泥水平衡盾構(gòu)始發(fā)中雙密封延伸鋼環(huán)的應(yīng)用

邵 云/SHAO Yun

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

1 概 述

珠三角城際軌道交通某工程機(jī)場(chǎng)段盾構(gòu)隧道位于廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)，采用直徑9.13m的泥水、土壓平衡雙模式盾構(gòu)進(jìn)行施工，線路下穿機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)、航站區(qū)等多個(gè)敏感區(qū)域，始發(fā)段毗鄰機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)，地面有機(jī)場(chǎng)排水渠、燈光站等重要建構(gòu)筑物及攪拌站、泥水處理場(chǎng)等盾構(gòu)施工的高大臨時(shí)設(shè)施，建筑物保護(hù)及地面沉降控制要求高。

區(qū)間地處廣花沖積盆地，巖溶發(fā)育較為強(qiáng)烈，地下水豐富，拱頂覆土主要為＜1＞人工填土、＜3-3＞中砂、＜3-4＞粗砂、＜4N-3＞粉質(zhì)粘土，隧道洞身地層主要為＜3-5＞礫砂、＜4N-3＞粉質(zhì)粘土等軟弱地層（約占80%），始發(fā)端頭采用高壓旋噴樁+地面注漿進(jìn)行加固，加固至隧道輪廓范圍外4m。

大直徑泥水盾構(gòu)始發(fā)階段切口水壓建立的過程中，傳統(tǒng)的預(yù)埋洞門環(huán)板+橡膠簾布的洞門密封裝置無(wú)法保證密封性，建艙時(shí)泥漿經(jīng)洞口與盾殼之間的環(huán)狀建筑空隙滲漏易導(dǎo)致切口水壓波動(dòng)，影響開挖面泥水壓力的穩(wěn)定，而重復(fù)建艙將對(duì)掌子面及拱頂軟弱地層擾動(dòng)，破壞其穩(wěn)定性，進(jìn)而造成地面沉降等不利情形，因此須設(shè)置性能良好的密封裝置。

通過綜合比選，本工程采用了雙密封延伸鋼環(huán)作為始發(fā)洞門的密封裝置。

2 雙密封延伸鋼環(huán)構(gòu)造

雙密封延伸鋼環(huán)洞門密封裝置主要由30cm和50cm厚2個(gè)延伸鋼環(huán)（見圖1）、兩套簾布橡膠圈（見圖2）、折形壓板（見圖3）及連接螺絲組成，同時(shí)在延伸鋼環(huán)外側(cè)均勻設(shè)置8個(gè)注漿孔，均預(yù)裝2寸球閥。

圖1 延伸鋼環(huán)構(gòu)造圖

圖2 簾布橡膠圈構(gòu)造圖

圖3 折形壓板構(gòu)造圖

3 雙密封延伸鋼環(huán)安裝

為保證延伸鋼環(huán)的整體性及密封性能，30cm和50cm厚的延伸鋼環(huán)在地面整體拼裝后再吊裝，第一道折形壓板在拼裝前焊接在50cm延伸鋼環(huán)內(nèi)側(cè)，第一道橡膠簾布安裝在兩個(gè)延伸鋼環(huán)之間，地面拼裝完成后復(fù)測(cè)平整度、橢圓度等指標(biāo)，平整度偏差小于5mm，橢圓度偏差小于5‰D。

雙密封延伸鋼環(huán)安裝順序：洞門圈預(yù)埋鋼環(huán)（結(jié)構(gòu)施工時(shí)已預(yù)埋）→安設(shè)雙頭螺栓→安裝30cm和50cm厚延伸鋼環(huán)→安裝圓環(huán)壓板→以薄螺母固定→安裝折形壓板，并用墊圈及螺母固定，雙密封延伸鋼環(huán)安裝見圖4。

圖4 雙密封延伸鋼環(huán)安裝示意圖

雙密封延伸鋼環(huán)吊裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)預(yù)埋洞門環(huán)板的安裝位置精確定位，安裝完成后水平及垂直偏差小于10mm，垂直度偏差小于直徑D的1‰，內(nèi)徑偏差小于10mm。

安裝時(shí)注意檢查螺栓絲扣，延伸鋼環(huán)與預(yù)埋洞門環(huán)板之間的雙頭螺桿安裝必須確保栓結(jié)牢固，并對(duì)環(huán)向接縫處進(jìn)行滿焊；第二道簾布橡膠板安裝的同時(shí)安裝圓環(huán)壓板和折形壓板，并確保螺母栓結(jié)牢固，此時(shí)折形壓板應(yīng)被固定于螺栓槽的最下位置；在兩道簾布橡膠板外側(cè)涂抹黃油，以防止盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)刀盤損傷簾布橡膠板；考慮到雙密封延伸鋼環(huán)和洞門的厚度（約2m），在延伸鋼環(huán)底部設(shè)置型鋼進(jìn)行支撐，并在左右各35°范圍（超出托架導(dǎo)軌范圍），澆筑C30素混凝土，對(duì)延伸鋼環(huán)進(jìn)行支撐保護(hù)，并在預(yù)埋洞門環(huán)板底部焊接2個(gè)10cm長(zhǎng)的導(dǎo)軌，以防止盾構(gòu)碰壁掘進(jìn)前“栽頭”破壞延伸鋼環(huán)整體結(jié)構(gòu)。

