地鐵盾構(gòu)施工鋼套筒接收風(fēng)險(xiǎn)防控分析研究

張 健

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司， 北京 101100）

1 工程概況

天津地鐵5 號(hào)線靖江路站～成林道站區(qū)間靖江路站為盾構(gòu)接收站，地下三層結(jié)構(gòu)，左、右線隧道盾構(gòu)出洞洞口中心標(biāo)高（絕對(duì)標(biāo)高）為-18.253m，地面標(biāo)高約為+1.35m；洞口形狀為圓形，洞口開(kāi)口凈直徑為6.7m。為保證盾構(gòu)出洞的施工安全，設(shè)計(jì)左、右線隧道采用垂直局部?jī)鼋Y(jié)法加固地層，加固范圍為沿隧道中心線徑向3m、縱向12.2m×13.2m 的凍結(jié)體。該區(qū)間采用盾構(gòu)機(jī)為鐵建重工ZTE6410型，根據(jù)本工程實(shí)際狀況，為了滿足盾構(gòu)接收需求，需要制作筒體長(zhǎng)10500mm，直徑（內(nèi)徑）6710mm 的鋼套筒一套，接收用鋼套筒與洞門(mén)預(yù)埋鋼環(huán)連接，安裝在接收井內(nèi)，并與車(chē)站主體結(jié)構(gòu)緊密連接，保證盾構(gòu)接收安全。

圖1 鋼套筒安裝實(shí)例圖

圖2 鋼套筒用作盾構(gòu)接收時(shí)安裝使用示意圖

2 鋼套筒接收施工工藝

2.1 鋼套筒設(shè)計(jì)制作

筒體部分長(zhǎng)10500mm，直徑（內(nèi)徑）6710mm，分四段(加每段長(zhǎng))，每段又分為上、下兩塊，筒體材料用30mm 厚的Q235A 鋼板，每段筒體的外周焊接縱、環(huán)向筋板形成網(wǎng)狀以保證筒體剛度，筋板厚20mm，高150mm，間隔約550*600mm。在筒體底部框架分四塊制作，托架與下部筒體焊接連成一體，后端蓋為平面蓋，盾構(gòu)接收反力架緊靠在端頭井負(fù)二層環(huán)框梁和底橫梁上。

鋼套筒平移設(shè)計(jì)

接收端采用地面垂直凍結(jié)加固，接收方式為鋼套筒明洞接收。鋼套筒安裝完成后平移約30m 到洞門(mén)鋼環(huán)位置，鋼套筒與洞門(mén)預(yù)埋鋼環(huán)連接，做好密閉處理。

安裝過(guò)程及步驟

圖3 鋼套筒安裝過(guò)程

2.2 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)

在掘進(jìn)中刀盤(pán)到達(dá)加固體前0.5m 處盾構(gòu)機(jī)停機(jī)，也就是距離車(chē)站外襯墻皮3.5m 處。盾構(gòu)進(jìn)洞推進(jìn)施工中可以分為三個(gè)階段，最后15 環(huán)管片應(yīng)用特殊的管片，這樣主要是為了便于實(shí)施二次注漿[1]。

第一階段：盾構(gòu)機(jī)從531 環(huán)起始，在掘進(jìn)中刀盤(pán)距離加固體0.5m 時(shí)，盾構(gòu)機(jī)停機(jī)檢查，確保盾構(gòu)機(jī)能夠保持在最佳的狀態(tài)進(jìn)行洞門(mén)破除工作。

第二階段：盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)進(jìn)入加固體。在對(duì)洞門(mén)完成破除后，鋼套筒完成填充，再對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)在進(jìn)入到加固體時(shí)，527 環(huán)剛好進(jìn)行二次注漿，這時(shí)就需要對(duì)注漿孔位置和壓力以及注漿量加強(qiáng)嚴(yán)格的控制。

第三階段：進(jìn)鋼套筒掘進(jìn)。刀盤(pán)在進(jìn)入到鋼套筒之后，盾構(gòu)機(jī)按照要求正常掘進(jìn)，并且確保土壓和出土量，待工作環(huán)管片拼裝完成后，將盾構(gòu)機(jī)推到合適位置后停機(jī)，及時(shí)做好二次注漿，同時(shí)可以確保形成封閉環(huán)，在檢查沒(méi)有出現(xiàn)滲漏之后對(duì)鋼套筒做好泄壓工作，盾構(gòu)機(jī)完成鋼套筒接收，最后做好鋼套筒以及盾構(gòu)機(jī)的拆除工作。

2.3 洞門(mén)密封及其質(zhì)量檢查

1、盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中，為了確保洞門(mén)密封質(zhì)量符合要求，就需要采用科學(xué)合理的對(duì)策做好洞門(mén)的封堵工作[2]：

