地鐵盾構施工鋼套筒接收風險防控分析研究

張 健

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司， 北京 101100）

1 工程概況

天津地鐵5 號線靖江路站～成林道站區間靖江路站為盾構接收站，地下三層結構，左、右線隧道盾構出洞洞口中心標高（絕對標高）為-18.253m，地面標高約為+1.35m；洞口形狀為圓形，洞口開口凈直徑為6.7m。為保證盾構出洞的施工安全，設計左、右線隧道采用垂直局部凍結法加固地層，加固范圍為沿隧道中心線徑向3m、縱向12.2m×13.2m 的凍結體。該區間采用盾構機為鐵建重工ZTE6410型，根據本工程實際狀況，為了滿足盾構接收需求，需要制作筒體長10500mm，直徑（內徑）6710mm 的鋼套筒一套，接收用鋼套筒與洞門預埋鋼環連接，安裝在接收井內，并與車站主體結構緊密連接，保證盾構接收安全。

圖1 鋼套筒安裝實例圖

圖2 鋼套筒用作盾構接收時安裝使用示意圖

2 鋼套筒接收施工工藝

2.1 鋼套筒設計制作

筒體部分長10500mm，直徑（內徑）6710mm，分四段(加每段長)，每段又分為上、下兩塊，筒體材料用30mm 厚的Q235A 鋼板，每段筒體的外周焊接縱、環向筋板形成網狀以保證筒體剛度，筋板厚20mm，高150mm，間隔約550*600mm。在筒體底部框架分四塊制作，托架與下部筒體焊接連成一體，后端蓋為平面蓋，盾構接收反力架緊靠在端頭井負二層環框梁和底橫梁上。

鋼套筒平移設計

接收端采用地面垂直凍結加固，接收方式為鋼套筒明洞接收。鋼套筒安裝完成后平移約30m 到洞門鋼環位置，鋼套筒與洞門預埋鋼環連接，做好密閉處理。

安裝過程及步驟

圖3 鋼套筒安裝過程

2.2 盾構機到達掘進

在掘進中刀盤到達加固體前0.5m 處盾構機停機，也就是距離車站外襯墻皮3.5m 處。盾構進洞推進施工中可以分為三個階段，最后15 環管片應用特殊的管片，這樣主要是為了便于實施二次注漿[1]。

第一階段：盾構機從531 環起始，在掘進中刀盤距離加固體0.5m 時，盾構機停機檢查，確保盾構機能夠保持在最佳的狀態進行洞門破除工作。

第二階段：盾構機刀盤進入加固體。在對洞門完成破除后，鋼套筒完成填充，再對盾構機進行啟動。盾構機刀盤在進入到加固體時，527 環剛好進行二次注漿，這時就需要對注漿孔位置和壓力以及注漿量加強嚴格的控制。

第三階段：進鋼套筒掘進。刀盤在進入到鋼套筒之后，盾構機按照要求正常掘進，并且確保土壓和出土量，待工作環管片拼裝完成后，將盾構機推到合適位置后停機，及時做好二次注漿，同時可以確保形成封閉環，在檢查沒有出現滲漏之后對鋼套筒做好泄壓工作，盾構機完成鋼套筒接收，最后做好鋼套筒以及盾構機的拆除工作。

2.3 洞門密封及其質量檢查

1、盾構機在掘進中，為了確保洞門密封質量符合要求，就需要采用科學合理的對策做好洞門的封堵工作[2]：

2、根據技術交底，做好同步注漿工作，將施工間隙做好填充。

3、對加固體和原狀土分界處進行環箍，將開挖的土體和管片外殼間的滲漏通道進行封堵。

4、在使用之前做好鋼套筒圓度的檢查工作，保證圓度符合要求，防止盾構機在進入到鋼套筒時和鋼套筒之間的距離不均勻，造成盾體和鋼套筒產生碰撞，使得鋼套筒出現變形等意外情況產生。

3 風險源防控措施

3.1 控制管片拼裝質量滿足設計及規范要求

1、成環環面控制:環面不平整度控制在兩毫米之內。相鄰環高差需要控制在五毫米之內。

2、止水條和襯墊在粘貼之前，需要將管片做好清潔處理，保證可以粘貼牢固。管片堆放區域需要做好防雨措施。

3、管片在安裝前需要對管片安裝區域做好清潔處理，尤其是針對污泥和污水做好清潔。

4、管片在安裝過程中需要采用管片安裝微調裝置，對待裝的管片和已安裝管片塊的內弧面縱面調整到平順相接以減小錯臺。在調整過程中需要保持平穩，防止管片出現碰撞而損壞[4]。

