南寧地鐵盾構密閉法始發裝置技術應用

文 濤/WEN Tao

（廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510620）

1 工程概況及盾構始發端頭問題

南寧地鐵1號線（廣西大學站-魯班路站）盾構始發端頭處于市政主干道上且地質情況差，存在始發端頭加固范圍內管線遷改困難、加固質量難以保證等問題。其地層從上到下依次為素填土①2①2、粘土②2-1、粉質粘土②2-2、粉質粘土②3-2、粉質粘土②4-2、粉土③1、粉（細）砂④1-1、圓礫層⑤1-1，隧道穿越的地層主要為粉質粘土②4-2、粉質粘土②5-2、粉（細）砂④1-1。穩定地下水位線標高70.01m，位于隧道拱頂上方4.7m高處，水位線和隧道拱頂之間分布粉土層、軟朔粘土層等。由于水源充足，地層的透水性較好，使得覆蓋層的穩定性較差，這要求必須對端頭進行處理。

從傳統工藝在地層加固上的方法來看，盾構始發端頭存在的問題主要有：①始發端頭存在較多較大地下管線且管遷改施工工期長、難度大、費用高,對端頭路面進行破除后影響文明施工；②始發端頭加固場地移交滯后，端頭加固體齡期長無法確保節點工期；③處于市政主干道交通流量大及周邊商住樓林立，加固的區域深度比較深，且由于地層的透水性較強，嚴重影響加固質量。因此必須尋找一種質量安全可靠的方法，此方法要具備占地小、工期短以及無需端頭加固及管轄遷改等特點。

2 盾構密閉始發裝置及制作

盾構密閉始發裝置是依據平衡始發原理，從直徑和長度進行設計，通過把直徑與長度設計成比盾構略長的密封圓柱狀與洞口密閉連接；盾構掘進前，在盾構始發井內安裝鋼套筒，盾構安裝在鋼套筒內，然后在鋼套筒內填充回填物，通過鋼套筒這個密閉的空間提供平衡掌子面的水土壓力，盾構在鋼套筒內實現安全始發掘進進入前方土體，最終使盾構能夠正常掘進施工。密閉始發裝置需要解決以下問題。

1）結構強度 要求裝置能承受外界壓力和盾構推進時所產生的作用力。

2)始發裝置密封 要求裝置在一定壓力下保證良好的密封性，鋼套筒與洞門預埋環板連續處開裂，鋼套筒與負環之間密封不好，盾構始發時引起鋼套筒壓力泄漏，導致內外水土壓力不平衡，引起地面沉降。

3)應力應變調整 當裝置受土壓力和盾構掘進力時，其設備的鋼結構必然會出現彈性變形，雖然彈性變形的量不是很大，但是會造成應力集中，鋼構件的部分就會出現開裂的現象。所以對于裝置的變形的消除是使用密閉始發裝置技術的關鍵之一。

4)盾構防扭轉 盾構在破除洞門連續墻后，洞門外水土壓力傳遞至鋼套筒內，盾構在鋼套筒內掘進相當于中間隧道的常規掘進，鋼套筒內填充物和盾構自重足以提供防扭轉的反力；但在洞門連續墻破除前，盾構切削連續墻時產生較大扭矩及刀盤切削扭矩發生較大波動，造成盾構盾體和鋼套筒整體發生扭轉、傾覆。

5)盾構始發前的保壓 盾構密閉始發的基本原理就是利用鋼套筒內、外水土壓力平衡，實現盾構安全始發。因此，確保盾構始發前土艙內達到平衡外界水土壓力是盾構安全始發的關鍵點。

6)環滲漏 盾構掘進一定環數拆除負環和鋼套筒后，洞門位置0環管片與外側土體之間無橡膠簾板，容易出現滲漏，進而引起地面沉陷。

通過計算機對以上問題的模擬設計及分析論證，研制出第一套盾構密閉始發裝置，如圖1所示。

圖1 密閉法始發裝置與原理圖

由圖1可見，該裝置主要由筒體、連接環、端蓋、反力架、液壓站及配套千斤頂和前后左右支撐等部分組成。

盾構外徑6.26m，盾體長8.28m；密閉裝置筒體長9.9m，內徑6.5m。縱向下半圓分3段，環向每段3.3m；縱向上半圓分3塊（A、B、C），沿縱向布置每塊長9.9m。筒體的外周焊接縱、環向肋板以保證筒體剛度。上下兩半圓及筒體之間均采用螺栓連接。在筒體底部制作托架，托架也相應分3塊制作，與筒體底部焊接固定成一體。后端蓋環梁與反力架緊貼，反力架依靠與車站結構連接的斜撐提供作用力。在鋼套筒頂部預留下料口，在底部預留排漿口。

密閉始發裝置與洞門環板之間設一過渡連接環，洞門環與過渡連接環采用焊接連接。

為防止盾構盾體和鋼套筒整體發生扭轉、傾覆，在鋼套筒兩側每間隔2m安裝1根工字鋼橫撐和三角架，每側安裝4個，橫撐和三角架采用20#工字鋼制作；在筒內安裝導行軌。

3 密閉始發裝置施工

3.1 安裝

1）洞門檢查 鋼套筒安裝前需對洞門預埋環板進行檢查。為防止盾構始發時刀盤切削到連續墻鋼筋或工字鋼接頭，造成刀盤損壞，對洞門圓周范圍鑿除連續墻的砼保護層，露出玻璃纖維筋，確認洞門范圍不存在鋼筋。

