盾構(gòu)機(jī)鋼套筒接收關(guān)鍵技術(shù)探析

熊 偉

（中鐵北京工程局集團(tuán)城軌公司，安徽 合肥 230031）

1 概述

1.1 工程概況

雨潤(rùn)路站～中勝站區(qū)間線路出雨潤(rùn)路站后繼續(xù)沿泰山路向北，于河西大街與泰山路交叉口到達(dá)中勝站。

區(qū)間隧道左線設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程左DK6+305.900、終點(diǎn)里程左DK6+838.500，短鏈一處（DK6+399.984=DK6+400.000 短鏈0.016m），左線長(zhǎng)度532.584m；右線設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程右DK6+305.900、終點(diǎn)里程右DK6+838.500，右線長(zhǎng)度532.600m。區(qū)間隧道左線為平面直線、右線平面設(shè)置有兩條半徑R=2500、2500m 的平曲線，左、右線線間距14.0～16.0m；區(qū)間隧道線路縱坡設(shè)計(jì)為單面坡，最大縱坡19.301‰，最小豎曲線半徑R=3000m，隧道拱頂覆土7.75～13.65m。

1.2 水文地質(zhì)

本區(qū)間隧道接收端主要穿越地層：②-3b3-4+d3粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉砂互層（粉質(zhì)黏土為軟～流塑狀，粉砂呈稍密狀態(tài)）、②-3d3+c3 粉砂夾粉土（稍密，局部中密）。

地下水主要為孔隙潛水和空隙承壓水。水文地質(zhì)條件差，為確保接收的安全性，采用鋼套筒接收。

1.3 始發(fā)端頭地面情況

右線接收端頭地面東側(cè)有一條平行區(qū)間隧道走向的220KV 高壓線（距離地面20.3m）。與區(qū)間右線隧道邊線水平距離3.88m。保護(hù)距離按照6m 控制，右線端頭不具備盾構(gòu)機(jī)吊拆條件。

2 鋼套筒工藝原理及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

2.1 工藝原理

在富含地下水粉細(xì)砂地質(zhì)情況下盾構(gòu)接收采用水泥系端頭加固，漏水、涌砂風(fēng)險(xiǎn)較大，盾構(gòu)機(jī)接收事故多發(fā)；在分析盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)盾體與接收端結(jié)構(gòu)之間存在建筑空隙無(wú)法形成密封環(huán)境，造成地層粉細(xì)砂及地下水涌出問(wèn)題后，提出了鋼套筒封閉接收工法。其原理是利用鋼套筒提前在接收端洞門處形成一個(gè)密封帶壓環(huán)境，在盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)形成土壓平衡并且密封，避免地層粉細(xì)砂及地下水涌出。[1]

2.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1.鋼套筒采用分段安裝，施工方便，組裝時(shí)間短，并且可以多次使用。

2.鋼套筒配件及連接處采用密封橡膠墊及滿焊連接，可以使盾構(gòu)接收過(guò)程做到有效密封，且能夠防止后部水土流出。

3.通過(guò)對(duì)鋼套筒內(nèi)填充料主要由盾構(gòu)機(jī)出渣系統(tǒng)排出，接收完成后，剩余渣土量較少，有利于保持文明施工。

4.施工安全可靠性高，可在埋深大、高水壓下進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)接收工作。

3 鋼套筒施工工藝流程

表1 施工耗時(shí)間表

鋼套筒接收施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→端頭加固→降水作業(yè)→鋼套筒平移及安裝→密封檢查→施作砂漿基座→洞門破除→填料→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)→洞門封堵→鋼套筒拆除。

根據(jù)各工序施工時(shí)間，鋼套筒安裝需在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)地連墻前至少30 天開(kāi)始。

4 鋼套筒設(shè)計(jì)及安裝要點(diǎn)

4.1 鋼套筒設(shè)計(jì)

