機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道無加固鋼套筒接收施工技術(shù)

程文鋒

中鐵上海工程局集團(tuán)城軌分公司 上海 200443

地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工是在“洞中打洞”，作業(yè)面小，不便大型機(jī)械設(shè)備操作，目前國內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工多采用礦山法開挖，通過注漿、凍結(jié)等工法對(duì)開挖周邊一定范圍進(jìn)行加固。以上方法施工造價(jià)高，工期長，風(fēng)險(xiǎn)高。

針對(duì)以上不足，首次提出了以“微加固、可切削、嚴(yán)密封、強(qiáng)支護(hù)”為主要特征的地下空間聯(lián)絡(luò)通道機(jī)械法施工技術(shù)理念，即，在地層微加固的情況下，采用隧道掘進(jìn)機(jī)直接破除既有管片的方式，實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)通道的一次掘進(jìn)成型。該工法具有施工快、成本低、安全性高、環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn)。

盾構(gòu)到達(dá)接收施工工藝很多，傳統(tǒng)的有旋噴樁（攪拌樁）加固法，常見的還有凍結(jié)法、鋼板樁置換法、水中到達(dá)法、深井到達(dá)法、化學(xué)注漿加固法、挖填法、豎井加氣法等。由于以上工法，均要求對(duì)洞門端頭進(jìn)行各種施工，或者對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)要求較高，難以應(yīng)用于微加固狀態(tài)下的機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道施工中。

為了確保機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道在無加固狀態(tài)及不利地質(zhì)條件下的安全施工，采用了鋼套筒接收技術(shù)，不僅契合了機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道“短、平、快”的施工特點(diǎn)，同時(shí)成為了確保復(fù)雜地質(zhì)條件下機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道安全接收的有效施工措施。

1 機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道鋼套筒設(shè)計(jì)

掘進(jìn)機(jī)接收鋼套筒是一端開口的桶狀鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，整個(gè)鋼套筒結(jié)構(gòu)由上筒體、下筒體、后端蓋板、月牙形前端和托架等部分組成，構(gòu)件材料采用30mm厚的Q345B鋼板，每段筒體的外周焊接縱、環(huán)向筋板保證筒體剛度，筋板厚度20mm，高45mm，間隔約300×350mm，鋼套筒整體設(shè)計(jì)見圖1。筒體內(nèi)徑與洞門直徑相同，長度上需要確保掘進(jìn)機(jī)主機(jī)在完全脫離洞門時(shí)完全包裹在套筒內(nèi)。

2 機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道鋼套筒接收施工

機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)或土壓平衡頂管機(jī)進(jìn)行施工，接收洞門位置地質(zhì)條件多變，且未進(jìn)行土體改良加固，施工風(fēng)險(xiǎn)大，故各工序的銜接較為緊密，如圖3所示。

2.1 施工關(guān)鍵技術(shù)操作要點(diǎn)

機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道鋼套筒接收施工關(guān)鍵技術(shù)操作要點(diǎn)包括：①特殊鋼-砼復(fù)合管片預(yù)制及拼裝；②管片接縫的封堵及焊接；③接收鋼套筒的制作安裝；④接收鋼套筒填料及壓力；⑤掘進(jìn)機(jī)穿越洞門及進(jìn)入鋼套筒施工；⑥掘進(jìn)機(jī)到達(dá)后鋼套筒拆除的安全保障措施。

2.2 填充物及填充壓力

接收套筒填料及檢驗(yàn)工作是確保接收順利的重要保證。填充物是為了提供一定水土壓力平衡，保證開挖面的穩(wěn)定性，同時(shí)防止掘進(jìn)機(jī)“栽頭”導(dǎo)致機(jī)體與套筒內(nèi)壁接觸。本工程結(jié)合土壓平衡特點(diǎn)，提出了填充物的要求：高承載力、低收縮率、低離析率、假固性（即當(dāng)填充物靜止時(shí)，填充物具有較好的假固性，類似固體，不發(fā)生流失。即漿液注入套筒空隙后，不容易由自身的流動(dòng)性使得填充物向開挖面壓力艙內(nèi)竄入流失，且易被刀盤切削，利于出渣）、流動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)合上述要求，比選了多種材料：泡沫混凝土、水泥砂漿、惰性砂漿、膨潤土漿液，最終選擇改良粘性土作為填充物。土體改良后的指標(biāo)為：液性指數(shù) 1＜ IL＜ 1.4，塌落度控制在100-140mm。

填充壓力，必須根據(jù)隧道埋深、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件和推進(jìn)參數(shù)制定并選擇，對(duì)接收套筒密封效果及焊接效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過程中一旦發(fā)現(xiàn)漏水、焊縫脫落情況，必須立即泄壓，并及時(shí)處理，緊固螺栓或重新焊接，確保鋼套筒的保壓性能。

