地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收工藝及風(fēng)險源防控

陳 勇

安徽省公路橋梁工程有限公司 安徽合肥 230000

地鐵工程中盾構(gòu)接收常出現(xiàn)洞門涌水、涌砂或地面沉陷等安全風(fēng)險，是盾構(gòu)施工的重要風(fēng)險階段。現(xiàn)以合肥地鐵3 號線南延線仙霞路站—青年路站區(qū)間工程為例，淺析盾構(gòu)鋼套筒接收工藝，以解決盾構(gòu)在富水和粉土粉砂地層中接收風(fēng)險大的難題。

1 工程概況

合肥地鐵3 號線南延線位于安徽省合肥市肥西縣，全長11.3km。仙霞路站—青年路站區(qū)間為地下雙線隧道，線路出仙霞路站后，沿金寨路向東地下敷設(shè)，側(cè)穿規(guī)劃改建金寨路橋、卞小河進入青年路站。隧道左線長551.017m，右線長549.919m，隧道平面最小曲線半徑1000m，豎曲線最大縱坡8.712‰。

本區(qū)間接收端隧道穿越地層以（2）3- 1 粉土和（2）3- 2 粉砂為主且接收端靠近卞小河，隧道邊線與卞小河擋墻墻踵最小水平距離3.3m，地下水豐富。

2 施工技術(shù)分析

2.1 鋼套筒施工流程

鋼套筒的作用是保證盾構(gòu)機接收破洞門時，立即進入鋼套筒，使原本敞開式接收轉(zhuǎn)換成密閉式接收，避免了盾構(gòu)破洞門接收時水土流失的重大安全隱患。鋼套筒接收流程如圖1 所示。

圖1 鋼套筒接收流程圖

2.2 接收端頭地層加固

仙霞路站—青年路站區(qū)間接收端采用φ850@600攪拌樁+ 三管φ800@600 旋噴樁加固的方式。加固范圍為隧道兩側(cè)各加固3m，豎向隧道頂以上至隧道底以下均為3m，前者向上進入粘土層1m，后者向下進入中風(fēng)化砂巖1m。加固體周邊設(shè)降水井，左右線共有6 口，盾構(gòu)接收期間保證將地下水降至隧道底以下1m，待洞門弧形板封堵工作完成后，方可停止降水。

嚴(yán)格對照設(shè)計要求，對樁體強度進行檢查，檢查過程可采用鉆孔取芯方式，完成取樣工作后，將壓力設(shè)置為0.5M～1.0MPa，通過水泥漿對鉆孔進行回罐封閉。完成檢測工作后，可以采用水平觀察方式了解孔的情況，在盾構(gòu)接收前需要對加固效果進行孔試驗，觀察加固強度以及土體含水量等。

2.3 鋼套筒設(shè)計

本區(qū)間接收鋼套筒是一端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，鋼套筒總長為11000mm（含過渡環(huán)、筒體1 至筒體4、后端蓋），洞門鋼圈內(nèi)徑6600mm，鋼套筒內(nèi)徑6900mm，外徑7100mm，由1 個過渡連接環(huán)、4 個筒體、1 個后端蓋等部分組成。

每段筒體的端頭和上下兩半圓接合面均焊接圓法蘭，法蘭用40mm 厚的板，上下兩半圓以及筒體之間均采用M30、8.8 級螺栓連接，中間加8mm 厚橡膠墊和遇水膨脹止水條。

2.4 鋼套筒安裝

鋼套筒安裝之前需要做好前期的準(zhǔn)備工作，為了避免筒體之間出現(xiàn)縫隙，通過環(huán)形橡膠密封墊和遇水膨脹止水條對其進行密封。具體的安裝可以分為三個環(huán)節(jié)：

（1）需要在結(jié)構(gòu)底板做好相應(yīng)的標(biāo)識，方便吊裝工作的開展，安裝過程中需要進行中心線的復(fù)測，確保鋼套筒中心線與隧道中心線保持一致。

（2）需確保鋼套筒的過渡連接板和洞門鋼環(huán)焊接完成，反力架支撐體系焊接安拆，通過超聲波進行焊接后的探傷。安裝完成后，采用水密性試驗進行密封性檢查，尋找鋼套筒漏水部位，做好標(biāo)記并處理，保證其密封質(zhì)量符合要求。