該標(biāo)段采用海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，型號(hào)EPBT BM6850，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)總長(zhǎng)約8.8m，設(shè)計(jì)鋼套筒總長(zhǎng)11.38m，全圓密閉式筒體，主要由過(guò)渡連接環(huán)、筒體、后端蓋、反力架組成。

1.過(guò)渡連接環(huán)。接收洞門處預(yù)埋鋼環(huán)和鋼套筒之間設(shè)置過(guò)渡連接環(huán)（厚度為20mm），過(guò)渡連板的環(huán)向?qū)挾仍O(shè)置靈活，可根據(jù)接收段長(zhǎng)度選擇最佳數(shù)值（設(shè)計(jì)寬度為80cm）接收洞門預(yù)埋鋼環(huán)與過(guò)渡連接環(huán)采用焊接連接，焊接處采用油透試驗(yàn)，檢測(cè)焊縫處是否存在漏點(diǎn)；鋼套筒與過(guò)渡連接環(huán)板通過(guò)法蘭采用M36*65機(jī)械性能8.8級(jí)螺栓連接。[2]在過(guò)渡連接板1、2、3、4、8、9、10、11點(diǎn)（時(shí)鐘點(diǎn)位）位置有8個(gè)觀測(cè)孔(安裝2寸球閥)，通過(guò)觀測(cè)孔檢查洞門密封情況。[3]

2.筒體。筒體長(zhǎng)度為10m，直徑（內(nèi)徑）7200mm，分4 段，每段又分為上左、上右、下部三塊，筒體材料用20mm 厚的Q235A 鋼板，每段筒體的外圍焊接環(huán)、縱向筋板作為加強(qiáng)，筋板厚20mm，高150mm，間隔約550×600mm；筒體底部框架由四部分組成。底部框架承力部分用20mm 厚Q235A 鋼板，筋板用20mmQ235A鋼板，底板用20mmQ235A 鋼板。[4]

3.后端蓋。后端蓋材料用30mm 厚Q235A 鋼板。后蓋邊緣與鋼套筒端通過(guò)法蘭采用M30*1308.8 級(jí)螺栓連接。鋼套筒上預(yù)留四個(gè)下料口（每段筒體上方各一個(gè)）。

4.反力架。反力架采用7m 長(zhǎng)I70 工字鋼三拼組成，反力架用609 鋼管做斜撐，與車站底板頂貼密實(shí)，反力架上部頂在負(fù)二層板上。

4.2 鋼套筒安裝

1.主體部分連接。在安裝之前，在接收端頭井里確定隧道中心線，使鋼套筒軸線與隧道中軸線重合放置。兩段套筒安裝好密封防水后，擰緊連接螺栓，防水材料采用8mm 橡膠墊。

2.后端蓋連接。后蓋板與筒體之間加8mm 厚的橡膠密封后，用M30 螺栓（8.8級(jí)）上緊在鋼套筒后法蘭上。

3.鋼套筒前移。采用2 個(gè)60t 液壓千斤頂一端利用型鋼頂在接收井底板上翻梁上，另一端頂在鋼套筒的底托平面上，依次將下放的各段鋼套筒沿隧道中軸線向洞門方向頂推，并且和前部連接，頂推過(guò)程中確保不發(fā)生橫向偏移，頂推到位后進(jìn)行軸線復(fù)核。

4.反力架組裝。反力架采用7m 長(zhǎng)I70 工字鋼三拼構(gòu)成，和接收井上翻梁貼實(shí)，使用609 鋼管形成斜向支撐，連接在接收井底板預(yù)埋鋼板上，反力架底座與接收井底版預(yù)埋件焊接。

5.過(guò)渡連接環(huán)與洞門預(yù)埋鋼環(huán)的連接。反力架安放到位后，測(cè)量人員進(jìn)行軸線實(shí)測(cè)復(fù)核，滿足要求后，把洞門預(yù)埋鋼環(huán)與過(guò)渡連接板進(jìn)行焊接。鋼套筒的過(guò)渡連接板與洞門預(yù)埋鋼環(huán)相接觸后，清除接觸面上的雜物。

