盾構鋼套筒分體始發(fā)技術

吳凡 ，胡全亮 （中國中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

某工程盾構始發(fā)站端頭井加固原設計方案為三軸攪拌樁加固，盾構始發(fā)端臨近國鐵信號樓，作業(yè)區(qū)域受限，無法保證加固效果，且始發(fā)段地層為富水粉砂地層，盾構始發(fā)施工存在著巨大的安全風險。國鐵信號樓為上海鐵路局信號終端處理基站，內部精密儀器較多，征拆難度極大，且對施工造成的建筑物變形要求極為苛刻。盾構始發(fā)站為地鐵1號線（已運營）與地鐵5號線（在建）的換乘節(jié)點站，為保證1號線運營安全，使用封堵墻將施工區(qū)和運營區(qū)隔開，井下盾構始發(fā)施工能夠利用的區(qū)域僅有55m長，遠小于盾構機及后配套的長度。為保證國鐵信號樓和地鐵1號線的安全，保證盾構始發(fā)順利實施，經充分研討決定采用盾構鋼套筒分體始發(fā)施工工藝。

2 工藝技術

2.1 工藝概述

盾構鋼套筒分體始發(fā)技術是基于土壓平衡原理延伸出的盾構始發(fā)施工技術。在盾構掘進施工前，將盾構機組裝在鋼套筒內，然后在鋼套筒內填充渣土、砂子等固體散料并注水，建立穩(wěn)定的水土壓力，使盾構機克服常規(guī)施工過程中的部分風險，安全完成始發(fā)。

圖1 盾構始發(fā)站周邊構建筑物分布情況

因始發(fā)場地受限，本區(qū)間采用分體始發(fā)方式。連接橋、螺旋機、1#臺車在井下組裝，2#～6#臺車在地面布置。下井前對1#臺車尾部進行改裝，設置臨時出土口，保證出土順暢。2#臺車與盾體分離，接長油管和電纜線連接至地面。管線延長過程中設置多道防護裝置，保證管線的安全。分體后的盾構機在鋼套筒內始發(fā)掘進過程中，需保證推進參數的穩(wěn)定和油管設備的正常，確保施工的連續(xù)性，避免在始發(fā)段長時間停機。

圖2 始發(fā)鋼套筒結構圖

2.2 工藝流程

圖3 工藝流程圖

2.3 操作要點

2.3.1 測量定位

使用全站儀獲取洞門的實測三維坐標，計算洞門鋼環(huán)在x、y、z軸方向上的設計偏差，再根據洞門左右里程上的偏差和模擬的盾構始發(fā)軸線，對筒體坐標進行數據修正，最后根據修正結果，調整鋼套筒的標高和軸線。

2.3.2 下半環(huán)鋼套筒安裝及第一次填料

圖4 鋼套筒定位測量

連接筒體定位完成后必須與洞門鋼環(huán)滿焊，并在鋼套筒與洞門圈之間設置百分表，隨時觀察焊縫變形情況，確保鋼套筒內空間的密閉性。鋼套筒各部件之間用高強螺栓連接，并設置嵌入式密封圈，增強接縫處抗變形能力和密封性。下部鋼套筒安裝完成后在其內部焊接兩走行走鋼軌，并在兩鋼軌之間填充固體散料，保證盾構機下部空間填充密實。

2.3.3 盾構機及上半環(huán)鋼套筒安裝

下半部分鋼套筒加固完成后，先進行盾構機的吊裝和井下組裝，再進行上半環(huán)鋼套筒和反力架的安裝，同樣在接縫位置設置嵌入式密封圈，增強接縫處抗變形能力和密封性。

2.3.4 反力架安裝及預應力施加

圖5 鋼套筒與洞門圈密貼滿焊

圖6 鋼套筒內第一次填料

圖7 盾構機及鋼套筒吊裝

鋼套筒全部安裝完成后在反力架內安裝12組千斤頂，盾構推進前對鋼套筒施加共計6000kN的預應力，并在推進過程中根據盾構機的推力變化不斷調整千斤頂的作用力，保證千斤頂的合力不小于盾構機推力，盡量減小洞門鋼環(huán)焊縫的受力，增大千斤頂用力的同時對鋼套筒螺栓進行復緊，保證鋼套筒的結構穩(wěn)定性和密閉性。