（3）面盾構(gòu)機進入鋼套筒期間，為防止鋼套筒產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和左右移動，需在安裝完成后的鋼套筒兩側(cè)等間距加焊橫向水平支撐和斜向防扭支撐。

2.5 鋼套筒接收

2.5.1 施工準(zhǔn)備

施工前期的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，接收前100 環(huán)時需要復(fù)測控制點，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，然后在此基礎(chǔ)之上，對盾構(gòu)機自動測量系統(tǒng)進行調(diào)整，最后50 環(huán)需要完成隧道軸線的復(fù)核，保證鋼套筒能夠安全接收。

2.5.2 盾構(gòu)接收段推進施工

第一階段：盾構(gòu)接收地連墻前正常段掘進施工。盾構(gòu)接收，正常段掘進施工時應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，確保盾構(gòu)平面、高程偏差控制在允許范圍內(nèi)，確保在進入鋼套筒內(nèi)，使得盾構(gòu)沿設(shè)計軸線進行掘進施工。根據(jù)盾構(gòu)各項施工參數(shù)，調(diào)整盾構(gòu)掘進速度，準(zhǔn)備進入第二階段的推進。接收最后12 環(huán)管片，在脫出盾尾后及時用槽鋼進行連接拉緊，避免管片出現(xiàn)較大沉降。

第二階段：進鋼套筒掘進。參數(shù)設(shè)置：推速＜5mm/ min，推力＜8000kN，土壓＜1bar，視實際推力大小，以不超過此值為原則。鋼套筒內(nèi)掘進以管片拼裝模式掘進，盾構(gòu)機在鋼套筒內(nèi)掘進前土倉需建立適當(dāng)壓力，提高拼裝模式的推力，如果推力不具備將盾體向前頂推的能力，則采用掘進模式，刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.8r/ min 以下，刀盤轉(zhuǎn)動前，要與鋼套筒外部進行聯(lián)系，確認人員及設(shè)備安全后，才能進行掘進模式。盾構(gòu)機在鋼套筒內(nèi)掘進過程中，要確保與外界聯(lián)系，密切觀察鋼套筒的情況，一旦發(fā)現(xiàn)變形或有滲漏時，必須立即停止掘進，及時采取補救措施。

盾構(gòu)姿態(tài)以洞門和鋼套筒后端蓋軸線作為姿態(tài)控制軸線，盾構(gòu)機頭高于軸線2～3cm，呈略抬頭向上姿勢，確保盾構(gòu)能夠順利推入鋼套筒內(nèi)。

2.5.3 盾構(gòu)機停機位置

以本區(qū)間盾構(gòu)機為例，主機全長9.47m，鋼套筒凈長11m，盾構(gòu)機最終停機位置的選擇需保證最后1 道盾尾刷脫出洞門鋼圈距離50cm 左右，方便后期弧形板的焊接。

2.5.4 洞門密封及其質(zhì)量檢查

盾構(gòu)機接收完成后，即可在隧道內(nèi)施做封閉環(huán)箍封堵洞門，采用雙液漿和單液漿配合的方式封堵，封堵環(huán)號為接收環(huán)和接收環(huán)后5 環(huán)，共計6 環(huán)。雙液漿配比：水泥漿水灰比1∶1，水玻璃與水泥漿體積比1∶1，水玻璃采用35Be’，注漿壓力3～4bar，同時對壓力表和盾構(gòu)機土倉壓力進行觀測，了解其變化情況。注漿完成后在注漿管片的注漿孔上開孔檢查注漿效果，如開孔存在滲漏水現(xiàn)象，表明封堵效果較差，需繼續(xù)注漿封堵，如開孔無滲漏水現(xiàn)象，表明封堵效果良好，可以準(zhǔn)備拆蓋。

2.6 鋼套筒拆解

（1）鋼套筒拆除之前需要讓其處于無壓狀態(tài)，拆除前做好壓力檢測，保證無壓力后，再組織拆除工作。

（2）鋼套筒拆除過程中，及時對洞門鋼環(huán)和管片之間的間隙采用弧形板進行焊接封堵，避免土體暴露時間過長發(fā)生涌水涌砂。

（3）鋼套筒拆除順序：后端蓋拆除→筒體4 的上塊拆除→筒體3 的上塊拆除→筒體2 的上塊拆除→筒體1的上塊拆除→過渡連接塊上半部分拆除→盾構(gòu)機拆卸、吊出→筒體4 的下塊拆除→筒體3 的下塊拆除→筒體2的下塊拆除→筒體1 的下塊拆除→過渡連接塊下半部分拆除→場地清理并移交。

