鋼套筒盾構(gòu)接收應(yīng)注意的幾個(gè)問題

王星鈞，鐘志全

（中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 401320）

盾構(gòu)到達(dá)出洞時(shí)，因無法保持壓力平衡，當(dāng)?shù)貙訔l件較差時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)涌水、涌砂，造成地面沉陷、坍塌等事故。為了施工安全，通常在盾構(gòu)到達(dá)前對(duì)端頭土體進(jìn)行加固處理。由于加固處理存在受地面條件限制、成本高、質(zhì)量難保證等問題，因此發(fā)明了基于鋼套筒的盾構(gòu)接收技術(shù)（圖1）。

該技術(shù)通過在洞門處加裝鋼套筒創(chuàng)建一種完全密閉的施工環(huán)境，使盾構(gòu)在出洞過程仍能建立壓力平衡，不僅能有效地降低盾構(gòu)到達(dá)施工的風(fēng)險(xiǎn)，而且無需征地和管線改遷，可大幅降低成本。

圖1 鋼套筒接收實(shí)物圖

雖然鋼套筒接收相比傳統(tǒng)的端頭加固接收有明顯優(yōu)勢(shì)，但在施工中仍發(fā)生過較多問題。下文總結(jié)了鋼套筒接收施工中易忽視的一些問題及措施。

1 洞門處圍護(hù)結(jié)構(gòu)有鋼筋或型鋼

所謂鋼套筒接收是在洞門上套上一鋼筒，在鋼筒里填充砂土，讓盾構(gòu)到達(dá)時(shí)進(jìn)入鋼套筒，保持壓力平衡狀態(tài)穿過洞門。如擬采用鋼套筒盾構(gòu)接收，一般會(huì)在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)將圍護(hù)結(jié)構(gòu)（連續(xù)墻、排樁等）鋼筋采用玻璃纖維筋替代，這樣盾構(gòu)可直接切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入鋼套筒。但有很多情況，初始設(shè)計(jì)時(shí)未考慮采用鋼套筒接收，后因地面加固條件限制或因加固效果不佳，而變更為鋼套筒接收的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。也有的雖然設(shè)計(jì)為玻璃纖維筋，但桁架筋是鋼筋下籠時(shí)未割除，或分幅定位不準(zhǔn)工字鋼接頭在洞門范圍。這些情況可能導(dǎo)致盾構(gòu)無法穿過圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入鋼套筒。

解決措施：在緊靠洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻外側(cè)施工一道素混凝土連續(xù)墻，然后將鋼筋混凝土鑿除。新增素混凝土墻的厚度一般為1m，寬度為隧道外擴(kuò)1m，深度從隧道底以下2m至地面，具體尺寸需根據(jù)受力計(jì)算而定（圖2）。

2 洞門鋼環(huán)與鋼套筒連接

在主體施工過程中，預(yù)埋在盾構(gòu)接收洞門處的鋼環(huán)很難做到非常平整，因此接收鋼套筒開口與洞門鋼環(huán)對(duì)接處存在大小不一縫隙。鋼套安裝時(shí)通常采用鋼板補(bǔ)充焊接來填縫，當(dāng)縫隙過大時(shí)可能還需切割鋼套筒開口處鋼板來減小縫隙。然而鋼套筒分塊體積大且前端為法蘭，切割和燒焊均不方便，使用過后切割處的修復(fù)較難，不利于重復(fù)使用。

圖2 新增素混凝土連續(xù)墻示意圖

解決措施：為保證鋼套筒結(jié)構(gòu)的完整性以及方便現(xiàn)場(chǎng)施工，在鋼套筒與洞門鋼環(huán)間增加過度環(huán)連接（圖3）。過度環(huán)一端與套筒采用螺栓連接，另一端與洞門預(yù)埋鋼環(huán)采用燒焊連接，遇到預(yù)埋件鋼環(huán)較大變形可通過切割過度環(huán)減少焊接工作量和確保焊接質(zhì)量。過渡環(huán)體積小、質(zhì)量小，安裝較方便，并且破壞后重新制作成本低。

圖3 過度鋼環(huán)與洞門預(yù)埋鋼環(huán)連接示意圖

3 鋼套筒與洞門鋼環(huán)防脫開

盾構(gòu)切削洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)后即開始進(jìn)入套筒，由于盾構(gòu)向前推進(jìn)擠壓或摩擦可能導(dǎo)致鋼套筒受力與洞門脫開，從而出現(xiàn)洞門處涌水、涌砂等風(fēng)險(xiǎn)。

