盾構鋼套筒分體始發技術

吳凡 ，胡全亮 （中國中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

某工程盾構始發站端頭井加固原設計方案為三軸攪拌樁加固，盾構始發端臨近國鐵信號樓，作業區域受限，無法保證加固效果，且始發段地層為富水粉砂地層，盾構始發施工存在著巨大的安全風險。國鐵信號樓為上海鐵路局信號終端處理基站，內部精密儀器較多，征拆難度極大，且對施工造成的建筑物變形要求極為苛刻。盾構始發站為地鐵1號線（已運營）與地鐵5號線（在建）的換乘節點站，為保證1號線運營安全，使用封堵墻將施工區和運營區隔開，井下盾構始發施工能夠利用的區域僅有55m長，遠小于盾構機及后配套的長度。為保證國鐵信號樓和地鐵1號線的安全，保證盾構始發順利實施，經充分研討決定采用盾構鋼套筒分體始發施工工藝。

2 工藝技術

2.1 工藝概述

盾構鋼套筒分體始發技術是基于土壓平衡原理延伸出的盾構始發施工技術。在盾構掘進施工前，將盾構機組裝在鋼套筒內，然后在鋼套筒內填充渣土、砂子等固體散料并注水，建立穩定的水土壓力，使盾構機克服常規施工過程中的部分風險，安全完成始發。

圖1 盾構始發站周邊構建筑物分布情況

因始發場地受限，本區間采用分體始發方式。連接橋、螺旋機、1#臺車在井下組裝，2#～6#臺車在地面布置。下井前對1#臺車尾部進行改裝，設置臨時出土口，保證出土順暢。2#臺車與盾體分離，接長油管和電纜線連接至地面。管線延長過程中設置多道防護裝置，保證管線的安全。分體后的盾構機在鋼套筒內始發掘進過程中，需保證推進參數的穩定和油管設備的正常，確保施工的連續性，避免在始發段長時間停機。

圖2 始發鋼套筒結構圖

2.2 工藝流程

圖3 工藝流程圖

2.3 操作要點

2.3.1 測量定位

使用全站儀獲取洞門的實測三維坐標，計算洞門鋼環在x、y、z軸方向上的設計偏差，再根據洞門左右里程上的偏差和模擬的盾構始發軸線，對筒體坐標進行數據修正，最后根據修正結果，調整鋼套筒的標高和軸線。

2.3.2 下半環鋼套筒安裝及第一次填料

圖4 鋼套筒定位測量

連接筒體定位完成后必須與洞門鋼環滿焊，并在鋼套筒與洞門圈之間設置百分表，隨時觀察焊縫變形情況，確保鋼套筒內空間的密閉性。鋼套筒各部件之間用高強螺栓連接，并設置嵌入式密封圈，增強接縫處抗變形能力和密封性。下部鋼套筒安裝完成后在其內部焊接兩走行走鋼軌，并在兩鋼軌之間填充固體散料，保證盾構機下部空間填充密實。

2.3.3 盾構機及上半環鋼套筒安裝

下半部分鋼套筒加固完成后，先進行盾構機的吊裝和井下組裝，再進行上半環鋼套筒和反力架的安裝，同樣在接縫位置設置嵌入式密封圈，增強接縫處抗變形能力和密封性。

2.3.4 反力架安裝及預應力施加

圖5 鋼套筒與洞門圈密貼滿焊

圖6 鋼套筒內第一次填料

圖7 盾構機及鋼套筒吊裝

鋼套筒全部安裝完成后在反力架內安裝12組千斤頂，盾構推進前對鋼套筒施加共計6000kN的預應力，并在推進過程中根據盾構機的推力變化不斷調整千斤頂的作用力，保證千斤頂的合力不小于盾構機推力，盡量減小洞門鋼環焊縫的受力，增大千斤頂用力的同時對鋼套筒螺栓進行復緊，保證鋼套筒的結構穩定性和密閉性。

