盾構棄殼接收施工技術

冉隆波

（北京市軌道交通建設管理有限公司，北京100068）

1 北京地鐵昌平線南延工程概況

北京地鐵昌平線南延學清路站—六道口站區間下穿既有地鐵15號線六道口站段主體結構，主要穿越土層為：粉質黏土④層、細中砂④2層，卵石⑤層、粉質黏土⑥層、細中砂⑥1層等，其盾構區間與既有線、新建車站位置關系見圖1。

圖1 盾構區間與既有線、新建車站位置關系圖

區間管片采用C50 P12的鋼筋混凝土管片，管片外徑6 000 mm、內徑5 400 mm、厚300 mm、寬1 200 mm。管片之間采用彎螺栓連接，其中縱縫采用12根M24螺栓，環縫采用16根M24螺栓，管片采用錯縫拼裝。本區間盾構穿越既有地鐵15號線段后即處于區間接收施工，且區間盾構貫通時六道口車站尚不具備接收條件，為此考慮安全及滿足通車目標要求，盾構機需在隧道內棄殼接收（除盾殼及刀盤外，其余部件均拆除沿原路返回吊出）。待車站具備接收條件后，從車站方向破除洞門，拆除刀盤輻條保留刀盤圓周結構與盾殼焊接。最后施作剩余段二襯結構及洞門環梁與車站結構接駁。

2 盾構棄殼接收主要技術要點

2.1 盾構接收端頭加固

圖2為接收端頭加固剖面圖。本區間盾構穿越既有15號線段后即處于區間接收段施工，為了確保盾構到達安全，即在盾構穿越15號線之前需完成接收端端頭加固。由于接收端處于交通繁忙的學清路與清華東路交叉路口，地面不具備加固條件，因此采用洞內深孔注漿方式加固；且為了避免與車站結構施工的交叉影響，在車站上層導洞內施作。加固土體無側限抗壓強度應不小于0.5 MPa，加固體滲透系數應不大于10-6cm/s。區間接收端左、右線加固平面范圍均為10 m×12 m，加固范圍平面位置為隧道結構線外側3 m，斷面位置為隧道結構線外側3 m。

圖2 接收端頭加固剖面圖

深孔注漿采用雙液漿：水泥采用P·O 42.5，水玻璃采用40Be，水泥漿液質量配比為1∶1，水泥漿和水玻璃體積比例為1∶1；注漿壓力控制在0.5～0.8 MPa；注漿流量控制在10～30 L/min；根據地層特性，單孔注漿量控制在0.45～0.52 m3。

2.2 切邊樁護壁0.2 m范圍內的盾構掘進

當刀盤中心刀尖碰到邊樁時盾構掘進速度降為5～10 mm/min，土倉壓力降為150～160 kPa。掘進推力應盡量控制在10 000 kN以內，各組油缸推力差值不宜過大；刀盤轉速在0.9～1.0 r/min左右，并及時對脫出盾尾的管片施作二次注漿以形成止水環箍。盾構刀盤在頂樁后，應及時采取以下措施進行處理。

1）盾尾處理措施：盾構機到達六道口站停機后，加大尾刷處的油脂注入量，正常60 kg/環，考慮在此位置停機時間過長，預防盾尾滲漏水，所以注入量調整到100 kg/環。

2）盾尾與管片間隙處理措施：根據兩臺盾構機的配置，盾尾間隙上下左右用均為75 mm可用弧形鋼板條（長1 500 mm×寬100 mm×厚20 mm）與盾體焊接，按照角度300設置，共12個點位。

3）盾尾與管片固定處理措施：用7字板將管片與盾尾固定，防止千斤頂頂力釋放后，管片環間縫隙增大，引起環縱縫漏水。按照角度300設置，共12處，并對后五環管片二次補漿填充。

4）刀盤前方注漿措施：每臺盾構機前盾配置12個超前注漿管，盾構機到達指定位置后對圍護樁前方土體進行再次加固，預防樁間土脫落，前盾體周圍前方土體更均勻地加固。注漿漿液采用雙液漿，水灰比為1.1∶1～1.5∶1，水泥采用P·O 42.5，水玻璃為波美度不低于40的原液稀釋液。注漿過程中可根據實際地層調整配合比，漿液應隨攪隨用，并在初凝前用完。

5）盾體周圍的注漿處理措施：盾殼膨潤土孔12個，前盾6個，中盾前部6個。可以通過改造將這12個孔變成注漿孔。對盾體周圍進行注漿加固，加強盾體四周密實度。盾尾處可用盾尾注漿孔進行補漿。注漿漿液采用雙液漿，水泥采用P·O 42.5，水玻璃為波美度不低于40的原液稀釋液，配合比為1∶1；水泥和水比為1∶1，水玻璃與水采用1∶3～1∶4的比例進行稀釋。初凝時間控制在20 s左右。漿液應隨攪隨用，并在初凝前用完。

