柔性鋼套筒盾構(gòu)接收技術(shù)研究

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300350)

一、工程概況

天津地鐵6號(hào)線人民醫(yī)院站～長虹公園站區(qū)間共投入兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)參與施工，區(qū)間右線采用鐵建重工Φ6410土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，左線采用海瑞克Φ6390土壓平衡盾構(gòu)機(jī)參與施工。區(qū)間右線、左線盾構(gòu)均在長虹公園站北端始發(fā)，在人民醫(yī)院站南端接收。區(qū)間平面地理位置見圖1所示。

圖1 區(qū)間平面地理位置示意圖

(一)區(qū)間概述。區(qū)間左線設(shè)計(jì)里程為：左DK18+380.000～左DK19+114.126(含長鏈0.003m，短鏈0.384m)，左線隧道全長733.745 m；右線設(shè)計(jì)里程為：右DK18+380.000～右DK19+114.126，右線隧道全長734.126m；區(qū)間左右線隧道總長1467.871m；區(qū)間最小曲線半徑2000m，區(qū)間線間距11m～15.6m，區(qū)間隧道為單面坡，最大縱坡-11.909‰，隧道覆土約11.6～20m。區(qū)間隧道設(shè)聯(lián)絡(luò)通道一處。

區(qū)間管片為預(yù)制鋼筋混凝土管片，環(huán)寬1.5m，內(nèi)徑5.5m，外徑6.2m，采用錯(cuò)縫拼裝。

二、盾構(gòu)接收工藝流程

根據(jù)天津地鐵盾構(gòu)法隧道施工強(qiáng)制性要求，本區(qū)間盾構(gòu)接收采用二次接收方式，具體接收流程如圖2所示：

圖2 盾構(gòu)接收施工流程圖

三、鋼套筒設(shè)計(jì)與安裝

(一)鋼套筒的設(shè)計(jì)。鋼套筒是由筒體、后端蓋、反力架、支撐等組成的一端開口、一端封閉的容器[1]。使用時(shí)通過向容器內(nèi)填充水泥漿液，以支撐土體，從而滿足盾構(gòu)的接收需求。1.筒體。筒體部分長12000mm，內(nèi)徑6700mm，分4段，每段分為上下兩個(gè)半圓，每段筒體的端頭和上下兩個(gè)半圓之間的接合面均焊接圓法蘭，法蘭用螺栓連接，中間加一個(gè)3毫米厚的橡膠墊和兩個(gè)遇水膨脹襯墊，以保證密封效果[2]。進(jìn)料口設(shè)置在圓筒上方，下部設(shè)有8個(gè)排水孔，預(yù)留檢查孔。2.后端蓋。后端蓋為平面蓋，由冠球蓋與平面環(huán)板組成。3.反力架。所用反力架由許許多多的鋼管組成，安裝時(shí)緊貼后端蓋，且要求鋼管斜撐在車站底板上，施加一定的預(yù)應(yīng)力。4.筒體與洞門連接。為保證筒體與洞門連接的密閉性，將在鋼套筒與洞門之間設(shè)置過渡連接板，即橡膠板。其通過焊接的方式與洞門環(huán)板連接，通過螺栓擰緊的方式與鋼套筒連接[3]。若施工時(shí)存在縫隙，應(yīng)盡快完成縫隙的填補(bǔ)。具體連接方式如圖3所示。

圖3 筒體與洞門鋼環(huán)連接示意圖

(二)鋼套筒的安裝。對(duì)加工好的鋼套筒運(yùn)送至盾構(gòu)井下，先進(jìn)行分塊連接，后進(jìn)行分段成筒連接[4]。同時(shí)連接縫處采用安裝3mm厚橡膠墊+兩條遇水膨脹襯墊措施，用以止水。鋼套筒頭部與洞門圈鋼環(huán)通過橡膠板連接。鋼套筒連接好后，對(duì)套筒用H型鋼進(jìn)行支撐。安裝完成后，先對(duì)鋼套筒灌水，進(jìn)行密閉性檢查，若有漏水的部位，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

四、柔性鋼套筒盾構(gòu)接收技術(shù)

圖2已經(jīng)說明了盾構(gòu)接收的工藝流程，現(xiàn)在對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的說明。

(一)控制測(cè)量復(fù)核。在盾構(gòu)到達(dá)之前，應(yīng)對(duì)到達(dá)處洞門中心標(biāo)高、平面位置及洞門直徑進(jìn)行復(fù)測(cè)，以確定洞門的精確位置。