3.2 控制同步注漿及二次注漿質量，保證洞門密封質量，防止洞門出現滲漏現象

1、做好注漿配比試驗，確保注漿材料和配比合理。針對剛進洞的水泥漿凝結速度要快。

2、對加固體和原狀土分界處連續3～5 環進行環箍，將開挖的土體和管片外殼間的滲漏通道進行封堵。

3、盾尾在進入到加固體之后，在成型的隧道當中采用八環特殊管片上預留的注漿孔，朝向管片外側進行雙液漿的注入，并且做好環箍，及時對鋼套筒漏漿和形變情況做好檢查。

4、接收環使用特殊的管片，在管片外側進行背負鋼板的預埋，在對鋼套筒拆除之后，背負鋼板和洞門鋼環間使用L 型鋼板進行焊接。

3.3 拔凍結管措施

1、拔除接收井前方的凍結管時，嚴格按照拔凍結管方法和步驟執行，拔管過程應當注意以下幾點：

（1）拔管前進行化凍試驗，確定合理的化凍時間，盡量在較短時間內完成拔管。

（2）起拔凍結管合理控制起拔力，防止斷管發生。

（3）拔管后立即用低標號水泥砂漿封孔。

2、如發現凍結管被拔斷裂，立即采取以下方法進行處理：

（1）立即停止拔管，盡量恢復始發或接收井口附近未拔除凍結管的凍結。

（2）在拔斷的凍結管中下入4 分加熱水管繼續化凍，然后下入拔管器拔管。

3、凍結管拔除后回填措施

（1）凍結管拔除后，采用M15 商品砂漿對凍結管孔洞進行回填，防止盾構機通過凍結管處時發生地面涌水。

（2）回填范圍為：自孔底至孔頂（地表）。（3）在施工過程中完善過程記錄。

3.4 盾構防凍結措施

1、凍結管拔除后，及時插入套管由下向上對冷凍管回填M15 砂漿。

2、盾構機在進入到冷凍的加固體時，采用低速以及地推力的方式貫入到作業面，盾構機操作人員就需要對刀盤馬達的動力變化情況加強重視，若是產生異常情況就需要及時匯報，從而可以采用科學合理的對策應對，若是刀盤扭矩上升比較快，最好能夠將刀盤轉速降低，不斷正反轉，持續5 分鐘，防止刀盤卡死。

3、刀盤進入加固區后，掘進速度宜控制在10～20mm/min，刀盤轉速1.0～1.5rpm，推力控制在3000T 以內，上土壓傳感器土壓力設定值控制在0.12MPa。

4、盾構機在穿越凍結區時，刀盤不停止轉動；管片拼裝時刀盤轉速控制在0.3～0.5rpm，拼裝完畢后盡快開始掘進，如停機等待時間較長時，每20min 盾體向前推進2～3cm，防止盾體被凍結。

3.5 防止洞門破除后發生涌土、滲漏

1、在破洞前“米”字型打9 個水平探孔，確保加固效果是否良好。如果滲漏水較大并有涌砂現象，證明洞門加固存在質量隱患。立即停止鉆探孔，對已鉆探孔處進行封堵，埋設注漿管，注入雙液漿加固處理，同時周邊冷凍管路繼續保持積極凍結狀態，確保盾構接收安全。

2、在鑿除完最后一組混凝土之后，要及時檢查洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設計輪廓范圍之內。洞門破除后的渣土不得存放在鋼套筒內，必須全部清出。

3、在破除地連墻過程中，所有凍結管路應仍處于積極凍結的狀態，防止土體解凍。因此，破除地連墻砼的過程中應注意保護凍結管不被破壞。

4、

在對洞門破除當中若是產生突發涌水涌砂情況，就需要將拆除工作及時停止，及時采用棉紗來對滲漏位置進行填充，并且采用雙快水泥封堵，進行引流管的預埋，同時采用鋼板對滲漏部位進行封牢，在水泥強度達到要求之后，在引流管當中進行聚氨酯的注入，以此來實現堵水，對有涌水涌砂的部位正上方地面處進行地面注漿加固處理。

3.6 刀盤或土倉結泥餅應急措施

盾構機在粘土地層中進行施工容易形成泥餅，其不僅增加了盾構掘進的荷載，而且增大了噴涌的可能性，從而使得出土以及掘進困難[5]，相對于此類事故，可以采用以下措施應對：

1、在掘進中進行泡沫劑注入，以此來對土體的和易性改善，避免黏土結塊。

2、在刀盤背面和土倉隔板上部設置空心攪動棒，對攪拌強度和范圍加大，同時可以通過土倉隔板的空心攪動棒內預留注水孔注水，以此來對刀盤和土倉進行清洗處理。

3、刀盤空轉，在離心力的作用下將泥餅脫落。

4、在確保開挖面穩定的基礎上，人工對泥餅進行清除。

4 結論

本文以天津地鐵5 號線12 標地鐵工程為例，首先分析鋼套筒接收施工工藝流程，主要分為：鋼套筒設計制作；鋼套筒平移設計；安裝過程及步驟；盾構機到達掘進；洞門密封及其質量檢查。

其次通過數值模擬分析鋼套筒的強度及剛度，得出內部均壓應力、豎向位移最大橫向位移均滿足要求。同時經計算9 組支撐完全滿足接收要求。

最后針對施工過程中可能產生的風險因素如：管片拼裝質量、同步注漿及二次注漿質量、拔凍結管和盾構防凍結、防止洞門破除后發生涌土滲漏等給出一系列防控措施。