2.3 掘進(jìn)機(jī)切削洞門及進(jìn)入鋼套筒施工

鋼套筒接收中，鋼套筒的安裝精度、質(zhì)量以及掘進(jìn)機(jī)破洞進(jìn)套筒的參數(shù)是成敗的關(guān)鍵控制因素。施工過程中以預(yù)控為主，須嚴(yán)格控制各階段參數(shù)，并加強(qiáng)地表隆沉、管片形變監(jiān)測。

（1）在刀盤切削洞門混凝土管片前，必須及時(shí)調(diào)整注意盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，防止糾偏過急；然后通過正確的管片選型，保證盾構(gòu)機(jī)碰壁時(shí)良好的盾構(gòu)姿態(tài)。推進(jìn)速度不大于5mm/min；盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭姿態(tài)高于軸線20-30mm，呈略抬頭向上姿勢(shì)；水平姿態(tài)處于±20mm以內(nèi)。

（2）刀盤開始切削洞門混凝土管片時(shí)，降低推進(jìn)速度，推速＜ 2mm/min；刀盤轉(zhuǎn)速1.5-2.0rpm，推力結(jié)合現(xiàn)場扭矩變化調(diào)整，控制扭矩＜ 550kN·m；盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭姿態(tài)高于軸線20-30mm，呈略抬頭向上姿勢(shì)；水平姿態(tài)處于±20mm以內(nèi)。

切削混凝土管片過程中要注入TAC材料或泡沫劑改良渣土，配合比為：TAC：水：水玻璃=420kg/m3：839L/m3：50L/m3，先加TAC和水?dāng)嚢杈鶆蚝蠹尤胨ＡВㄟ^攪拌一小時(shí)后可使用。

（3）混凝土管片切削完成后，刀盤已完全進(jìn)入套筒內(nèi)部，繼續(xù)采用掘進(jìn)模式推進(jìn)，控制推速＜5mm/min；推力＜2000kN；刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.5-1.0rpm。在切削管片過程中，進(jìn)尺較慢，刀具與管片的摩擦以及土倉內(nèi)土體與胸板的摩擦將會(huì)使渣土溫度升高，熱量易集中于土倉內(nèi)，無法消散。故，切削過程中務(wù)必渣土改良。

（4）刀尖即將抵制套筒端部，如圖5所示，此時(shí)視為接收完成。為防止因施工誤差、精度控制不準(zhǔn)導(dǎo)致刀盤抵制套筒端部，目標(biāo)值最后50mm時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制推進(jìn)速度1mm/min。根據(jù)里程，認(rèn)真判斷刀盤是否抵制套筒端部，刀盤具體位置以最新實(shí)測管片里程與油缸形成計(jì)算為準(zhǔn)。

2.4 鋼套筒拆除安全保障措施

掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入鋼套筒到達(dá)指定里程停機(jī)后，由于主機(jī)仍然在筒體內(nèi)部，開挖間隙的封堵效果較難判斷，施工風(fēng)險(xiǎn)依然存在。為有效抑制鋼套筒拆除過程的潛在施工風(fēng)險(xiǎn)并準(zhǔn)確判斷洞門封堵的質(zhì)量，應(yīng)主要注意如下幾方面：①通過管片注漿孔探孔判斷洞門封堵情況；②通過接收套筒泄壓閥探孔判斷洞門封堵情況；③拆除前必須將所有管路接好，做好應(yīng)急注入聚氨酯準(zhǔn)備。

3 結(jié)語

本技術(shù)經(jīng)寧波市、無錫市多次工程實(shí)踐，均取得了理想效果，有效地控制了地表沉降，保證了施工安全。參考改進(jìn)建議如下：（1）作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)的待切削洞門，強(qiáng)度可適當(dāng)降低，可加快進(jìn)洞工效，減少地層擾動(dòng)，提高功效。（2）鋼套筒接縫密封采用O型圈密封，較難做到全密封，應(yīng)配合密封膠使用，可加強(qiáng)接縫防水。（3）在切削洞門混凝土過程中，易出現(xiàn)較大塊混凝土剝落而導(dǎo)致螺旋機(jī)卡死，可以考慮在刀盤上增設(shè)格柵，限制進(jìn)入土倉的混凝土塊粒徑。（4）接收過程中套筒的保壓至關(guān)重要。在刀尖貫穿洞門，其余刀具尚在切削管片過程中，出土量較難控制，土層擾動(dòng)極大，要加強(qiáng)監(jiān)控。