2、根據(jù)技術(shù)交底，做好同步注漿工作，將施工間隙做好填充。

3、對(duì)加固體和原狀土分界處進(jìn)行環(huán)箍，將開(kāi)挖的土體和管片外殼間的滲漏通道進(jìn)行封堵。

4、在使用之前做好鋼套筒圓度的檢查工作，保證圓度符合要求，防止盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入到鋼套筒時(shí)和鋼套筒之間的距離不均勻，造成盾體和鋼套筒產(chǎn)生碰撞，使得鋼套筒出現(xiàn)變形等意外情況產(chǎn)生。

3 風(fēng)險(xiǎn)源防控措施

3.1 控制管片拼裝質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求

1、成環(huán)環(huán)面控制:環(huán)面不平整度控制在兩毫米之內(nèi)。相鄰環(huán)高差需要控制在五毫米之內(nèi)。

2、止水條和襯墊在粘貼之前，需要將管片做好清潔處理，保證可以粘貼牢固。管片堆放區(qū)域需要做好防雨措施。

3、管片在安裝前需要對(duì)管片安裝區(qū)域做好清潔處理，尤其是針對(duì)污泥和污水做好清潔。

4、管片在安裝過(guò)程中需要采用管片安裝微調(diào)裝置，對(duì)待裝的管片和已安裝管片塊的內(nèi)弧面縱面調(diào)整到平順相接以減小錯(cuò)臺(tái)。在調(diào)整過(guò)程中需要保持平穩(wěn)，防止管片出現(xiàn)碰撞而損壞[4]。

3.2 控制同步注漿及二次注漿質(zhì)量，保證洞門(mén)密封質(zhì)量，防止洞門(mén)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象

1、做好注漿配比試驗(yàn)，確保注漿材料和配比合理。針對(duì)剛進(jìn)洞的水泥漿凝結(jié)速度要快。

2、對(duì)加固體和原狀土分界處連續(xù)3～5 環(huán)進(jìn)行環(huán)箍，將開(kāi)挖的土體和管片外殼間的滲漏通道進(jìn)行封堵。

3、盾尾在進(jìn)入到加固體之后，在成型的隧道當(dāng)中采用八環(huán)特殊管片上預(yù)留的注漿孔，朝向管片外側(cè)進(jìn)行雙液漿的注入，并且做好環(huán)箍，及時(shí)對(duì)鋼套筒漏漿和形變情況做好檢查。

4、接收環(huán)使用特殊的管片，在管片外側(cè)進(jìn)行背負(fù)鋼板的預(yù)埋，在對(duì)鋼套筒拆除之后，背負(fù)鋼板和洞門(mén)鋼環(huán)間使用L 型鋼板進(jìn)行焊接。

3.3 拔凍結(jié)管措施

1、拔除接收井前方的凍結(jié)管時(shí)，嚴(yán)格按照拔凍結(jié)管方法和步驟執(zhí)行，拔管過(guò)程應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）拔管前進(jìn)行化凍試驗(yàn)，確定合理的化凍時(shí)間，盡量在較短時(shí)間內(nèi)完成拔管。

（2）起拔凍結(jié)管合理控制起拔力，防止斷管發(fā)生。

（3）拔管后立即用低標(biāo)號(hào)水泥砂漿封孔。

2、如發(fā)現(xiàn)凍結(jié)管被拔斷裂，立即采取以下方法進(jìn)行處理：

（1）立即停止拔管，盡量恢復(fù)始發(fā)或接收井口附近未拔除凍結(jié)管的凍結(jié)。

（2）在拔斷的凍結(jié)管中下入4 分加熱水管繼續(xù)化凍，然后下入拔管器拔管。

3、凍結(jié)管拔除后回填措施

（1）凍結(jié)管拔除后，采用M15 商品砂漿對(duì)凍結(jié)管孔洞進(jìn)行回填，防止盾構(gòu)機(jī)通過(guò)凍結(jié)管處時(shí)發(fā)生地面涌水。

（2）回填范圍為：自孔底至孔頂（地表）。（3）在施工過(guò)程中完善過(guò)程記錄。

3.4 盾構(gòu)防凍結(jié)措施

1、凍結(jié)管拔除后，及時(shí)插入套管由下向上對(duì)冷凍管回填M15 砂漿。

2、盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入到冷凍的加固體時(shí)，采用低速以及地推力的方式貫入到作業(yè)面，盾構(gòu)機(jī)操作人員就需要對(duì)刀盤(pán)馬達(dá)的動(dòng)力變化情況加強(qiáng)重視，若是產(chǎn)生異常情況就需要及時(shí)匯報(bào)，從而可以采用科學(xué)合理的對(duì)策應(yīng)對(duì)，若是刀盤(pán)扭矩上升比較快，最好能夠?qū)⒌侗P(pán)轉(zhuǎn)速降低，不斷正反轉(zhuǎn)，持續(xù)5 分鐘，防止刀盤(pán)卡死。

