盾構機鋼套筒接收關鍵技術探析

熊 偉

（中鐵北京工程局集團城軌公司，安徽 合肥 230031）

1 概述

1.1 工程概況

雨潤路站～中勝站區間線路出雨潤路站后繼續沿泰山路向北，于河西大街與泰山路交叉口到達中勝站。

區間隧道左線設計起點里程左DK6+305.900、終點里程左DK6+838.500，短鏈一處（DK6+399.984=DK6+400.000 短鏈0.016m），左線長度532.584m；右線設計起點里程右DK6+305.900、終點里程右DK6+838.500，右線長度532.600m。區間隧道左線為平面直線、右線平面設置有兩條半徑R=2500、2500m 的平曲線，左、右線線間距14.0～16.0m；區間隧道線路縱坡設計為單面坡，最大縱坡19.301‰，最小豎曲線半徑R=3000m，隧道拱頂覆土7.75～13.65m。

1.2 水文地質

本區間隧道接收端主要穿越地層：②-3b3-4+d3粉質粘土、淤泥質粉質黏土與粉砂互層（粉質黏土為軟～流塑狀，粉砂呈稍密狀態）、②-3d3+c3 粉砂夾粉土（稍密，局部中密）。

地下水主要為孔隙潛水和空隙承壓水。水文地質條件差，為確保接收的安全性，采用鋼套筒接收。

1.3 始發端頭地面情況

右線接收端頭地面東側有一條平行區間隧道走向的220KV 高壓線（距離地面20.3m）。與區間右線隧道邊線水平距離3.88m。保護距離按照6m 控制，右線端頭不具備盾構機吊拆條件。

2 鋼套筒工藝原理及技術優點

2.1 工藝原理

在富含地下水粉細砂地質情況下盾構接收采用水泥系端頭加固，漏水、涌砂風險較大，盾構機接收事故多發；在分析盾構機接收時盾體與接收端結構之間存在建筑空隙無法形成密封環境，造成地層粉細砂及地下水涌出問題后，提出了鋼套筒封閉接收工法。其原理是利用鋼套筒提前在接收端洞門處形成一個密封帶壓環境，在盾構機接收時形成土壓平衡并且密封，避免地層粉細砂及地下水涌出。[1]

2.2 技術優點

1.鋼套筒采用分段安裝，施工方便，組裝時間短，并且可以多次使用。

2.鋼套筒配件及連接處采用密封橡膠墊及滿焊連接，可以使盾構接收過程做到有效密封，且能夠防止后部水土流出。

3.通過對鋼套筒內填充料主要由盾構機出渣系統排出，接收完成后，剩余渣土量較少，有利于保持文明施工。

4.施工安全可靠性高，可在埋深大、高水壓下進行盾構機接收工作。

3 鋼套筒施工工藝流程

表1 施工耗時間表

鋼套筒接收施工工藝流程：施工準備→端頭加固→降水作業→鋼套筒平移及安裝→密封檢查→施作砂漿基座→洞門破除→填料→盾構機到達掘進→洞門封堵→鋼套筒拆除。

根據各工序施工時間，鋼套筒安裝需在盾構機到達地連墻前至少30 天開始。

4 鋼套筒設計及安裝要點

4.1 鋼套筒設計

該標段采用海瑞克土壓平衡盾構機，型號EPBT BM6850，盾構機主機總長約8.8m，設計鋼套筒總長11.38m，全圓密閉式筒體，主要由過渡連接環、筒體、后端蓋、反力架組成。

1.過渡連接環。接收洞門處預埋鋼環和鋼套筒之間設置過渡連接環（厚度為20mm），過渡連板的環向寬度設置靈活，可根據接收段長度選擇最佳數值（設計寬度為80cm）接收洞門預埋鋼環與過渡連接環采用焊接連接，焊接處采用油透試驗，檢測焊縫處是否存在漏點；鋼套筒與過渡連接環板通過法蘭采用M36*65機械性能8.8級螺栓連接。[2]在過渡連接板1、2、3、4、8、9、10、11點（時鐘點位）位置有8個觀測孔(安裝2寸球閥)，通過觀測孔檢查洞門密封情況。[3]

