鋼套筒盾構接收應注意的幾個問題

王星鈞，鐘志全

（中建隧道建設有限公司，重慶 401320）

盾構到達出洞時，因無法保持壓力平衡，當地層條件較差時，可能會出現涌水、涌砂，造成地面沉陷、坍塌等事故。為了施工安全，通常在盾構到達前對端頭土體進行加固處理。由于加固處理存在受地面條件限制、成本高、質量難保證等問題，因此發明了基于鋼套筒的盾構接收技術（圖1）。

該技術通過在洞門處加裝鋼套筒創建一種完全密閉的施工環境，使盾構在出洞過程仍能建立壓力平衡，不僅能有效地降低盾構到達施工的風險，而且無需征地和管線改遷，可大幅降低成本。

圖1 鋼套筒接收實物圖

雖然鋼套筒接收相比傳統的端頭加固接收有明顯優勢，但在施工中仍發生過較多問題。下文總結了鋼套筒接收施工中易忽視的一些問題及措施。

1 洞門處圍護結構有鋼筋或型鋼

所謂鋼套筒接收是在洞門上套上一鋼筒，在鋼筒里填充砂土，讓盾構到達時進入鋼套筒，保持壓力平衡狀態穿過洞門。如擬采用鋼套筒盾構接收，一般會在施工圖設計時將圍護結構（連續墻、排樁等）鋼筋采用玻璃纖維筋替代，這樣盾構可直接切削圍護結構進入鋼套筒。但有很多情況，初始設計時未考慮采用鋼套筒接收，后因地面加固條件限制或因加固效果不佳，而變更為鋼套筒接收的，圍護結構采用了鋼筋混凝土結構。也有的雖然設計為玻璃纖維筋，但桁架筋是鋼筋下籠時未割除，或分幅定位不準工字鋼接頭在洞門范圍。這些情況可能導致盾構無法穿過圍護結構進入鋼套筒。

解決措施：在緊靠洞門圍護結構連續墻外側施工一道素混凝土連續墻，然后將鋼筋混凝土鑿除。新增素混凝土墻的厚度一般為1m，寬度為隧道外擴1m，深度從隧道底以下2m至地面，具體尺寸需根據受力計算而定（圖2）。

2 洞門鋼環與鋼套筒連接

在主體施工過程中，預埋在盾構接收洞門處的鋼環很難做到非常平整，因此接收鋼套筒開口與洞門鋼環對接處存在大小不一縫隙。鋼套安裝時通常采用鋼板補充焊接來填縫，當縫隙過大時可能還需切割鋼套筒開口處鋼板來減小縫隙。然而鋼套筒分塊體積大且前端為法蘭，切割和燒焊均不方便，使用過后切割處的修復較難，不利于重復使用。

圖2 新增素混凝土連續墻示意圖

解決措施：為保證鋼套筒結構的完整性以及方便現場施工，在鋼套筒與洞門鋼環間增加過度環連接（圖3）。過度環一端與套筒采用螺栓連接，另一端與洞門預埋鋼環采用燒焊連接，遇到預埋件鋼環較大變形可通過切割過度環減少焊接工作量和確保焊接質量。過渡環體積小、質量小，安裝較方便，并且破壞后重新制作成本低。

圖3 過度鋼環與洞門預埋鋼環連接示意圖

3 鋼套筒與洞門鋼環防脫開

盾構切削洞門圍護結構后即開始進入套筒，由于盾構向前推進擠壓或摩擦可能導致鋼套筒受力與洞門脫開，從而出現洞門處涌水、涌砂等風險。

解決措施：在鋼套筒后端蓋處設置反力架和反力裝置（圖4），反力裝置由加強環梁與多組千斤頂構成，并在洞門與鋼套筒連接處設置變形監測裝置。當盾構到達接收時，根據變形監測裝置反饋的數據，通過調節千斤頂壓力抵消盾構對鋼套筒的向前作用力，確保鋼套筒環與洞門的連接牢靠（圖5）。

圖4 反力裝置、反力架

圖5 盾構出洞受力示意圖

4 鋼套筒內填料及清理

1）盾構到達前將套筒內通過預留料口填入細砂，由于套筒空間大，留料口較少，存在空間死角，細沙不容易將套筒內部空間填充密實。

解決措施：加砂過程中增加流水將砂帶入鋼套筒內，確保鋼套筒內填砂密實性。即地面制作一加砂漏斗，通過鋼管引向預留填料口，向漏斗加砂的同時加水增加砂動性，使砂在套筒內通過流水帶動填充密實，套筒底部設置出水口將水濾出（圖6）。

圖6 下砂口下砂同時加入流水

2）盾構脫離洞門后即可進行盾尾及管片壁后注漿封住洞門，然后檢查認為安全后可拆卸套筒。但拆卸時由于套筒內存有殘留填料，特別是弧面后端蓋設計會有較多的殘留填料，松開后端蓋連接螺栓時套筒內殘留砂料會突然涌出，存在較大安全風險，并且后續清理工作量較大。

解決措施：①通過刀盤噴口噴水沖刷鋼套筒內砂料，使其落入刀盤底部，再通過螺旋機卷走；②當刀盤噴水沖刷無碴土后，打開艙門進艙對刀盤前及后端蓋內側殘留砂土采用高壓水沖洗，然后再螺旋機出土，待清理至無明顯填料時可進行拆除套筒作業；③后端蓋采用平板設計，便于清洗，避免弧度內藏填料（圖7）。

圖7 改良后套筒端蓋設計

5 盾構進入鋼套筒掘進控制

1）盾構姿態的控制 為保證盾構進入鋼套筒過程刀盤不刮到套筒筒壁，在到達洞門前應調整好盾構姿態，使盾構水平姿態與鋼套筒中心軸線吻合，垂直姿態比鋼套筒中心軸線高2～3cm，呈略抬頭向上姿勢，以防盾構栽頭。

2）壁后注漿控制 由于同步注漿擴散通道較多，盾構脫離洞門后，洞門與管片壁后注漿可能處于不飽和狀態，仍可能存在涌水、涌砂通道。為確保安全，盾尾脫離洞門后，在出盾尾第3環管片上打開吊裝孔補充雙液注漿，注漿壓力3bar。注漿完成后打開鋼套筒上泄水孔放水，如水量越來越小直至無水，則可認為洞門封堵較好，即可進行下一步工作。

3）掘進參數控制 為減少盾構推進對鋼套筒作用力，盾構推力嚴格控制在1 000t以下，推進速度一般控制在20mm/min以下，刀盤轉速宜控制在1r/min以下，同時掘進過程中鋼套筒的變形監測情況及時調整掘進參數。

6 結 語

通過對鋼套筒接收施工中可能存在的一些問題進行總結和改進，既消除了施工過程中存在的安全風險，又提高了鋼套筒拆裝的效率，使得鋼套筒接收施工更具有實際操作意義和推廣空間。