圖8 反力架和千斤頂安裝

2.3.5 洞門鑿除

按照先上后下，先中間后兩邊的順序鑿除洞圈范圍內的地連墻，鋼套筒安裝前先鑿除90cm的地連墻，預留迎土面鋼筋和10cm混凝土，鋼套筒安裝完成后割除剩余鋼筋。

2.3.6 負環(huán)管片安裝及二次填料建壓

盾構機安裝調試、反力架預應力施加完成后，開始拼裝負環(huán)管片，負環(huán)管片需選用無破損和裂縫的管片，并且在每環(huán)接縫處粘貼三元乙丙橡膠密封墊+遇水膨脹止水條，確保鋼套筒與負環(huán)管片之間的密貼。提前在始發(fā)環(huán)上焊接支撐管片用的牛腿，保證管片脫離盾尾后的整體穩(wěn)定性。盾構機刀尖推至掌子面后，開始進行第二次填料，填料過程中適當沖水保證填料的密實，水通過鋼套筒下部的排水孔排出。分四級對鋼套筒進行逐級加壓，當填料土壓力達到掌子面位置靜止土壓力時保壓并完成壓力測試。

2.3.7 盾構分體始發(fā)準備及掘進

①本次施工采用分體始發(fā)，1#臺車、設備連接橋、螺旋機布置于底板與盾體連接，井下電瓶車編組為：電瓶車*1、18方渣土車*1，管片車*1。2#～6#臺車布置于地面，延長管線布置于頂板端頭井井口旁。這樣布置既能保證盾構推進的正常施工，又能減少延長部分管線的使用量降低成本。

②改裝1#臺車：盾構機原出土口位置設置在5#臺車，為滿足分體始發(fā)要求，出土口需改裝至1#臺車末端，并重新訂購2套傳送皮帶，以滿足始發(fā)段出土的需要。既保證了盾構出土的順利，又保證了現場文明施工。

圖9 負環(huán)管片拼裝示意圖

圖10 第二次填料示意圖

圖11 分體始發(fā)地面布置情況

圖12 分體始發(fā)底板布置情況

③延長管線的保護：始發(fā)井深25m，延長管線在拖送過程中，轉折點較多，管路由地面經2#臺車向下輸送過程中，不得存在死折死彎等現象，避免折彎處過多磨損產生管路雜質。管線下放到負三層后用手拉葫蘆固定在負三層頂板處，隨著盾構的推進，不斷調整手拉葫蘆完成遞送。1#臺車進入隧道內后，在隧道右側安裝導軌，導軌使用槽鋼作為導槽，軌道上設置管線小車。盾構推進過程中，不斷增加管線小車，直到有足夠的距離下放安裝其他臺車，這樣既保證了管線的安全，又方便現場施工。

④同步注漿：盾構推進土體后，開啟同步注漿，填充管片與鋼套筒內固體散料之間的空隙，保證鋼套筒內的土壓力的穩(wěn)定。

3 應用效果

從盾構始發(fā)到側穿建筑物，再到完成始發(fā)段掘進（推進至75環(huán)），我單位對國鐵信號樓進行了豎向位移和靜力水準監(jiān)測。由監(jiān)測數據可得，建筑物單次和累計變形均控制在3mm之內。經調查了解，施工未對信號樓內部精密儀器造成任何影響。

圖13 盾構出土口改裝

圖14 分體始發(fā)延長管線保護措施

圖15 盾構鋼套筒內掘進示意圖

圖16 盾構始發(fā)及側穿國鐵信號樓過程中建筑物豎向位移監(jiān)測情況

采用盾構鋼套筒分體始發(fā)工藝，無需拆遷國鐵信號樓，對信號樓內精密儀器未造成影響，施工工期不受征拆和場地的制約，也無需破除運營區(qū)封堵墻，保證了既有地鐵1號線的運營安全。據調查測算，本次始發(fā)施工累計節(jié)省工期共計90d，在同等條件下，采用本工藝節(jié)省直接費成本約187萬元。

4 結語

綜上所述，盾構鋼套筒分體始發(fā)技術經現場應用反饋，具備安全可靠、經濟合理等優(yōu)點。盾構鋼套筒分體始發(fā)施工技術的應用，豐富了軌道交通工程盾構始發(fā)施工工法，為解決盾構始發(fā)安全、工期、場地、投資等問題提供了新的思路，對今后類似工程的應用具有重要指導意義。