解決措施：在鋼套筒后端蓋處設(shè)置反力架和反力裝置（圖4），反力裝置由加強(qiáng)環(huán)梁與多組千斤頂構(gòu)成，并在洞門與鋼套筒連接處設(shè)置變形監(jiān)測(cè)裝置。當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)接收時(shí)，根據(jù)變形監(jiān)測(cè)裝置反饋的數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)千斤頂壓力抵消盾構(gòu)對(duì)鋼套筒的向前作用力，確保鋼套筒環(huán)與洞門的連接牢靠（圖5）。

圖4 反力裝置、反力架

圖5 盾構(gòu)出洞受力示意圖

4 鋼套筒內(nèi)填料及清理

1）盾構(gòu)到達(dá)前將套筒內(nèi)通過預(yù)留料口填入細(xì)砂，由于套筒空間大，留料口較少，存在空間死角，細(xì)沙不容易將套筒內(nèi)部空間填充密實(shí)。

解決措施：加砂過程中增加流水將砂帶入鋼套筒內(nèi)，確保鋼套筒內(nèi)填砂密實(shí)性。即地面制作一加砂漏斗，通過鋼管引向預(yù)留填料口，向漏斗加砂的同時(shí)加水增加砂動(dòng)性，使砂在套筒內(nèi)通過流水帶動(dòng)填充密實(shí)，套筒底部設(shè)置出水口將水濾出（圖6）。

圖6 下砂口下砂同時(shí)加入流水

2）盾構(gòu)脫離洞門后即可進(jìn)行盾尾及管片壁后注漿封住洞門，然后檢查認(rèn)為安全后可拆卸套筒。但拆卸時(shí)由于套筒內(nèi)存有殘留填料，特別是弧面后端蓋設(shè)計(jì)會(huì)有較多的殘留填料，松開后端蓋連接螺栓時(shí)套筒內(nèi)殘留砂料會(huì)突然涌出，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，并且后續(xù)清理工作量較大。

解決措施：①通過刀盤噴口噴水沖刷鋼套筒內(nèi)砂料，使其落入刀盤底部，再通過螺旋機(jī)卷走；②當(dāng)?shù)侗P噴水沖刷無碴土后，打開艙門進(jìn)艙對(duì)刀盤前及后端蓋內(nèi)側(cè)殘留砂土采用高壓水沖洗，然后再螺旋機(jī)出土，待清理至無明顯填料時(shí)可進(jìn)行拆除套筒作業(yè)；③后端蓋采用平板設(shè)計(jì)，便于清洗，避免弧度內(nèi)藏填料（圖7）。

圖7 改良后套筒端蓋設(shè)計(jì)

5 盾構(gòu)進(jìn)入鋼套筒掘進(jìn)控制

1）盾構(gòu)姿態(tài)的控制 為保證盾構(gòu)進(jìn)入鋼套筒過程刀盤不刮到套筒筒壁，在到達(dá)洞門前應(yīng)調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，使盾構(gòu)水平姿態(tài)與鋼套筒中心軸線吻合，垂直姿態(tài)比鋼套筒中心軸線高2～3cm，呈略抬頭向上姿勢(shì)，以防盾構(gòu)栽頭。

2）壁后注漿控制 由于同步注漿擴(kuò)散通道較多，盾構(gòu)脫離洞門后，洞門與管片壁后注漿可能處于不飽和狀態(tài)，仍可能存在涌水、涌砂通道。為確保安全，盾尾脫離洞門后，在出盾尾第3環(huán)管片上打開吊裝孔補(bǔ)充雙液注漿，注漿壓力3bar。注漿完成后打開鋼套筒上泄水孔放水，如水量越來越小直至無水，則可認(rèn)為洞門封堵較好，即可進(jìn)行下一步工作。

3）掘進(jìn)參數(shù)控制 為減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)鋼套筒作用力，盾構(gòu)推力嚴(yán)格控制在1 000t以下，推進(jìn)速度一般控制在20mm/min以下，刀盤轉(zhuǎn)速宜控制在1r/min以下，同時(shí)掘進(jìn)過程中鋼套筒的變形監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

6 結(jié) 語

通過對(duì)鋼套筒接收施工中可能存在的一些問題進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)，既消除了施工過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，又提高了鋼套筒拆裝的效率，使得鋼套筒接收施工更具有實(shí)際操作意義和推廣空間。