地鐵盾構(gòu)始發(fā)用簾布橡膠板安裝應(yīng)用與研究

曹 暘（上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司, 上海 200072）

隨著城市地下鐵路的不斷發(fā)展、壯大，盾構(gòu)法施工已經(jīng)成為目前城市地鐵施工的主流技術(shù)。與此同時(shí)，盾構(gòu)法施工的高風(fēng)險(xiǎn)性、高難度成為行業(yè)焦點(diǎn)，也是眾多業(yè)內(nèi)精英始終在研究的課題。在盾構(gòu)法隧道施工過程中，盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)極高，洞門防水施工對(duì)控制洞門處地面沉降、洞門塌陷、洞門漏水漏沙起著關(guān)鍵性的作用。因此，洞門防水施工控制就成為重中之重。

盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)過程中，在洞門處安裝簾布橡膠板+折葉壓板組合而成防水密閉裝置，可以有效規(guī)避洞門涌沙、涌水的風(fēng)險(xiǎn)，且防水性能好、易安裝、連接可靠、穩(wěn)定牢固，見圖1。這種組合防水密閉裝置，將簾布橡膠板穿在洞門鋼環(huán)螺栓上，通過折葉壓板壓緊，最終將盾構(gòu)機(jī)嚴(yán)密包裹，從而達(dá)到止水效果，目前已在各大城市地鐵施工中廣泛應(yīng)用。

圖1 簾布橡膠板+折葉壓板組合防水密閉裝置

1 簾布橡膠板正反安裝的區(qū)別

對(duì)于常規(guī)盾構(gòu)始發(fā)而言，洞門防水是整個(gè)盾構(gòu)始發(fā)的控制重心，除了處理好洞門加固、端頭降水、周邊河流明水等風(fēng)險(xiǎn)源之外，控制好洞門自身防水措施顯得尤為重要，洞門通常在車站施工過程中同步預(yù)留，采用預(yù)埋鋼環(huán)形式，與鋼環(huán)配套防水措施即折葉式壓板+簾布橡膠板。

簾布橡膠板 + 折葉壓板是利用M 20 mm螺栓將其固定在洞門預(yù)留鋼環(huán)上，簾布橡膠板為該裝置主要防水構(gòu)件，而折葉壓板主要作用為壓緊簾布橡膠板，防止在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中翻邊。沿簾布橡膠板圓環(huán)方向共布置72個(gè)螺栓，橡膠簾布板圓環(huán)寬度68 cm，厚度2 cm，在盾構(gòu)機(jī)開始掘進(jìn)后，簾布橡膠板及折葉壓板內(nèi)翻，經(jīng)過折葉壓板擠壓，使得整個(gè)簾布橡膠板箍在盾構(gòu)機(jī)殼體上，防止刀盤側(cè)面泥水沿洞門進(jìn)入工作井，達(dá)到洞門防水的效果。

無錫地鐵1號(hào)線南延線01標(biāo)工程包括了一站兩區(qū)間，主體結(jié)構(gòu)車站為雪浪坪站車站，區(qū)間為長(zhǎng)廣溪站—雪浪坪站區(qū)間、雪浪坪站—萬達(dá)城站區(qū)間，兩個(gè)區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)均在雪浪坪站完成。雪浪坪站端頭井始發(fā)地層為⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2黏質(zhì)粉土、⑤3粉質(zhì)黏土層，其中⑤1、⑤3為軟土，易產(chǎn)生土體流動(dòng)，⑤2為微承壓含水層，易產(chǎn)生涌水、涌沙。所以，盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大，做好降水、監(jiān)測(cè)量控是確保順利始發(fā)的前提，洞門防水質(zhì)量顯得尤為重要。

洞門第二次鑿除后需要立即安裝橡膠簾布板，沿洞門自上而下安裝橡膠簾布板，先將螺栓穿過橡膠簾布，再依次安裝折葉壓板。折葉壓板安裝較為困難，先將插入橡膠簾布的螺栓拔出，將折葉壓板逐塊安上后再將螺栓擰上；將折葉壓板與加勁板焊接為一體，銷套和翻板焊接成一體，用銷軸將其和折葉壓板插在一起，最后將洞門范圍內(nèi)的螺帽擰緊。