5 鋼套筒操作要點(diǎn)

5.1 密閉性檢查

鋼套筒安裝完成后通過(guò)加水檢測(cè)其密閉性，筒體底部位置水壓為0.16Mpa（根據(jù)實(shí)際隧道埋深可有所不同），注水后時(shí)間≤12 小時(shí)，壓力保持在0.15Mpa 上，鋼套筒密閉性能滿足要求，壓力小于0.15Mpa，通過(guò)水漬找到滲漏點(diǎn)，對(duì)其密封進(jìn)行修補(bǔ)，并且再進(jìn)行加水檢測(cè)，一直到滿足密閉性要求為止。

5.2 砂漿基座

鋼套筒內(nèi)徑較盾構(gòu)機(jī)直徑大，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入鋼套筒時(shí)，由于鋼套筒內(nèi)填料的密實(shí)度不均有可能造成盾構(gòu)機(jī)栽頭，故在鋼套筒下部60°范圍內(nèi)澆筑適當(dāng)厚C20砂漿基座。

5.3 洞門鑿除施工

完成氣密性試驗(yàn)之后，確保其滿足要求，進(jìn)行洞門鑿除施工。根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖，接收端地連墻采用玻璃纖維筋施工，地連墻厚度1m，在洞門范圍內(nèi)存在四根桁架筋，為了保證刀盤刀具順利磨墻出洞接收，在鋼套筒安裝完成并且耐壓試驗(yàn)合格后，盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)入加固體3m 后，立即進(jìn)行地下連續(xù)墻外側(cè)的鑿除工作，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前提前將地連墻桁架筋外側(cè)破除20cm，并且割除豎向桁架鋼筋。洞門鑿除施工順序：腳手架→破除連續(xù)墻表面混凝土→割除連續(xù)墻桁架筋→清理廢渣。

5.4 填料

洞門鑿除完成后，關(guān)閉后端蓋進(jìn)出料閘門及所有球閥，向鋼套筒內(nèi)填料。填料可采用粉砂段盾構(gòu)掘進(jìn)出來(lái)的渣土，為控制渣土的流塑性及粘性，可向土倉(cāng)內(nèi)加注膨潤(rùn)土進(jìn)行改良，可提高渣土含泥量，確保其和易性。

膨潤(rùn)土泥漿：膨潤(rùn)土與水的質(zhì)量比為1:8～1:10。

膨潤(rùn)土泥漿摻量：2.5:10～3:10。

通過(guò)輸送管路運(yùn)輸至鋼套筒內(nèi)，填料一次性完成。

6 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)施工

6.1 到達(dá)掘進(jìn)

盾構(gòu)到達(dá)段施工主要分三個(gè)階段，主要是刀盤掘進(jìn)至高壓旋噴樁加固體段、掘進(jìn)至地連墻段、刀盤進(jìn)入鋼套筒段。各階段根據(jù)地層特點(diǎn)、與結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系等條件制定針對(duì)性的掘進(jìn)控制參數(shù)。

6.2 測(cè)量監(jiān)測(cè)

1.施工測(cè)量。由于鋼套筒是密閉空間，刀盤進(jìn)入洞門時(shí)無(wú)法肉眼觀察盾構(gòu)機(jī)位置，在最后100m 需確保盾構(gòu)機(jī)軸線的準(zhǔn)確性。[5]在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固體前，提前調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，和隧道中軸線擬合偏差小于±30mm。[6]

2.地表監(jiān)測(cè)。盾構(gòu)掘進(jìn)會(huì)對(duì)地層進(jìn)行擾動(dòng)引起地面和隧道沉降，從而會(huì)造成周圍的地面建筑及管線等變形[7]。

