泥水盾構(gòu)鋼套筒接收進(jìn)掘施工技術(shù)

陳國(guó)相

中交一公局集團(tuán)有限公司，北京 100024

1 工程概況

案例項(xiàng)目是熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱管網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目，該操作項(xiàng)目包含機(jī)電安裝和管道安裝以及穿黃隧道盾構(gòu)施工三項(xiàng)。盾構(gòu)隧道全長(zhǎng)1938.04m，覆土20～35.06m，線路坡度為-4.95%、-0.3%、4.95%，泥水平衡盾構(gòu)機(jī)從黃河北岸始發(fā)，在南岸到達(dá)。在此施工流程中，施工技術(shù)人員要嚴(yán)格操作鋼套筒，以達(dá)到控制效果。

2 盾構(gòu)鋼套筒接收進(jìn)掘施工難點(diǎn)

在該工程鋼套筒接收施工中，需要應(yīng)對(duì)一些注意事項(xiàng)及突發(fā)狀況，如避免作業(yè)時(shí)出現(xiàn)各部件之間相互磨損的現(xiàn)象，適當(dāng)控制盾構(gòu)隧道的軸線、鋼套筒安裝軸線以及盾構(gòu)的推進(jìn)距離。如果遇到洞門封閉性不夠好，就要拆除鋼套管，但由此洞門會(huì)漏水。對(duì)于出現(xiàn)的突發(fā)狀況，技術(shù)人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)做出可行性的決策并處理。具體提供以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）盾構(gòu)機(jī)距離洞口50環(huán)的距離時(shí)，為了保證各控制點(diǎn)位置精準(zhǔn)度，要對(duì)其進(jìn)行一次復(fù)核檢驗(yàn)測(cè)量，并且及時(shí)上報(bào)有關(guān)技術(shù)部門做最后驗(yàn)收，確保洞門中心方位各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果都準(zhǔn)確、無(wú)誤差。

（2）在盾構(gòu)機(jī)最后推進(jìn)過程中，要嚴(yán)格按照各項(xiàng)測(cè)量復(fù)核結(jié)果少量多次地推進(jìn)，必要時(shí)做出及時(shí)調(diào)整，使施工數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)、無(wú)誤差。為了確保隧道的平滑順直度，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)保持橫向位置控制在±15mm以下，縱向位置為20～30mm。

（3）在施工作業(yè)中要加強(qiáng)現(xiàn)象管理，為確定鋼套管的精準(zhǔn)位置，需對(duì)其進(jìn)行二次復(fù)核測(cè)量方可固定，確定詳細(xì)數(shù)據(jù)后再開始下井施工。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，為了保證管片無(wú)縫隙，灌漿要嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求操作。當(dāng)盾尾進(jìn)入施工區(qū)后，在盾尾進(jìn)入第7環(huán)，使用管片上的注漿孔注入漿液制作止水環(huán)[1]。

（4）洞門與鋼套筒之間不可存在建筑縫隙，這就要將一塊連接板放置在二者之間。二者的連接工藝各不相同，鋼套筒用8.8級(jí)螺栓與之固定在一起，洞門環(huán)板與連接板焊接在一起，保持水土平衡，確保洞門內(nèi)外水土壓力值相等。

3 盾構(gòu)鋼套筒接收進(jìn)掘施工要點(diǎn)

3.1 鋼套筒結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目施工作業(yè)中對(duì)于鋼套筒的材料尺寸、結(jié)構(gòu)有具體的要求，選用厚16mm的Q235B鋼板制作筒體，長(zhǎng)11200mm、內(nèi)徑6800mm的筒體才符合設(shè)計(jì)要求，筒體結(jié)構(gòu)分為上、下兩部分，上、下兩部分均分割為3塊，切割工藝大不相同，上半部分垂直分割，下半部分則環(huán)向分割，把這2段用M27的8.8級(jí)螺栓連接起來(lái)。

在連接法蘭中間加固密封圈，使水泥盾構(gòu)接收無(wú)建筑縫隙。筒體底部框架施工工藝如下：下部筒體與托架焊接成一個(gè)整體，兩側(cè)要留有必要的安全門和焊接分割口。筒體底部框架結(jié)構(gòu)分別由底部框架承力板、筋板和鋼板構(gòu)成，它們的尺寸和標(biāo)號(hào)分別是20mm Q235B、20mm Q235B和30mm Q235B。

3.2 套筒受力分析

套筒實(shí)際尺寸為長(zhǎng)11200mm、直徑6800mm，材質(zhì)為Q235B、材料自身可承受的應(yīng)力為170MPa。項(xiàng)目實(shí)際要求：下半殼體在承載復(fù)雜的作用壓力下，要求其可承受荷載總壓強(qiáng)（工作內(nèi)壓+靜壓）為0.4MPa，該壓力不可集中到一點(diǎn)上，要均勻分布。施工作業(yè)中可承受的壓力值為0.3MPa。

在分析材料具體受力情況后可知，在預(yù)設(shè)壓力值的抗衡下，筋板與底座連接處可以承載1.397×102MPa的壓力。端蓋的加強(qiáng)筋抗壓能力也很強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)自身可承受值為170MPa，因此套筒和端蓋的結(jié)構(gòu)性能符合項(xiàng)目要求。

3.3 鋼套筒安裝

（1）鋼套筒安裝準(zhǔn)備。第一，測(cè)量復(fù)核。精準(zhǔn)的復(fù)測(cè)核對(duì)相關(guān)尺寸是套筒施工安裝作業(yè)的重要步驟，要保證洞門圓滑度、實(shí)際高度以及井底板高度都要精準(zhǔn)無(wú)誤，反之要適當(dāng)做出調(diào)整。