由于簾布橡膠板下邊緣一面為凸起狀，另一面光滑狀，而施工圖紙卻未明確在安裝過程中該凸起狀應(yīng)該為正面還是方面，因此為確保簾布橡膠板安裝質(zhì)量，對(duì)長(zhǎng)廣溪站—雪浪坪站區(qū)間左右線采用不同的安裝方法進(jìn)行對(duì)比分析，確定簾布橡膠板正反安裝的防水效果。人為定義在盾構(gòu)始發(fā)過程中，凸起狀對(duì)著工作井為反裝，凸起狀對(duì)著隧道為正裝。

2 簾布橡膠板正、反安裝對(duì)比

盾構(gòu)始發(fā)過程中，盾構(gòu)機(jī)與洞門以及管片與洞門均存在一定的間隙，為防止該泥水及漿液隨著間隙滲入工作井，采用了具有伸縮性的簾布橡膠板包裹盾構(gòu)機(jī)。從原理上來講，簾布橡膠板與簾布橡膠板拉伸率、折葉壓板可靠性以及簾布橡膠板與盾構(gòu)機(jī)密貼程度有著密切關(guān)系。

由于簾布橡膠板尺寸比盾構(gòu)機(jī)小，所以在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)過程中，必然存在著簾布橡膠板的拉伸變形。經(jīng)過拉伸的簾幕板可以更為有效地貼合盾構(gòu)機(jī)，橡膠簾布板與盾構(gòu)機(jī)之間密貼情況直接影響洞門防水質(zhì)量。

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中，折葉壓板作為簾布橡膠板的支撐結(jié)構(gòu)，它的節(jié)點(diǎn)、角度直接影響了整個(gè)防水裝置的受力。為確保在水土壓力的作用下橡膠簾布板不出現(xiàn)翻邊、漏水現(xiàn)象，折葉壓板的折角、靈敏度顯得尤為重要。

簾布橡膠板有一定的拉伸率，圖紙材料設(shè)計(jì)中明確簾布橡膠板拉伸率不差過 28.8%。超過設(shè)計(jì)拉伸率，簾布橡膠板會(huì)發(fā)生不可逆拉伸變形。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作過程，對(duì)簾布橡膠板的安裝從上述 3個(gè)方面逐步對(duì)比分析。

2.1 簾布橡膠板拉伸率

在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中，隨著盾構(gòu)機(jī)向洞門內(nèi)推進(jìn)，簾布橡膠板內(nèi)環(huán)圈會(huì)緊緊箍在盾構(gòu)機(jī)上。以小松盾構(gòu)機(jī)（φ6.34 m）為例，盾構(gòu)機(jī)半徑 3.17 m，而簾布橡膠板內(nèi)徑 2.73 m，簾布橡膠板會(huì)隨著盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞，整個(gè)簾布橡膠板全部箍緊盾構(gòu)機(jī)。以此為理論計(jì)算模型，計(jì)算簾布橡膠板拉伸率。

（1）簾布橡膠板正裝拉伸率。伸長(zhǎng)率＝（扯伸后長(zhǎng)度－扯伸前長(zhǎng)度）/扯伸前長(zhǎng)度×100% ＝（3.14×2×3.17－3.14×2×2.73）/（3.14×2×2.73×100%）＝ 16.1%

（2）簾布橡膠板反裝拉伸率。伸長(zhǎng)率＝（扯伸后長(zhǎng)度－扯伸前長(zhǎng)度）/扯伸前長(zhǎng)度×100% ＝（3.14×2×3.19－3.14×2×2.73）/（3.14×2×2.73×100%）＝16.8 %

從計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，簾布橡膠板正裝伸長(zhǎng)率達(dá)到16.1%、反裝 16.8%。設(shè)計(jì)簾布橡膠板理論拉伸率可以達(dá)到28.8%。通過對(duì)比分析可以看出，簾布橡膠板反裝拉伸率大于正裝，且均滿足簾布橡膠板材料性能要求。理論上講簾布橡膠板反裝可以更加牢固地箍住盾構(gòu)機(jī)，但由于兩種安裝方案伸長(zhǎng)率差值不大，因此認(rèn)定基本一致。

