機械法聯絡通道無加固鋼套筒接收施工技術

程文鋒

中鐵上海工程局集團城軌分公司 上海 200443

地鐵聯絡通道施工是在“洞中打洞”，作業面小，不便大型機械設備操作，目前國內地鐵聯絡通道施工多采用礦山法開挖，通過注漿、凍結等工法對開挖周邊一定范圍進行加固。以上方法施工造價高，工期長，風險高。

針對以上不足，首次提出了以“微加固、可切削、嚴密封、強支護”為主要特征的地下空間聯絡通道機械法施工技術理念，即，在地層微加固的情況下，采用隧道掘進機直接破除既有管片的方式，實現聯絡通道的一次掘進成型。該工法具有施工快、成本低、安全性高、環境影響小的優點。

盾構到達接收施工工藝很多，傳統的有旋噴樁（攪拌樁）加固法，常見的還有凍結法、鋼板樁置換法、水中到達法、深井到達法、化學注漿加固法、挖填法、豎井加氣法等。由于以上工法，均要求對洞門端頭進行各種施工，或者對基坑圍護結構要求較高，難以應用于微加固狀態下的機械法聯絡通道施工中。

為了確保機械法聯絡通道在無加固狀態及不利地質條件下的安全施工，采用了鋼套筒接收技術，不僅契合了機械法聯絡通道“短、平、快”的施工特點，同時成為了確保復雜地質條件下機械法聯絡通道安全接收的有效施工措施。

1 機械法聯絡通道鋼套筒設計

掘進機接收鋼套筒是一端開口的桶狀鋼結構構件，整個鋼套筒結構由上筒體、下筒體、后端蓋板、月牙形前端和托架等部分組成，構件材料采用30mm厚的Q345B鋼板，每段筒體的外周焊接縱、環向筋板保證筒體剛度，筋板厚度20mm，高45mm，間隔約300×350mm，鋼套筒整體設計見圖1。筒體內徑與洞門直徑相同，長度上需要確保掘進機主機在完全脫離洞門時完全包裹在套筒內。

2 機械法聯絡通道鋼套筒接收施工

機械法聯絡通道采用土壓平衡盾構機或土壓平衡頂管機進行施工，接收洞門位置地質條件多變，且未進行土體改良加固，施工風險大，故各工序的銜接較為緊密，如圖3所示。

2.1 施工關鍵技術操作要點

機械法聯絡通道鋼套筒接收施工關鍵技術操作要點包括：①特殊鋼-砼復合管片預制及拼裝；②管片接縫的封堵及焊接；③接收鋼套筒的制作安裝；④接收鋼套筒填料及壓力；⑤掘進機穿越洞門及進入鋼套筒施工；⑥掘進機到達后鋼套筒拆除的安全保障措施。

2.2 填充物及填充壓力

接收套筒填料及檢驗工作是確保接收順利的重要保證。填充物是為了提供一定水土壓力平衡，保證開挖面的穩定性，同時防止掘進機“栽頭”導致機體與套筒內壁接觸。本工程結合土壓平衡特點，提出了填充物的要求：高承載力、低收縮率、低離析率、假固性（即當填充物靜止時，填充物具有較好的假固性，類似固體，不發生流失。即漿液注入套筒空隙后，不容易由自身的流動性使得填充物向開挖面壓力艙內竄入流失，且易被刀盤切削，利于出渣）、流動性、經濟性。

結合上述要求，比選了多種材料：泡沫混凝土、水泥砂漿、惰性砂漿、膨潤土漿液，最終選擇改良粘性土作為填充物。土體改良后的指標為：液性指數 1＜ IL＜ 1.4，塌落度控制在100-140mm。

填充壓力，必須根據隧道埋深、周邊環境、地質條件和推進參數制定并選擇，對接收套筒密封效果及焊接效果進行檢驗，檢驗過程中一旦發現漏水、焊縫脫落情況，必須立即泄壓，并及時處理，緊固螺栓或重新焊接，確保鋼套筒的保壓性能。

2.3 掘進機切削洞門及進入鋼套筒施工

鋼套筒接收中，鋼套筒的安裝精度、質量以及掘進機破洞進套筒的參數是成敗的關鍵控制因素。施工過程中以預控為主，須嚴格控制各階段參數，并加強地表隆沉、管片形變監測。

（1）在刀盤切削洞門混凝土管片前，必須及時調整注意盾構機掘進參數，防止糾偏過急；然后通過正確的管片選型，保證盾構機碰壁時良好的盾構姿態。推進速度不大于5mm/min；盾構機機頭姿態高于軸線20-30mm，呈略抬頭向上姿勢；水平姿態處于±20mm以內。

（2）刀盤開始切削洞門混凝土管片時，降低推進速度，推速＜ 2mm/min；刀盤轉速1.5-2.0rpm，推力結合現場扭矩變化調整，控制扭矩＜ 550kN·m；盾構機機頭姿態高于軸線20-30mm，呈略抬頭向上姿勢；水平姿態處于±20mm以內。

切削混凝土管片過程中要注入TAC材料或泡沫劑改良渣土，配合比為：TAC：水：水玻璃=420kg/m3：839L/m3：50L/m3，先加TAC和水攪拌均勻后加入水玻璃，通過攪拌一小時后可使用。

（3）混凝土管片切削完成后，刀盤已完全進入套筒內部，繼續采用掘進模式推進，控制推速＜5mm/min；推力＜2000kN；刀盤轉速控制在0.5-1.0rpm。在切削管片過程中，進尺較慢，刀具與管片的摩擦以及土倉內土體與胸板的摩擦將會使渣土溫度升高，熱量易集中于土倉內，無法消散。故，切削過程中務必渣土改良。

（4）刀尖即將抵制套筒端部，如圖5所示，此時視為接收完成。為防止因施工誤差、精度控制不準導致刀盤抵制套筒端部，目標值最后50mm時，應嚴格控制推進速度1mm/min。根據里程，認真判斷刀盤是否抵制套筒端部，刀盤具體位置以最新實測管片里程與油缸形成計算為準。

2.4 鋼套筒拆除安全保障措施

掘進機進入鋼套筒到達指定里程停機后，由于主機仍然在筒體內部，開挖間隙的封堵效果較難判斷，施工風險依然存在。為有效抑制鋼套筒拆除過程的潛在施工風險并準確判斷洞門封堵的質量，應主要注意如下幾方面：①通過管片注漿孔探孔判斷洞門封堵情況；②通過接收套筒泄壓閥探孔判斷洞門封堵情況；③拆除前必須將所有管路接好，做好應急注入聚氨酯準備。

3 結語

本技術經寧波市、無錫市多次工程實踐，均取得了理想效果，有效地控制了地表沉降，保證了施工安全。參考改進建議如下：（1）作為臨時結構的待切削洞門，強度可適當降低，可加快進洞工效，減少地層擾動，提高功效。（2）鋼套筒接縫密封采用O型圈密封，較難做到全密封，應配合密封膠使用，可加強接縫防水。（3）在切削洞門混凝土過程中，易出現較大塊混凝土剝落而導致螺旋機卡死，可以考慮在刀盤上增設格柵，限制進入土倉的混凝土塊粒徑。（4）接收過程中套筒的保壓至關重要。在刀尖貫穿洞門，其余刀具尚在切削管片過程中，出土量較難控制，土層擾動極大，要加強監控。