行二次注漿補強，以達到止水效果及保證管片背后填充密實。

(三)洞門混凝土破除。先進行探孔施工，若無滲漏水現象，且垂直取芯質量檢測合格，在通過接收條件驗收后,當盾構掘進至洞門圍護結構(地下連續墻)時，方可進行洞門混凝土破除。若探孔處若出現涌水、涌砂等問題時，應以量少多次的原則進行注漿補強，直至探孔無滲漏水現象為止[9]。

(四)鋼套筒內回填。當洞門混凝土破除完畢后，先對鋼套筒灌水，進行密閉性檢查，若有漏水的部位，應及時進行修補，待合格后方可進行填料。進行填料時，使用水泥漿液為材料，同時填充兩個填料孔以確保填料在鋼套筒中的均勻分布。

圖7 接收洞門密封裝置示意圖

(五)洞門止水措施。由于洞門圈內徑與盾構外徑大小不一致，在使用時則會在盾構周圍產生間隙。因此在盾構進入洞門前，采用在洞門鋼環焊接兩整環3mm厚、200mm高花紋鋼板，鋼板之間填充100mm×100mm的海綿條的方式，縮小盾構外的間隙，防止出現涌水、涌砂等問題。具體如圖7所示。

(六)安裝接收基座。根據盾構接收位置和盾構盾體接收要求安裝盾構接收基座[10]。接收基座中心與洞門中心一致，接收基座前端距洞門鋼環40cm。提前焊接好導軌，導軌面與接收基座軌道面一致。

(七)盾構接收段技術措施。盾構接收段的掘進需采取如下技術措施：①在盾構進入加固區前，為避免上下波動現象的發生，必須嚴格控制土壓力，將其保持在一個合理范圍內，為此需要把控好與土壓力有關的施工參數，如出土量、推進速度等。若土壓力過低，則會使盾構扎頭；若土壓過高，則會使鋼套筒損壞。②盾構接收段施工時，嚴格控制盾構姿態，盾構及時進行糾偏，確保盾構貫通精度[11]。盾構糾偏做到勤糾、緩糾，單環糾偏量應盡量保持在5mm以下。③在盾構施工過程中，應對鋼套筒連接點處進行相關防水處理，并嚴格檢查螺栓連接是否符合規定，以提高施工質量，保證施工安全[12]。填料施工前，對于鋼套筒內的縱縫，應使用止水材料進行填補，從而確保回填后洞中土的各項指標達到工程所需要求。④安排相關人員對盾構接收洞門處進行觀測，若表現出異常，則應及時上報情況并停止盾構掘進工作。⑤控制出土量。盾構掘進過程中，要嚴格控制出土量，同時還應保持泡沫系統和循環水系統的良好狀態，以保證土被順利排出。

(八)盾構第一次接收施工。洞門混凝土破除作業將要完成時，暫停盾構掘進，通過清除洞門范圍內的殘碴及泥土，逐步降低土壓力值，以確保安全。待完成鋼套筒內回填后，即可重新啟動盾構機。當刀盤進入加固體后，由于此時沒有土層存在，盾構繼續掘進時將不會繼續出土。每掘進1.5m應立即拼裝工作環，以盡量減少進入洞口時間。當盾構機前盾脫出車站內襯墻50cm時，停止推進，立即在主體結構預埋的洞門鋼環與盾體之間焊接一整圈弧形鋼板。

洞圈封堵完畢后，每環管片都應通過其注漿孔進行二次注漿。為了防止漿料沿管外的間隙流出，在鋼板周圍的不同位置開設注漿孔，在洞圈外進行補壓漿。

(九)盾構第二次接收施工。通過盾構機徑向注漿孔及弧形鋼板上注漿孔觀察，在確保注漿效果良好的情況下，開始拆除弧形鋼板并進行盾構掘進，直至盾構機完全推上接收托架，如果在二次到達時仍有漏水現象，對其進行壁后壓注10倍發泡率的油溶性改性環氧樹脂，待改性環氧樹脂遇水膨脹后，形成止水塞，封閉隧道縱向滲水通道。

(十)鋼套筒拆除。完成注漿后，先將鋼套筒內剩余的泥漿清理干凈，然后安排工作人員檢查是否存在問題。如果沒有問題，即可拆除鋼套筒上半塊，然后用起重機將盾構機吊出，最后再拆除鋼套筒的下半塊，完成盾構機的拆卸。

五、結論

綜上所述，通過對柔性鋼套筒盾構接收技術的研究，不難發現該技術具有適應范圍廣、可多次利用、安全性高的特點，在接收過程中并不會出現像傳統接收技術那樣，出現因加固效果不達標而造成水土流失的風險，降低了施工過程中對環境的破壞。但該技術仍然還有許多問題尚未解決，如出洞操作困難、運輸及保管困難、費用高等，這些都需要人們共同努力去完善與改進。相信在未來，柔性鋼套筒盾構接收技術會變得愈發的成熟。