3、刀盤(pán)進(jìn)入加固區(qū)后，掘進(jìn)速度宜控制在10～20mm/min，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速1.0～1.5rpm，推力控制在3000T 以內(nèi)，上土壓傳感器土壓力設(shè)定值控制在0.12MPa。

4、盾構(gòu)機(jī)在穿越凍結(jié)區(qū)時(shí)，刀盤(pán)不停止轉(zhuǎn)動(dòng)；管片拼裝時(shí)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在0.3～0.5rpm，拼裝完畢后盡快開(kāi)始掘進(jìn)，如停機(jī)等待時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，每20min 盾體向前推進(jìn)2～3cm，防止盾體被凍結(jié)。

3.5 防止洞門(mén)破除后發(fā)生涌土、滲漏

1、在破洞前“米”字型打9 個(gè)水平探孔，確保加固效果是否良好。如果滲漏水較大并有涌砂現(xiàn)象，證明洞門(mén)加固存在質(zhì)量隱患。立即停止鉆探孔，對(duì)已鉆探孔處進(jìn)行封堵，埋設(shè)注漿管，注入雙液漿加固處理，同時(shí)周邊冷凍管路繼續(xù)保持積極凍結(jié)狀態(tài)，確保盾構(gòu)接收安全。

2、在鑿除完最后一組混凝土之后，要及時(shí)檢查洞口的凈空尺寸，確保沒(méi)有鋼筋、混凝土侵入設(shè)計(jì)輪廓范圍之內(nèi)。洞門(mén)破除后的渣土不得存放在鋼套筒內(nèi)，必須全部清出。

3、在破除地連墻過(guò)程中，所有凍結(jié)管路應(yīng)仍處于積極凍結(jié)的狀態(tài)，防止土體解凍。因此，破除地連墻砼的過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)凍結(jié)管不被破壞。

4、

在對(duì)洞門(mén)破除當(dāng)中若是產(chǎn)生突發(fā)涌水涌砂情況，就需要將拆除工作及時(shí)停止，及時(shí)采用棉紗來(lái)對(duì)滲漏位置進(jìn)行填充，并且采用雙快水泥封堵，進(jìn)行引流管的預(yù)埋，同時(shí)采用鋼板對(duì)滲漏部位進(jìn)行封牢，在水泥強(qiáng)度達(dá)到要求之后，在引流管當(dāng)中進(jìn)行聚氨酯的注入，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)堵水，對(duì)有涌水涌砂的部位正上方地面處進(jìn)行地面注漿加固處理。

3.6 刀盤(pán)或土倉(cāng)結(jié)泥餅應(yīng)急措施

盾構(gòu)機(jī)在粘土地層中進(jìn)行施工容易形成泥餅，其不僅增加了盾構(gòu)掘進(jìn)的荷載，而且增大了噴涌的可能性，從而使得出土以及掘進(jìn)困難[5]，相對(duì)于此類事故，可以采用以下措施應(yīng)對(duì)：

1、在掘進(jìn)中進(jìn)行泡沫劑注入，以此來(lái)對(duì)土體的和易性改善，避免黏土結(jié)塊。

2、在刀盤(pán)背面和土倉(cāng)隔板上部設(shè)置空心攪動(dòng)棒，對(duì)攪拌強(qiáng)度和范圍加大，同時(shí)可以通過(guò)土倉(cāng)隔板的空心攪動(dòng)棒內(nèi)預(yù)留注水孔注水，以此來(lái)對(duì)刀盤(pán)和土倉(cāng)進(jìn)行清洗處理。

3、刀盤(pán)空轉(zhuǎn)，在離心力的作用下將泥餅脫落。

4、在確保開(kāi)挖面穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，人工對(duì)泥餅進(jìn)行清除。

4 結(jié)論

本文以天津地鐵5 號(hào)線12 標(biāo)地鐵工程為例，首先分析鋼套筒接收施工工藝流程，主要分為：鋼套筒設(shè)計(jì)制作；鋼套筒平移設(shè)計(jì)；安裝過(guò)程及步驟；盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)；洞門(mén)密封及其質(zhì)量檢查。

其次通過(guò)數(shù)值模擬分析鋼套筒的強(qiáng)度及剛度，得出內(nèi)部均壓應(yīng)力、豎向位移最大橫向位移均滿足要求。同時(shí)經(jīng)計(jì)算9 組支撐完全滿足接收要求。

最后針對(duì)施工過(guò)程中可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)因素如：管片拼裝質(zhì)量、同步注漿及二次注漿質(zhì)量、拔凍結(jié)管和盾構(gòu)防凍結(jié)、防止洞門(mén)破除后發(fā)生涌土滲漏等給出一系列防控措施。