2.筒體。筒體長度為10m，直徑（內徑）7200mm，分4 段，每段又分為上左、上右、下部三塊，筒體材料用20mm 厚的Q235A 鋼板，每段筒體的外圍焊接環、縱向筋板作為加強，筋板厚20mm，高150mm，間隔約550×600mm；筒體底部框架由四部分組成。底部框架承力部分用20mm 厚Q235A 鋼板，筋板用20mmQ235A鋼板，底板用20mmQ235A 鋼板。[4]

3.后端蓋。后端蓋材料用30mm 厚Q235A 鋼板。后蓋邊緣與鋼套筒端通過法蘭采用M30*1308.8 級螺栓連接。鋼套筒上預留四個下料口（每段筒體上方各一個）。

4.反力架。反力架采用7m 長I70 工字鋼三拼組成，反力架用609 鋼管做斜撐，與車站底板頂貼密實，反力架上部頂在負二層板上。

4.2 鋼套筒安裝

1.主體部分連接。在安裝之前，在接收端頭井里確定隧道中心線，使鋼套筒軸線與隧道中軸線重合放置。兩段套筒安裝好密封防水后，擰緊連接螺栓，防水材料采用8mm 橡膠墊。

2.后端蓋連接。后蓋板與筒體之間加8mm 厚的橡膠密封后，用M30 螺栓（8.8級）上緊在鋼套筒后法蘭上。

3.鋼套筒前移。采用2 個60t 液壓千斤頂一端利用型鋼頂在接收井底板上翻梁上，另一端頂在鋼套筒的底托平面上，依次將下放的各段鋼套筒沿隧道中軸線向洞門方向頂推，并且和前部連接，頂推過程中確保不發生橫向偏移，頂推到位后進行軸線復核。

4.反力架組裝。反力架采用7m 長I70 工字鋼三拼構成，和接收井上翻梁貼實，使用609 鋼管形成斜向支撐，連接在接收井底板預埋鋼板上，反力架底座與接收井底版預埋件焊接。

5.過渡連接環與洞門預埋鋼環的連接。反力架安放到位后，測量人員進行軸線實測復核，滿足要求后，把洞門預埋鋼環與過渡連接板進行焊接。鋼套筒的過渡連接板與洞門預埋鋼環相接觸后，清除接觸面上的雜物。

5 鋼套筒操作要點

5.1 密閉性檢查

鋼套筒安裝完成后通過加水檢測其密閉性，筒體底部位置水壓為0.16Mpa（根據實際隧道埋深可有所不同），注水后時間≤12 小時，壓力保持在0.15Mpa 上，鋼套筒密閉性能滿足要求，壓力小于0.15Mpa，通過水漬找到滲漏點，對其密封進行修補，并且再進行加水檢測，一直到滿足密閉性要求為止。

5.2 砂漿基座

鋼套筒內徑較盾構機直徑大，當盾構機進入鋼套筒時，由于鋼套筒內填料的密實度不均有可能造成盾構機栽頭，故在鋼套筒下部60°范圍內澆筑適當厚C20砂漿基座。

5.3 洞門鑿除施工

完成氣密性試驗之后，確保其滿足要求，進行洞門鑿除施工。根據施工設計圖，接收端地連墻采用玻璃纖維筋施工，地連墻厚度1m，在洞門范圍內存在四根桁架筋，為了保證刀盤刀具順利磨墻出洞接收，在鋼套筒安裝完成并且耐壓試驗合格后，盾構機刀盤進入加固體3m 后，立即進行地下連續墻外側的鑿除工作，盾構機到達前提前將地連墻桁架筋外側破除20cm，并且割除豎向桁架鋼筋。洞門鑿除施工順序：腳手架→破除連續墻表面混凝土→割除連續墻桁架筋→清理廢渣。

5.4 填料

洞門鑿除完成后，關閉后端蓋進出料閘門及所有球閥，向鋼套筒內填料。填料可采用粉砂段盾構掘進出來的渣土，為控制渣土的流塑性及粘性，可向土倉內加注膨潤土進行改良，可提高渣土含泥量，確保其和易性。