4 盾構(gòu)始發(fā)階段雙密封延伸鋼環(huán)的應(yīng)用

盾構(gòu)切口環(huán)進(jìn)入洞門圈向前頂進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生微量波動(dòng)，造成折形壓板縱向移位形成間隙，因此在盾構(gòu)進(jìn)洞階段必須派人員隨時(shí)查看第二道折形壓板是否松動(dòng)，及時(shí)對(duì)壓板的螺栓進(jìn)行調(diào)整緊固，使折形壓板邊緣與盾構(gòu)筒體的間隙控制在5～10mm，以保證簾布橡膠板與盾體之間的密封效果。

在刀盤碰壁后，通過同步注漿系統(tǒng)向50cm延伸鋼環(huán)外側(cè)預(yù)留的2寸注漿孔注入濃泥漿，泥漿配比為鈉基膨潤(rùn)土∶水=1∶3，泥漿密度為1.2～1.3g/ml，粘度＞80s，泥漿分多次注入，首次注入主要是填充盾體與兩道橡膠簾布之間的間隙。

土倉(cāng)初始建壓時(shí)，為防止擊穿洞門雙密封延伸鋼環(huán)，切口水壓控制在60kPa以下。環(huán)流系統(tǒng)泥漿密度控制在1.2～1.3g/cm3、泥漿黏度25～30s、砂率4%～5%，建壓過程中觀察切口水壓的穩(wěn)定情況及雙密封延伸鋼環(huán)滲漏情況，可向雙密封延伸鋼環(huán)內(nèi)同步注入泥漿（注入壓力比切口壓力高約0.1～0.2bar），以不斷提高雙密封延伸鋼環(huán)的密封性能，保證切口壓力的正常建立，當(dāng)盾構(gòu)開始進(jìn)洞掘進(jìn)，切口水壓逐步提升至計(jì)算水土壓力，洞門雙密封延伸鋼環(huán)無(wú)滲漏時(shí)，可停止泥漿的注入。

當(dāng)盾尾進(jìn)入洞門后，橡膠止水布簾及壓板和管片外壁接觸時(shí)，間隙落差瞬時(shí)擴(kuò)大至165mm（管片外徑為8 800mm，盾構(gòu)后筒外徑為9 130mm），所以為了保證艙內(nèi)泥水壓力的穩(wěn)定，當(dāng)盾尾通過洞門密封后，立即調(diào)整壓板，使其下邊緣完全壓在管片外弧面上，若未完全壓緊，必要時(shí)進(jìn)行壓板加固，盡量減少壓板和管片之間的間隙，并通過同步注漿系統(tǒng)進(jìn)行回填注漿，注漿壓力取值為0.3～0.35MPa，漿液配比為水泥∶粉煤灰∶砂∶膨潤(rùn)土∶水=120∶500∶600∶50∶450。

盾尾完全進(jìn)洞后，通過管片上預(yù)留的注漿孔，向洞門與管片之間的縫隙注入雙液漿，水泥漿-水玻璃雙液漿配比為：水泥漿（水灰比1∶1），水玻璃以1∶3比例稀釋，注入時(shí)漿液與水玻璃體積比為水泥漿∶水玻璃=1∶1，凝結(jié)時(shí)間控制在20～40s，通過二次補(bǔ)漿，可避免洞門間隙處產(chǎn)生水土流失導(dǎo)致泥水倉(cāng)壓力不穩(wěn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

大直徑泥水平衡盾構(gòu)始發(fā)過程中雙密封延伸鋼環(huán)的應(yīng)用，艙內(nèi)切口水壓穩(wěn)步建立，地表及周邊機(jī)場(chǎng)重要建構(gòu)筑物沉降可控，且避免了艙內(nèi)泥漿經(jīng)洞門密封處滲漏、土倉(cāng)壓力大幅波動(dòng)等不利情形，降低了始發(fā)階段的施工風(fēng)險(xiǎn)。此裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）構(gòu)造形式簡(jiǎn)單，加工、安裝方便，可重復(fù)利用。

2）可通過向雙密封延伸鋼環(huán)內(nèi)注入濃泥漿、惰性漿液、盾尾油脂，有效提升盾構(gòu)始發(fā)階段洞門處的密封性能。

雙密封延伸鋼環(huán)適用于盾構(gòu)始發(fā)階段存在不良地質(zhì)和對(duì)地表沉降控制要求較高的情況，如富水軟弱地層及地表有重要建構(gòu)筑物等情形，簡(jiǎn)單的構(gòu)造及施工操作的簡(jiǎn)便性，使其具有很好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張鳳祥，朱合華，傅德明．盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社．2004．

[2]GB 50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].