富水砂層地區鋼套筒平衡接收施工研討

張廣義

（中交隧道工程局有限公司，北京100102）

1 工程簡介

哈爾濱市軌道交通3 號線二期工程大有坊街站～太平橋站區間左線盾構采用中交天和生產的土壓平衡盾構機掘進施工，由大有坊街站北端始發，達到太平橋站后，由預留的盾構井接收并吊出，端頭加固形式為水平冷凍法加固。

2 地質條件

由于接收端盾構推進主要地層為中砂，局部為粉砂，到達過程中容易發生涌砂涌水，常規加固措施難易滿足施工要求，為規避風險，確保施工安全和施工質量，為此經相關單位共同討論，左線接收采用鋼套筒接收。

3 平衡鋼套筒原理

該方式通過在盾構接收井內安裝鋼套筒，然后通過在鋼套筒內填充回填物、加壓，建立與基坑外相同的水土平衡環境，接收等同于常規掘進，從而避免的盾構到達過程中因水土流失、欠壓而出現塌方的情況。該方式通過在鋼套筒內預先填料、加壓，通過鋼套筒這個密閉的空間提供平衡掌子面的水土壓力，確保盾構機順利到達。

4 平衡鋼套筒工藝

由于區間無預埋洞門鋼環，首先通過側墻已經植入的鋼筋，焊接一圈鋼板，以便后期與鋼套筒的過渡鋼環相連接。焊接安裝鋼板完畢后進行后續鋼套筒安裝、洞門破除、填料、密閉性檢測、盾構接收等工作。

4.1 接收前準備工作

a.對左線洞內淤積的水、冰、等堆積物進行清理。

b.按照設計標高，對盾構井底板標高、側墻和端墻位置及傾斜度、標準段底板標高、標準段側墻凈空、中板底標高進行復測。

c.對Z1～Z15、N1～N8 水平凍結的軟管部分進行遷改。

d.由于左線接收洞門無洞門鋼環接收措施，在洞門周圍安裝整圈厚度為16mm 弧形板+10mm 橡皮密封，固定在側墻上。

4.2 鋼套筒的設計

鋼套筒主體全長約11400mm，筒長10000mm，內徑6800mm，鋼套筒主體重量約120t。

4.3 鋼套筒的吊裝

根據鋼套筒最重部件為21.27t，采用120t 汽車吊進行吊裝和拆除，由于區間左線鋼套筒吊裝時已進入冬季施工，環境溫度較低，為了確保吊裝作業安全，起吊前均已對設備運轉情況進行檢查，相關司索、信號工均在崗，且吊裝前進行試吊，從而確保了吊裝的安全性。

4.4 鋼套筒施工

a.套筒安裝：把過渡連板與傳力架1 連接好，整體吊裝下放到端頭井內，向前移動過渡連板與傳力架1 并與洞門鋼環焊接。然后按照同樣的方式安裝2/3/4 號部件。

b.端蓋支撐安裝：端蓋后部由方鋼及3 根φ609 鋼管支撐，其中端蓋上部反力架直接與中板頂住支撐，下部采用6 根200×200 方鋼與底板進行支撐，中間采用3 根φ609 鋼管做斜撐。鋼套筒定好位置后，先用100t 千斤頂向洞門方向頂推，使鋼套筒頂緊洞環板，端蓋上下均布置支撐，斜撐與底板預埋件焊接要牢固，焊縫位置要檢查，確保無夾渣、虛焊等隱患。

c.鋼套筒加固：為防止盾構進入鋼套筒后出現套筒因側向力的影響出現變形，鋼套筒與洞門環板焊接完成后，檢查確認后，安裝筒體上部支撐及下部支撐施工，鋼套筒上部每邊共設置3 道橫向支撐，頂在中板梁上，套筒底部每邊設置8 根橫向支撐，分別頂在側墻及底板的底梁上，從而控制了鋼套筒的位移及形變控制。