膨潤土泥漿：膨潤土與水的質量比為1:8～1:10。

膨潤土泥漿摻量：2.5:10～3:10。

通過輸送管路運輸至鋼套筒內，填料一次性完成。

6 盾構機到達掘進施工

6.1 到達掘進

盾構到達段施工主要分三個階段，主要是刀盤掘進至高壓旋噴樁加固體段、掘進至地連墻段、刀盤進入鋼套筒段。各階段根據地層特點、與結構的位置關系等條件制定針對性的掘進控制參數。

6.2 測量監測

1.施工測量。由于鋼套筒是密閉空間，刀盤進入洞門時無法肉眼觀察盾構機位置，在最后100m 需確保盾構機軸線的準確性。[5]在盾構機進入加固體前，提前調整盾構機姿態，和隧道中軸線擬合偏差小于±30mm。[6]

2.地表監測。盾構掘進會對地層進行擾動引起地面和隧道沉降，從而會造成周圍的地面建筑及管線等變形[7]。

區間隧道沿線地面、建（構）筑物、地下管線是重點監測保護對象。在盾構掘進通過的影響范圍內地表和建構筑物管線等布置沉降監測點，時刻了解建筑物的不均勻沉降數據。

6.3 洞門封堵

盾構機進入加固體和鋼套筒停機后，對洞門處14環管片利用管片上預留的注漿孔，進行注漿封堵洞門。

1.封堵注漿材料：洞門封堵注漿采用單液漿和雙液漿配合使用。

（1）單液漿。

表2 1:1 純水泥漿配比（1m3液漿） 單位：kg

（2）雙液漿。

表3 水泥、水玻璃雙液漿配比 單位：kg

2.封堵注漿要求。

第一次封堵：盾構機進入加固體后對加固體后五環管片環整環逐步注入雙液漿，注漿壓力接近0.3Mpa時停止注漿。

第二次封堵：盾構機完全進入鋼套筒后時，開始第二次洞門封堵，在加固體邊界處三環從底部往上逐步注入雙液漿，注入量4～6 方，根據洞門鋼環漏漿程度調整注漿壓力和注漿量。

第三次封堵：在加固體前3 環注入單液漿，每環五個注漿點位，為B1、B2、A1、A2、A3 塊的吊裝孔，注漿壓力位0.2Mp～0.3Mpa，每環注漿量控制值為2～3m3，當注漿壓力大于0.3Mpa 時停止注漿（注漿量未達到要求亦停止注漿，當注漿量超過要求時則繼續注漿直至注漿壓力接近0.3Mpa 時停止注漿）。

第四次封堵：在出洞處4 環注入雙液漿，注入量4～6 方。

后根據洞門情況在出洞兩環反復注入單液漿，注漿壓力為0.2Mp～0.3Mpa。

3.注漿效果檢查。

（1）注漿完成后通過注漿孔向管片背后打入450mm長鋼釬，觀察帶出的水泥漿液的凝固狀態，若水泥凝固狀態較好說明洞門注漿封堵效果良好，可以開始拆除鋼套筒連接環板，若水泥凝固狀態較不好或一直有漿液或清水流出，說明洞門封堵效果不佳，重新進行注漿封堵，直至檢查孔無漏水現象。

（2）打開鋼套筒過渡連接環上6 個觀測球閥，均未發現明顯滲漏水。

（3）打開鋼套筒頂部3 個球閥，套筒1（靠近洞門處）上的兩個球閥未發現明顯滲漏水，套筒4 上的球閥會有少量水滲漏。

7 結語

近幾年全國地鐵施工快速發展，盾構法施工是其重要組成部分，富水粉土粉砂地層盾構機接收的情況隨之增多，為保證盾構順利接收，盾構機鋼套筒的安裝加固，密封性檢測，洞門封堵注漿等尤為重要，通過對南京地鐵7 號線2 標雨中區間盾構鋼套筒接收施工技術經驗總結可以看出：盾構機接收姿態；鋼套筒安拆；密封性檢查；砂漿基座；到達掘進；洞門封堵注漿是盾構機鋼套筒接收控制的關鍵。[8]