2.2 折葉翻版可靠性

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入隧道過程中，簾布橡膠板能夠有效抵擋洞門內(nèi)泥水，簾布橡膠板可以起到有效的止水作用。

本工程采用的為φ6.34 m 小松盾構(gòu)機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留洞門環(huán)φ6.7 m，最終成型的隧道管片外徑 6.2 m，所以在盾構(gòu)機(jī)與洞門之間存在著 18 cm 間隙，管片與洞門之間存在 25 cm 間距，根據(jù)折葉板壓折葉長(zhǎng)度計(jì)算折葉壓板折角，確保穩(wěn)定牢固。

（1）折葉板與盾構(gòu)機(jī)折角。折葉壓板示意圖見圖2，折葉壓板簡(jiǎn)化圖見圖3。

圖2 折葉壓板示意圖

圖3 折葉壓板簡(jiǎn)化圖

折葉與盾構(gòu)機(jī)夾角 β，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)與洞門圈直徑確定。

所以β=arcsin（洞門圈半徑-盾構(gòu)機(jī)半徑）/折葉壓板長(zhǎng)度=30°

（2）折葉壓板與管片折角。折葉壓板示意圖見圖4，折葉壓板簡(jiǎn)化見圖5。

圖4 折葉壓板示意圖

圖5 折葉壓板簡(jiǎn)化圖

折葉與管片夾角β，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)與管片直徑確定。

所以β=arcsin（洞門圈半徑-管片半徑）/折葉壓板長(zhǎng)度=44°。

通過在盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)過程中，簾布橡膠板與盾構(gòu)機(jī)以及簾布橡膠板與管片之間的作用形式，兩種安裝方法折葉壓板與盾構(gòu)機(jī)、管片都可以連接牢固，折葉折角均＜ 45°。受力穩(wěn)定，均能滿足要求。

3.3 簾布橡膠板可靠性分析

通過模擬盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程，發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在慢慢進(jìn)入隧道的過程中，簾布橡膠板能夠有效地箍住盾構(gòu)機(jī)，與折葉壓板結(jié)合使用可以有效起到防水作用。簾布橡膠板反裝見圖6，簾布橡膠板正裝見圖7。

圖6 簾布橡膠板反裝

圖7 簾布橡膠板正裝

在模擬盾構(gòu)始發(fā)狀態(tài)情況，可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著盾構(gòu)機(jī)緩緩進(jìn)入隧道，簾布橡膠板正裝狀態(tài)下盾構(gòu)機(jī)與簾布橡膠板貼合緊密，凸起物與盾構(gòu)機(jī)無縫密貼，在后期推進(jìn)、注漿的過程中，盾構(gòu)機(jī)與洞門圈間隙內(nèi)泥水可以填充滿，并且壓緊簾布橡膠板，可以有效避免泥水及漿液進(jìn)入工作井，止水效果好。

簾布橡膠板反裝，雖然使得簾布橡膠板拉伸率增加，但是與盾構(gòu)機(jī)貼合有間隙，止水效果不及簾布橡膠板正裝。

4 結(jié) 語

通過對(duì)簾布橡膠板正反安裝的拉伸率、折葉壓板可靠性以及簾布橡膠板與盾構(gòu)機(jī)貼合程度分析，可以發(fā)現(xiàn)在盾構(gòu)整個(gè)始發(fā)過程中，盾構(gòu)機(jī)與簾布橡膠板緊密貼合，簾布橡膠板在 36 cm 折葉壓板的緊壓下，簾布板能夠很好地起到防水作用。在研究過程中也可以清楚地看到，簾布橡膠板正裝可以與盾構(gòu)機(jī)緊密貼合，水土及漿液在簾布橡膠板凸起物作用下，能夠更為有效地緊壓在盾構(gòu)機(jī)上，使得盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)過程中更有效地起到止水作用。

無錫地鐵 1號(hào)線南延線 01 標(biāo)在盾構(gòu)始發(fā)過程中，通過采用橡膠簾布板正裝方式（凸起物正對(duì)隧道），使洞門止水效果在盾構(gòu)始發(fā)中得到了驗(yàn)證，可以為更多的隧道工程建設(shè)提供參考依據(jù)。