盾構(gòu)機(jī)接收是隧道貫通的關(guān)鍵?？刂贫軜?gòu)機(jī)的水平和垂直誤差是盾構(gòu)接收段的主要任務(wù)，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格把控，以減少盾構(gòu)到達(dá)前的管片偏差值。同時(shí)在此段還應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的控制，以使盾構(gòu)擁有良好的姿態(tài)，安全精確進(jìn)洞[5]。

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前200米應(yīng)進(jìn)行貫通測(cè)量(地面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)、聯(lián)系測(cè)量、洞內(nèi)控制點(diǎn)復(fù)測(cè))，必要時(shí)采用陀螺儀定向，并且進(jìn)行接收洞門復(fù)測(cè)，確保盾構(gòu)的進(jìn)洞姿態(tài)[6]。在最后50環(huán)推進(jìn)的時(shí)侯，每10環(huán)進(jìn)行一次人工復(fù)測(cè)，及時(shí)修正盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)，盾構(gòu)在距洞口50m左右時(shí)，再進(jìn)行一次導(dǎo)線測(cè)量，在進(jìn)入加固土體前應(yīng)以量少多次的原則，適時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整，確保盾構(gòu)機(jī)的位置偏差在±15mm以內(nèi)，仰角允許偏差控制在2mm/m以內(nèi)，以避免出現(xiàn)俯角姿態(tài)，從而使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)保持準(zhǔn)確無誤安全進(jìn)洞[7]。

(二)控制注漿。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，應(yīng)采用雙液型注漿材料，以同步注漿的方式，填補(bǔ)管片與土體之間的空隙區(qū)域，以防止地面沉降。在必要的時(shí)候，應(yīng)以注漿速度來控制掘進(jìn)速度的快慢[8]。遇到管片滲水嚴(yán)重或地表出現(xiàn)較大沉降時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行二次注漿補(bǔ)強(qiáng)，以達(dá)到止水效果及保證管片背后填充密實(shí)。

(三)洞門混凝土破除。先進(jìn)行探孔施工，若無滲漏水現(xiàn)象，且垂直取芯質(zhì)量檢測(cè)合格，在通過接收條件驗(yàn)收后,當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻)時(shí)，方可進(jìn)行洞門混凝土破除。若探孔處若出現(xiàn)涌水、涌砂等問題時(shí)，應(yīng)以量少多次的原則進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，直至探孔無滲漏水現(xiàn)象為止[9]。

(四)鋼套筒內(nèi)回填。當(dāng)洞門混凝土破除完畢后，先對(duì)鋼套筒灌水，進(jìn)行密閉性檢查，若有漏水的部位，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，待合格后方可進(jìn)行填料。進(jìn)行填料時(shí)，使用水泥漿液為材料，同時(shí)填充兩個(gè)填料孔以確保填料在鋼套筒中的均勻分布。

圖7 接收洞門密封裝置示意圖

(五)洞門止水措施。由于洞門圈內(nèi)徑與盾構(gòu)外徑大小不一致，在使用時(shí)則會(huì)在盾構(gòu)周圍產(chǎn)生間隙。因此在盾構(gòu)進(jìn)入洞門前，采用在洞門鋼環(huán)焊接兩整環(huán)3mm厚、200mm高花紋鋼板，鋼板之間填充100mm×100mm的海綿條的方式，縮小盾構(gòu)外的間隙，防止出現(xiàn)涌水、涌砂等問題。具體如圖7所示。

(六)安裝接收基座。根據(jù)盾構(gòu)接收位置和盾構(gòu)盾體接收要求安裝盾構(gòu)接收基座[10]。接收基座中心與洞門中心一致，接收基座前端距洞門鋼環(huán)40cm。提前焊接好導(dǎo)軌，導(dǎo)軌面與接收基座軌道面一致。