2.3 管片拉緊

盾構解體之前，先要拉緊靠近盾殼處的10環安裝縱向聯系裝置，防止管片松弛。整個斷面按照設計要求設置聯系條，聯系條通過管片的壁后注漿孔與管片連接。端墻后澆盾構環梁達到設計強度后方可拆除管片拉結。聯系條采用槽鋼和特殊螺栓加工而成，聯系條長11.2 m，每個聯系條上打有5個直徑40 mm的螺栓孔。

2.4 主機拆除

接收端管片采用聯系條拉緊后，注漿填充盾尾空隙及盾構土倉，拆除除刀盤及盾殼外的其余盾構機設備，沿原路返回，然后從學清路站盾構始發井吊出。

2.5 洞門小導管注漿

鑿除前，在端墻圍護結構沿著盾構機刀盤上半部打設超前小導管并注漿。小導管管長3 m，前端做成尖錐形，尾部焊接直徑為8 mm鋼筋加勁箍，管壁上每隔10～20 cm梅花型鉆眼，眼孔直徑為6～8 mm，尾部長度不小于30 cm作為不鉆孔的止漿段。注漿壓力0.3～0.5 MPa、最終壓力0.5 MPa、液擴散半徑0.5 m、注漿速率≤30 L/min。

2.6 洞門鑿除

1）待接收端底板結構施工完畢后鑿除洞門，鑿除前需在端墻圍護結構沿著盾構機刀盤上半部打設超前小導管并注漿。在洞門鑿除前打探孔觀察滲漏水情況，確保無水情況下開始鑿除洞門，鑿除采用風鎬作業，邊鑿除邊對鑿除部分進行網噴支護。

2）在破除圍護結構前需端頭加固區域進行探孔試驗以檢查水量特性，確保洞門鑿除期間的工程安全，同時要嚴格控制滲漏水量，以免造成周邊地表沉降。

3）端頭加固施工應注意避開降水井，避免破壞降水井，并保留車站北端降水井，盾構接收期間維持承壓水層降水施工，并隨時量測水位情況，確保水位在隧道底部1m以下，以降低盾構接收風險。

2.7 刀盤拆除

盾構刀盤寬度為650 mm，拆除部位共計8根輻條+1組內圓周。保留外圓周鋼圈，刀盤與前盾有5 cm間隙，采用Q235厚度為20 mm的矩形鋼板在刀盤內弧面焊接。

1）刀盤切割前的狀態確認：進行刀盤切割前，需完成主機盾殼范圍內的二襯混凝土結構（距離刀盤背面1 000 mm），二襯與刀盤背面之間用分布均勻的16根300 mm×300 mm H型鋼連接，給予刀盤一定的支撐。同時在六道口站具備人工破除圍護樁后，方可進行刀盤切割。

2）刀盤總重35 t，共分13塊割除，扭腿及安裝法蘭1塊。刀盤面板每塊重量約3～5 t，扭腿及法蘭重量約6～7 t。

3）焊縫標記為刀盤預留坡口焊接。

4）首先在土倉上部對稱焊接2個10 t的吊耳作為吊點，切除扭腿及安裝法蘭板。

5）自上而下在刀盤12點鐘位置開始刀盤面板切割作業，每切割完1塊，在刀盤外周骨架上用厚度為20 mm的鋼板與對面刀盤進行焊接，封閉外部土體。

6）采用10 t叉車將切割下來的刀盤碎片從六道口站4號豎井提升運出。

2.8 盾殼承載力驗算

為確認盾殼是否滿足周邊水土壓力要求，采用Midas Civil有限元分析軟件進行計算，盾構機外殼物理參數采用GB 50017-2017鋼結構設計規范中的規定值，鋼材楊氏模量為206 GPa，抗壓強度為205 MPa，模型取1 m寬圖條構建二維有限元模型，外殼截面為1.0 m×0.035 m（0.035 m為盾殼最薄處）。盾殼承載力驗算結果如下：一是承載力方面，最不利截面為盾殼3點鐘和9點鐘位置，其安全系數為1.5，構件整體的強度滿足要求；二是構件發生的最大變形值為2mm，該構件滿足承載力和正常使用極限狀態要求[1-2]。

3 結束語

為有效改善城市交通，全國各大城市都在發展地鐵建設，而盾構機在其中扮演的角色越來越重要，采用盾構施工的領域也越來越大，遇到的施工地質條件和周邊環境也更加復雜而且多樣化。在隧道接收端不具備足夠空間尺寸的情況下，盾構機無法正常整機拆解、吊出，這時必須在洞內完成棄殼接收，盾構棄殼接收施工技術必將得到更加廣泛的應用。