第二，底板調(diào)平。在施工作業(yè)開始前，要先完成底部調(diào)平層澆筑→鋪墊鋼板→細(xì)砂調(diào)平施工工藝，以保證接收井底板與安裝時(shí)鋼套筒底部的高度一致，且外表平整、美觀。

第三，洞門鋼環(huán)清理。提前處理鋼環(huán)浮漿和內(nèi)部殘?jiān)摥h(huán)拼接處有松動(dòng)或不完善的現(xiàn)象，要及時(shí)對(duì)焊接部位進(jìn)行復(fù)驗(yàn)補(bǔ)焊，使其外觀光滑平整。拼接處安裝密封條，檢驗(yàn)套筒部件結(jié)構(gòu)尺寸及拼接部件的法蘭面，保證安裝施工無(wú)誤差。鋼套筒接收示意圖如圖1所示。

圖1 鋼套筒接收示意圖

（2）鋼套筒安裝。按照測(cè)量放線定位→將過渡環(huán)下半部吊裝下井定位→過渡環(huán)1與過渡環(huán)2上半部下井定位→焊接過渡環(huán)與洞門鋼環(huán)→反力架下井定位安裝→反力架支撐加固→A塊吊裝下井定位→對(duì)接A塊與過渡環(huán)并栓接緊固→上蓋下井→對(duì)接上蓋與A塊并栓接緊固→平端蓋下井→端蓋與筒體栓接緊固→筒體與后端墻及反力架支撐施加預(yù)緊力→再次緊固筒體連接螺栓→加固后端支撐以及兩側(cè)支撐→安裝壓力檢測(cè)及位移監(jiān)測(cè)裝置→砂漿澆筑基座→回灌砂土和泥漿的思路安裝套筒[2]。

測(cè)試套筒保壓性能良好，使其能正常完成施工作業(yè)，要對(duì)套筒進(jìn)行壓力測(cè)驗(yàn)，完成混凝土灌注作業(yè)后，注入可提高套筒內(nèi)部壓力值的壓縮空氣，使預(yù)設(shè)壓力值大于加壓后壓力下降速率。

3.4 套筒接收施工

（1）洞門鑿除。洞門鑿除是一項(xiàng)非常重要的施工項(xiàng)目，其施工工藝也是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)、復(fù)雜的。然而，井點(diǎn)降水也是必不可少的。砂漿基座層混凝土澆筑作業(yè)完成后，泥水盾只能停止施工作業(yè)，等待洞門鑿除作業(yè)結(jié)束后，方可繼續(xù)掘進(jìn)。提前12h在隧底以下1～2m對(duì)接收端頭的降水井進(jìn)行井點(diǎn)降水。等到測(cè)量數(shù)值達(dá)到洞門鑿除標(biāo)準(zhǔn)后開閥檢測(cè)，匯水量達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)方可進(jìn)行洞門鑿除施工[3]。

（2）接收段掘進(jìn)。第一，素墻掘進(jìn)。由于素墻混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C20，厚800mm，其強(qiáng)度等級(jí)較為薄弱，為了保證在掘進(jìn)過程中掉落下來(lái)的石塊順利循環(huán)，要提高循環(huán)速率，并且掘進(jìn)速度要緩慢，其參考值為15～20mm/min，掘進(jìn)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度也要放慢至1.0～1.2mm/min。要時(shí)刻關(guān)注掘進(jìn)情況隨時(shí)調(diào)整參考值。加大泥水循環(huán)流量，確保循環(huán)管路暢通無(wú)阻。

第二，加固區(qū)掘進(jìn)。加固區(qū)整體結(jié)構(gòu)成型的特點(diǎn)較為明顯，用水泥搭接的加固體，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)不高，在掘進(jìn)過程中會(huì)削落大塊水泥。但由于水泥的含量較大，掘進(jìn)時(shí)泥漿黏稠度和重量將會(huì)有較大的變化，為了使工程施工順利進(jìn)行，要時(shí)刻要關(guān)注其參數(shù)的變化。隨時(shí)調(diào)整各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，刀盤轉(zhuǎn)速需達(dá)到1.5mm/min，速度需達(dá)到25mm/min。為了避免施工因素造成地表沉降等工程故障，在到達(dá)鑿除后的地連墻前，應(yīng)及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)速度至10mm/min，減小刀盤轉(zhuǎn)速至0.5～0.8mm/min。

第三，套筒掘進(jìn)。套筒在掘進(jìn)過程中，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在施工作業(yè)中要時(shí)刻注意套筒掘進(jìn)過程中所產(chǎn)生的工程故障，時(shí)刻關(guān)注套筒內(nèi)水土壓力的變化情況，必要時(shí)做適當(dāng)調(diào)整；掘進(jìn)過程中，支撐面受到破壞，要掌握好轉(zhuǎn)速和推力的作用；及時(shí)調(diào)整套筒掘進(jìn)的姿態(tài)，保證順直進(jìn)行，滿足實(shí)際姿態(tài)值±30mm。此外，特別觀察套筒內(nèi)部，如果聽到里面有異常聲響，就有刀盤擦到套筒的可能性，影響掘進(jìn)進(jìn)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼套管的輔助裝置在土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)項(xiàng)目施工方面都有廣泛的適用性，而在隧道盾構(gòu)施工中，該技術(shù)也占有很大的優(yōu)勢(shì)，既可以保證工程安全順利進(jìn)行，又可以保證施工成本，因此鋼套管這一輔助裝置技術(shù)值得同類施工參考。