(七)盾構(gòu)接收段技術(shù)措施。盾構(gòu)接收段的掘進(jìn)需采取如下技術(shù)措施：①在盾構(gòu)進(jìn)入加固區(qū)前，為避免上下波動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，必須嚴(yán)格控制土壓力，將其保持在一個(gè)合理范圍內(nèi)，為此需要把控好與土壓力有關(guān)的施工參數(shù)，如出土量、推進(jìn)速度等。若土壓力過低，則會(huì)使盾構(gòu)扎頭；若土壓過高，則會(huì)使鋼套筒損壞。②盾構(gòu)接收段施工時(shí)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，盾構(gòu)及時(shí)進(jìn)行糾偏，確保盾構(gòu)貫通精度[11]。盾構(gòu)糾偏做到勤糾、緩糾，單環(huán)糾偏量應(yīng)盡量保持在5mm以下。③在盾構(gòu)施工過程中，應(yīng)對(duì)鋼套筒連接點(diǎn)處進(jìn)行相關(guān)防水處理，并嚴(yán)格檢查螺栓連接是否符合規(guī)定，以提高施工質(zhì)量，保證施工安全[12]。填料施工前，對(duì)于鋼套筒內(nèi)的縱縫，應(yīng)使用止水材料進(jìn)行填補(bǔ)，從而確?；靥詈蠖粗型恋母黜?xiàng)指標(biāo)達(dá)到工程所需要求。④安排相關(guān)人員對(duì)盾構(gòu)接收洞門處進(jìn)行觀測(cè)，若表現(xiàn)出異常，則應(yīng)及時(shí)上報(bào)情況并停止盾構(gòu)掘進(jìn)工作。⑤控制出土量。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，要嚴(yán)格控制出土量，同時(shí)還應(yīng)保持泡沫系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)的良好狀態(tài)，以保證土被順利排出。

(八)盾構(gòu)第一次接收施工。洞門混凝土破除作業(yè)將要完成時(shí)，暫停盾構(gòu)掘進(jìn)，通過清除洞門范圍內(nèi)的殘碴及泥土，逐步降低土壓力值，以確保安全。待完成鋼套筒內(nèi)回填后，即可重新啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)。當(dāng)?shù)侗P進(jìn)入加固體后，由于此時(shí)沒有土層存在，盾構(gòu)繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)將不會(huì)繼續(xù)出土。每掘進(jìn)1.5m應(yīng)立即拼裝工作環(huán)，以盡量減少進(jìn)入洞口時(shí)間。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前盾脫出車站內(nèi)襯墻50cm時(shí)，停止推進(jìn)，立即在主體結(jié)構(gòu)預(yù)埋的洞門鋼環(huán)與盾體之間焊接一整圈弧形鋼板。

洞圈封堵完畢后，每環(huán)管片都應(yīng)通過其注漿孔進(jìn)行二次注漿。為了防止?jié){料沿管外的間隙流出，在鋼板周圍的不同位置開設(shè)注漿孔，在洞圈外進(jìn)行補(bǔ)壓漿。

(九)盾構(gòu)第二次接收施工。通過盾構(gòu)機(jī)徑向注漿孔及弧形鋼板上注漿孔觀察，在確保注漿效果良好的情況下，開始拆除弧形鋼板并進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，直至盾構(gòu)機(jī)完全推上接收托架，如果在二次到達(dá)時(shí)仍有漏水現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行壁后壓注10倍發(fā)泡率的油溶性改性環(huán)氧樹脂，待改性環(huán)氧樹脂遇水膨脹后，形成止水塞，封閉隧道縱向滲水通道。

(十)鋼套筒拆除。完成注漿后，先將鋼套筒內(nèi)剩余的泥漿清理干凈，然后安排工作人員檢查是否存在問題。如果沒有問題，即可拆除鋼套筒上半塊，然后用起重機(jī)將盾構(gòu)機(jī)吊出，最后再拆除鋼套筒的下半塊，完成盾構(gòu)機(jī)的拆卸。

五、結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)柔性鋼套筒盾構(gòu)接收技術(shù)的研究，不難發(fā)現(xiàn)該技術(shù)具有適應(yīng)范圍廣、可多次利用、安全性高的特點(diǎn)，在接收過程中并不會(huì)出現(xiàn)像傳統(tǒng)接收技術(shù)那樣，出現(xiàn)因加固效果不達(dá)標(biāo)而造成水土流失的風(fēng)險(xiǎn)，降低了施工過程中對(duì)環(huán)境的破壞。但該技術(shù)仍然還有許多問題尚未解決，如出洞操作困難、運(yùn)輸及保管困難、費(fèi)用高等，這些都需要人們共同努力去完善與改進(jìn)。相信在未來，柔性鋼套筒盾構(gòu)接收技術(shù)會(huì)變得愈發(fā)的成熟。