3 風(fēng)險源防控措施

3.1 盾構(gòu)接收時洞口土體大量流失風(fēng)險

土體流失風(fēng)險是客觀存在的，如果洞口土體質(zhì)量強度不符合要求，鋼套筒縱向螺栓連接處出現(xiàn)漏漿漏水問題，都會導(dǎo)致土體流失風(fēng)險。施工過程中，應(yīng)該重視土體加固的質(zhì)量，保證強度和均勻性符合要求。盾構(gòu)機接收前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，接收前50 環(huán)在隧道內(nèi)每隔10環(huán)施做1 次止水環(huán)箍，組段后方來水。同時為了減少水土的流失，同樣也可以對洞口進行注漿封堵，若土地流失嚴(yán)重，需要進行緊急撤離并停止施工，保證人員和設(shè)備安全。

3.2 地面沉降風(fēng)險

地面沉降問題的出現(xiàn)，與接收端頭的地質(zhì)條件、環(huán)境復(fù)雜性有著很大的關(guān)系，在接收過程中，難以對地面沉降問題進行有效控制。所以施工前需要做好如下準(zhǔn)備：

（1）對各項數(shù)據(jù)進行時間計算，嚴(yán)格遵守施工過程要求，需要做好相應(yīng)的壓力監(jiān)視以及進入工作；

（2）嚴(yán)格控制注漿量，加強注漿管理，保證注漿操作符合流程；

（3）盾構(gòu)掘進時，盡少降低方向的改變，嚴(yán)禁大幅糾偏，嚴(yán)格控制超挖方向，保持土體合理；

（4）施工過程減少地層擾動情況，需要對盾構(gòu)機進行有效的維修保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機性能得以發(fā)揮，及時檢查盾構(gòu)機性能情況以及使用情況，使設(shè)備達到最佳的使用狀態(tài)，降低對地層的擾動；

（5）保證管片拼接的質(zhì)量，做好拼接施工管理工作；

（6）引進各項信息化技術(shù)，對地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)測，及時反饋各項數(shù)據(jù)，不斷地對掘進參數(shù)進行調(diào)整，使及施工參數(shù)達到最佳狀態(tài)。

如果發(fā)生沉降，首先應(yīng)該避免沉降區(qū)域做好交通疏散工作，以避免行人，車輛通過，并且做好匯報狀況，將相關(guān)信息傳遞至主管部門。如果出現(xiàn)即使坍塌，必須緊急撤離，停止施工。

3.3 鋼套筒變形、泄露以及盾構(gòu)機碰到鋼套筒風(fēng)險

盾構(gòu)接收過程中，對鋼套筒作用力過大就會造成變形、泄露等問題，造成鋼套筒變形及扭轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致鋼套筒泄露、刀盤刮蹭鋼套筒等現(xiàn)象。盾構(gòu)接收前，根據(jù)測量實測數(shù)據(jù)調(diào)整好盾構(gòu)機推進姿態(tài)，盾構(gòu)進入鋼套筒過程中通過壓力表做好筒體內(nèi)壓力的監(jiān)測，同時安排監(jiān)測人員做好對鋼套筒的水平傾斜監(jiān)測，盡早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工當(dāng)中的異常情況。鋼套筒如果變形較大，必須立即采取措施，如發(fā)生泄漏，需要進行補焊修復(fù)，同時對鋼套筒頂部進行密切觀察，一旦出現(xiàn)滲漏，必須停止掘進進行補救。

4 結(jié)論

綜上所述，盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在運用過程當(dāng)中，如果不重視風(fēng)險管控，會使得該項技術(shù)的應(yīng)用效果不佳。鋼套筒輔助裝置適用于泥水平衡盾構(gòu)以及土壓平衡盾構(gòu)，該裝置能夠適用于環(huán)境、水文地質(zhì)等復(fù)雜的條件，保證盾構(gòu)的安全接收，同時也可對鋼套筒進行循環(huán)使用，不僅能夠節(jié)省成本，同時也能夠有效降低工程風(fēng)險，具有實踐推廣價值。