區(qū)間隧道沿線地面、建（構(gòu)）筑物、地下管線是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)保護(hù)對(duì)象。在盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)的影響范圍內(nèi)地表和建構(gòu)筑物管線等布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，時(shí)刻了解建筑物的不均勻沉降數(shù)據(jù)。

6.3 洞門封堵

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固體和鋼套筒停機(jī)后，對(duì)洞門處14環(huán)管片利用管片上預(yù)留的注漿孔，進(jìn)行注漿封堵洞門。

1.封堵注漿材料：洞門封堵注漿采用單液漿和雙液漿配合使用。

（1）單液漿。

表2 1:1 純水泥漿配比（1m3液漿） 單位：kg

（2）雙液漿。

表3 水泥、水玻璃雙液漿配比 單位：kg

2.封堵注漿要求。

第一次封堵：盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固體后對(duì)加固體后五環(huán)管片環(huán)整環(huán)逐步注入雙液漿，注漿壓力接近0.3Mpa時(shí)停止注漿。

第二次封堵：盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入鋼套筒后時(shí)，開(kāi)始第二次洞門封堵，在加固體邊界處三環(huán)從底部往上逐步注入雙液漿，注入量4～6 方，根據(jù)洞門鋼環(huán)漏漿程度調(diào)整注漿壓力和注漿量。

第三次封堵：在加固體前3 環(huán)注入單液漿，每環(huán)五個(gè)注漿點(diǎn)位，為B1、B2、A1、A2、A3 塊的吊裝孔，注漿壓力位0.2Mp～0.3Mpa，每環(huán)注漿量控制值為2～3m3，當(dāng)注漿壓力大于0.3Mpa 時(shí)停止注漿（注漿量未達(dá)到要求亦停止注漿，當(dāng)注漿量超過(guò)要求時(shí)則繼續(xù)注漿直至注漿壓力接近0.3Mpa 時(shí)停止注漿）。

第四次封堵：在出洞處4 環(huán)注入雙液漿，注入量4～6 方。

后根據(jù)洞門情況在出洞兩環(huán)反復(fù)注入單液漿，注漿壓力為0.2Mp～0.3Mpa。

3.注漿效果檢查。

（1）注漿完成后通過(guò)注漿孔向管片背后打入450mm長(zhǎng)鋼釬，觀察帶出的水泥漿液的凝固狀態(tài)，若水泥凝固狀態(tài)較好說(shuō)明洞門注漿封堵效果良好，可以開(kāi)始拆除鋼套筒連接環(huán)板，若水泥凝固狀態(tài)較不好或一直有漿液或清水流出，說(shuō)明洞門封堵效果不佳，重新進(jìn)行注漿封堵，直至檢查孔無(wú)漏水現(xiàn)象。

（2）打開(kāi)鋼套筒過(guò)渡連接環(huán)上6 個(gè)觀測(cè)球閥，均未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏水。

（3）打開(kāi)鋼套筒頂部3 個(gè)球閥，套筒1（靠近洞門處）上的兩個(gè)球閥未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏水，套筒4 上的球閥會(huì)有少量水滲漏。

7 結(jié)語(yǔ)

近幾年全國(guó)地鐵施工快速發(fā)展，盾構(gòu)法施工是其重要組成部分，富水粉土粉砂地層盾構(gòu)機(jī)接收的情況隨之增多，為保證盾構(gòu)順利接收，盾構(gòu)機(jī)鋼套筒的安裝加固，密封性檢測(cè)，洞門封堵注漿等尤為重要，通過(guò)對(duì)南京地鐵7 號(hào)線2 標(biāo)雨中區(qū)間盾構(gòu)鋼套筒接收施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可以看出：盾構(gòu)機(jī)接收姿態(tài)；鋼套筒安拆；密封性檢查；砂漿基座；到達(dá)掘進(jìn)；洞門封堵注漿是盾構(gòu)機(jī)鋼套筒接收控制的關(guān)鍵。[8]