d.砂漿基座：接收過程中，為了防止盾構機進入鋼套筒后發生扎頭現象，鋼套筒安裝完畢后，在鋼套筒底部澆筑15cm 厚的砂漿墊層，并保證砂漿墊層伸入洞門內與加固土體相接，為盾構機提供了支撐，確保了盾構機不刮蹭到鋼套筒底部，影響套筒的穩定性。

e.洞門破除：填料前，通過縱向測溫評定冷凍效果，達到設計要求后進行洞門鑿除工作。鑿除前首先打水平探孔（2.5m深），確定無滲漏水后再進行破除。洞門鑿除時按照由上至下先將地連墻背土面保護層鑿除，露出外側第一層鋼筋，將第一層鋼筋割除之后，再按照由上至下分塊鑿除至第二層鋼筋（迎土側），待完成整體鑿除后再完成第二層鋼筋的割除工作。鑿除過程中渣土及時通過側門運出。

f.填料：先填充中砂200m3至鋼套筒高度約2/3 處，后采用惰性漿液填充滿鋼套筒。砂漿配合比為膨潤土：砂：粉煤灰：水：外加劑=1：16：2.73：3.55：0.1。

g.密封性檢查：我項目部在鋼套筒組裝、填料完成后，在筒體內壓水檢查其密封性，壓力為0.2Mpa，經測試12 小時內，壓力保持均保持在在0.18Mpa 上，滿足鋼套筒接收要求。

4.5 盾構接收

a.刀盤破洞門前，通過鋼套筒泄壓孔進行壓力調整，根據壓力變化，將套筒內的掘進土壓設定為0.8-1.0bar。

b. 進入套筒后，將速度控制在25～35mm/min，推力不超過1200t，扭矩不大于420KNm，刀盤轉速穩定在0.8rpm。

4.6 監控量測

在盾構機到達前布置監測點（位移報警器），以監測盾構進入套筒時的套筒位移。根據鋼套筒位移監測數據分析，若變形較大，需采取針對性措施。

4.7 施工過程中的控制要點

a.接縫滲漏：鋼套筒與洞門環板連續處、鋼套筒與管片搭接處出現滲漏，導致土艙無法維持需要的壓力引起掌子面塌陷。應對措施：進行壓力檢測，由監理工程師進行監督，經檢測合格后，盾構機才能進行掘進施工；鋼套筒與環板之間采用橡膠密封墊，并涂刷密封膠，增強其密封性。

b.姿態控制：盾構姿態的好壞，直接關系到盾構機能否順利的進入鋼套筒。應對措施：盾構機在推進最后50 環過程中，根據測量成果，有計劃地進行糾偏工作，推進糾偏嚴格按照勤糾緩糾進行，使盾構機姿態控制在設計軸線范圍內，以保證隧道的準確貫通。

c.越冬期間防滲漏水措施：越冬期間可能通過管片與洞門間的間隙出現滲漏水。應對措施：左線最后一環（944 環）端面出側墻29cm，由于冬季停機不拆機，為防止滲漏水，計劃在944 環與鋼套筒的過度環焊接弧形鋼板，同時弧形鋼板上預留50mm 的球閥注漿。

d.洞門鑿除過程中風險：需要在洞門鑿除前對洞門的冷凍效果進行驗收，在確定洞門強度滿足鑿除條件時方可進行洞門鑿除。

5 效果

整個過程的基坑周邊沉降觀測比較穩定，鋼套筒平衡到達工藝已在大太區間左線盾構井成功運用，有效的解決了接收時易發生涌水涌砂的一系列風險。

6 經驗總結

6.1 鋼套筒回填料較為關鍵，應根據不同的盾構機設備采用不同的回填料。

6.2 在施工過程中也發現了施工中存在的不足及控制要點，應加強對鋼套筒密封性進行檢查、加強地表監測及洞內的巡視巡查。