圖8 反力架和千斤頂安裝

2.3.5 洞門鑿除

按照先上后下，先中間后兩邊的順序鑿除洞圈范圍內的地連墻，鋼套筒安裝前先鑿除90cm的地連墻，預留迎土面鋼筋和10cm混凝土，鋼套筒安裝完成后割除剩余鋼筋。

2.3.6 負環管片安裝及二次填料建壓

盾構機安裝調試、反力架預應力施加完成后，開始拼裝負環管片，負環管片需選用無破損和裂縫的管片，并且在每環接縫處粘貼三元乙丙橡膠密封墊+遇水膨脹止水條，確保鋼套筒與負環管片之間的密貼。提前在始發環上焊接支撐管片用的牛腿，保證管片脫離盾尾后的整體穩定性。盾構機刀尖推至掌子面后，開始進行第二次填料，填料過程中適當沖水保證填料的密實，水通過鋼套筒下部的排水孔排出。分四級對鋼套筒進行逐級加壓，當填料土壓力達到掌子面位置靜止土壓力時保壓并完成壓力測試。

2.3.7 盾構分體始發準備及掘進

①本次施工采用分體始發，1#臺車、設備連接橋、螺旋機布置于底板與盾體連接，井下電瓶車編組為：電瓶車*1、18方渣土車*1，管片車*1。2#～6#臺車布置于地面，延長管線布置于頂板端頭井井口旁。這樣布置既能保證盾構推進的正常施工，又能減少延長部分管線的使用量降低成本。

②改裝1#臺車：盾構機原出土口位置設置在5#臺車，為滿足分體始發要求，出土口需改裝至1#臺車末端，并重新訂購2套傳送皮帶，以滿足始發段出土的需要。既保證了盾構出土的順利，又保證了現場文明施工。

圖9 負環管片拼裝示意圖

圖10 第二次填料示意圖

圖11 分體始發地面布置情況

圖12 分體始發底板布置情況

③延長管線的保護：始發井深25m，延長管線在拖送過程中，轉折點較多，管路由地面經2#臺車向下輸送過程中，不得存在死折死彎等現象，避免折彎處過多磨損產生管路雜質。管線下放到負三層后用手拉葫蘆固定在負三層頂板處，隨著盾構的推進，不斷調整手拉葫蘆完成遞送。1#臺車進入隧道內后，在隧道右側安裝導軌，導軌使用槽鋼作為導槽，軌道上設置管線小車。盾構推進過程中，不斷增加管線小車，直到有足夠的距離下放安裝其他臺車，這樣既保證了管線的安全，又方便現場施工。

④同步注漿：盾構推進土體后，開啟同步注漿，填充管片與鋼套筒內固體散料之間的空隙，保證鋼套筒內的土壓力的穩定。

3 應用效果

從盾構始發到側穿建筑物，再到完成始發段掘進（推進至75環），我單位對國鐵信號樓進行了豎向位移和靜力水準監測。由監測數據可得，建筑物單次和累計變形均控制在3mm之內。經調查了解，施工未對信號樓內部精密儀器造成任何影響。

圖13 盾構出土口改裝

圖14 分體始發延長管線保護措施

圖15 盾構鋼套筒內掘進示意圖

圖16 盾構始發及側穿國鐵信號樓過程中建筑物豎向位移監測情況

采用盾構鋼套筒分體始發工藝，無需拆遷國鐵信號樓，對信號樓內精密儀器未造成影響，施工工期不受征拆和場地的制約，也無需破除運營區封堵墻，保證了既有地鐵1號線的運營安全。據調查測算，本次始發施工累計節省工期共計90d，在同等條件下，采用本工藝節省直接費成本約187萬元。

4 結語

綜上所述，盾構鋼套筒分體始發技術經現場應用反饋，具備安全可靠、經濟合理等優點。盾構鋼套筒分體始發施工技術的應用，豐富了軌道交通工程盾構始發施工工法，為解決盾構始發安全、工期、場地、投資等問題提供了新的思路，對今后類似工程的應用具有重要指導意義。