2）安裝鋼套筒下半圓 開始安裝鋼套筒之前，先在始發井內確定盾體中心線，確保鋼套筒下半圓與盾體中心重合； 各段之間螺栓孔對位準確，并用高強螺栓連接緊固。

3）鋼套筒內安裝盾構 在鋼套筒內安裝盾構主體，并與連接橋和后配套臺車連接。

4）安裝鋼套筒上半圓 盾體安裝好后，安裝鋼套筒上半圓；安裝好以后，需進行壓緊螺栓的調整。檢查各部連接處，使鋼套筒的上下半圓和各段之間螺栓孔對位準確并及時擰緊。

5）安裝負環、盾構刀盤推進至洞門掌子面 鋼套筒、反力架安裝完畢，盾構調試完成后，安裝負環、盾構向前推進至刀盤面板貼近洞門掌子面但不切削掌子面。

6）填料及密閉試壓檢查 ①為保證盾構在密閉裝置內平衡掘進，盾構向前推進至刀盤面板貼近洞門掌子面后，向鋼套筒內填砂，使套筒與盾體之間空隙填充密實；②密閉筒體填料完成后，注入壓力水進行檢查，采用逐級加壓方式加壓至設定值，每級均要穩壓監測，檢查漏水及筒體變形情況。

3.2 變形監測與控制

密閉裝置在受到外界的作用力和盾構推進時結構會發生彈性變形，作為結構抵擋外力的端蓋及連接環會受到嚴重阻力，作用力就會傳到裝置結構焊接部位，從而造成焊接部位出現裂縫，破壞結構。因此在進行施工時，要用百分表對環板周邊、端蓋和筒體的變形進行監測和反映。

本裝置結構變形以提供反力的方式進行及局部補加肋板控制：出現鋼套筒本體連接端面或者筒體本身出現變形量較大時，要立即采取加強措施，在變形量較大處補加加強肋板。在反力架與環梁間設置預壓千斤頂，通過預壓千斤頂對鋼套筒施加預應力，使鋼套筒頂緊洞門環板，對鋼套筒與洞門環板連接處進行監測，根據監測情況調整預壓千斤頂。

3.3 盾構掘進控制

洞門連續墻為800mm厚的C30玻璃纖維筋連續墻，盾構在切削連續墻時，是正式始發掘進較關鍵一步，需綜合控制。

1）推進速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN.m，千斤頂總推力不大于800t。通過洞門后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤頂總推力逐步調整到1000～1500t。

2）控制密閉裝置的內部壓力與盾構的內部壓力相平衡，保持壓力裝置的外部系統能在壓力不足時加水，與壓力過高時自主排水。

3）始發裝置通過變形監測對應力應變進行控制，對反力機構進行調整以及對局部進行加固，從而使得變形量得以控制。

4）始發裝置密封控制：①對洞門預埋環板進行檢查，必要時須進行植筋加固；②使洞門環板始終處于受壓狀態；③鋼套筒后端通過加強環梁和負環管片連接，連接處設置止橡膠圈，負環管片外側與鋼套筒之間的間隙通過管片壁后注雙液漿進行密封。

5）0環滲漏控制：在洞門側墻上、下、左、右各安裝1個注漿管，注漿管一端安裝球閥；1～5環管片，除K塊外，在每塊管片上設置3個注漿孔（包括吊裝孔），每環管片的注漿孔均勻布置，通過壁后和側墻注漿管進行加強注漿，注漿飽滿后方可拆除負環和鋼套筒。

6）測量與監測：掘進過程中要加大測量頻率，并及時復核控制點，確保盾構姿態正確。在盾構始發前布置監測點，在端頭、地面及周圍建（構）筑物布置沉降觀測點；圍護結構及鋼套筒、洞門周圍布置變形監測點并測量初始值。掘進過程中進行實時監測，設專人觀測套筒的穩定、變形情況，發現異常立即停機處理。在實際的施工中，要增加測量頻率，對控制點進行及時的復核，從而使得盾構姿態的正確性有所保證。對于監測點的布置要在盾構始發前，其位置主要在端頭、地面及周圍建（構）筑物處。操作人員需要注意的是在掘進過程中要進行實時監測，專人專崗對套筒的穩定、變形情況性性觀測，發現異常時要立即停機處理。

3.4 密閉始發裝置拆解

在進行拆除時，要注意拆除順序，對于始發反力架與上半部分筒體要有限拆除，繼而才是負環管片拆解。始發裝置下半部分筒體需等待拆完負環管片后方可依次拆解。

4 結 語

盾構密閉法始發裝置在南寧地鐵廣西大學站首次使用，成功始發了S850和S851兩臺盾構，解決了常規盾構始發無法避免的難題。

地鐵施工場地往往存在大量管線或者建（構）筑物，建筑物拆遷、管線遷改難度大、費用高，本次盾構密閉始發施工成功應用，對豐富軌道交通盾構始發、到達施工工法具有重要意義，為解決軌道交通施工過程中的建（構）筑物拆遷、管線遷改難的問題增加又一法寶，對今后類似工程中的應用具有借鑒意義。

[1]GB50446-2008，盾構法隧道施工與驗收規范[S].

[2]李 飛，凌 波.一種盾構到達接收輔助裝置的設計[R].2009.

[3]廣東華隧建設股份有限公司.一種用以盾構密閉法始發及到達的裝置：中國，ZL200920058408.9[P]. 2009.