地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收工藝及風(fēng)險(xiǎn)源防控

陳 勇

安徽省公路橋梁工程有限公司 安徽合肥 230000

地鐵工程中盾構(gòu)接收常出現(xiàn)洞門涌水、涌砂或地面沉陷等安全風(fēng)險(xiǎn)，是盾構(gòu)施工的重要風(fēng)險(xiǎn)階段?，F(xiàn)以合肥地鐵3 號(hào)線南延線仙霞路站—青年路站區(qū)間工程為例，淺析盾構(gòu)鋼套筒接收工藝，以解決盾構(gòu)在富水和粉土粉砂地層中接收風(fēng)險(xiǎn)大的難題。

1 工程概況

合肥地鐵3 號(hào)線南延線位于安徽省合肥市肥西縣，全長(zhǎng)11.3km。仙霞路站—青年路站區(qū)間為地下雙線隧道，線路出仙霞路站后，沿金寨路向東地下敷設(shè)，側(cè)穿規(guī)劃改建金寨路橋、卞小河進(jìn)入青年路站。隧道左線長(zhǎng)551.017m，右線長(zhǎng)549.919m，隧道平面最小曲線半徑1000m，豎曲線最大縱坡8.712‰。

本區(qū)間接收端隧道穿越地層以（2）3- 1 粉土和（2）3- 2 粉砂為主且接收端靠近卞小河，隧道邊線與卞小河擋墻墻踵最小水平距離3.3m，地下水豐富。

2 施工技術(shù)分析

2.1 鋼套筒施工流程

鋼套筒的作用是保證盾構(gòu)機(jī)接收破洞門時(shí)，立即進(jìn)入鋼套筒，使原本敞開(kāi)式接收轉(zhuǎn)換成密閉式接收，避免了盾構(gòu)破洞門接收時(shí)水土流失的重大安全隱患。鋼套筒接收流程如圖1 所示。

圖1 鋼套筒接收流程圖

2.2 接收端頭地層加固

仙霞路站—青年路站區(qū)間接收端采用φ850@600攪拌樁+ 三管φ800@600 旋噴樁加固的方式。加固范圍為隧道兩側(cè)各加固3m，豎向隧道頂以上至隧道底以下均為3m，前者向上進(jìn)入粘土層1m，后者向下進(jìn)入中風(fēng)化砂巖1m。加固體周邊設(shè)降水井，左右線共有6 口，盾構(gòu)接收期間保證將地下水降至隧道底以下1m，待洞門弧形板封堵工作完成后，方可停止降水。

嚴(yán)格對(duì)照設(shè)計(jì)要求，對(duì)樁體強(qiáng)度進(jìn)行檢查，檢查過(guò)程可采用鉆孔取芯方式，完成取樣工作后，將壓力設(shè)置為0.5M～1.0MPa，通過(guò)水泥漿對(duì)鉆孔進(jìn)行回罐封閉。完成檢測(cè)工作后，可以采用水平觀察方式了解孔的情況，在盾構(gòu)接收前需要對(duì)加固效果進(jìn)行孔試驗(yàn)，觀察加固強(qiáng)度以及土體含水量等。

2.3 鋼套筒設(shè)計(jì)

本區(qū)間接收鋼套筒是一端開(kāi)口的桶狀結(jié)構(gòu)，鋼套筒總長(zhǎng)為11000mm（含過(guò)渡環(huán)、筒體1 至筒體4、后端蓋），洞門鋼圈內(nèi)徑6600mm，鋼套筒內(nèi)徑6900mm，外徑7100mm，由1 個(gè)過(guò)渡連接環(huán)、4 個(gè)筒體、1 個(gè)后端蓋等部分組成。

每段筒體的端頭和上下兩半圓接合面均焊接圓法蘭，法蘭用40mm 厚的板，上下兩半圓以及筒體之間均采用M30、8.8 級(jí)螺栓連接，中間加8mm 厚橡膠墊和遇水膨脹止水條。

2.4 鋼套筒安裝

鋼套筒安裝之前需要做好前期的準(zhǔn)備工作，為了避免筒體之間出現(xiàn)縫隙，通過(guò)環(huán)形橡膠密封墊和遇水膨脹止水條對(duì)其進(jìn)行密封。具體的安裝可以分為三個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）需要在結(jié)構(gòu)底板做好相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，方便吊裝工作的開(kāi)展，安裝過(guò)程中需要進(jìn)行中心線的復(fù)測(cè)，確保鋼套筒中心線與隧道中心線保持一致。

（2）需確保鋼套筒的過(guò)渡連接板和洞門鋼環(huán)焊接完成，反力架支撐體系焊接安拆，通過(guò)超聲波進(jìn)行焊接后的探傷。安裝完成后，采用水密性試驗(yàn)進(jìn)行密封性檢查，尋找鋼套筒漏水部位，做好標(biāo)記并處理，保證其密封質(zhì)量符合要求。

（3）面盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入鋼套筒期間，為防止鋼套筒產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和左右移動(dòng)，需在安裝完成后的鋼套筒兩側(cè)等間距加焊橫向水平支撐和斜向防扭支撐。

2.5 鋼套筒接收

2.5.1 施工準(zhǔn)備

施工前期的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，接收前100 環(huán)時(shí)需要復(fù)測(cè)控制點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，然后在此基礎(chǔ)之上，對(duì)盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，最后50 環(huán)需要完成隧道軸線的復(fù)核，保證鋼套筒能夠安全接收。

2.5.2 盾構(gòu)接收段推進(jìn)施工

第一階段：盾構(gòu)接收地連墻前正常段掘進(jìn)施工。盾構(gòu)接收，正常段掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，確保盾構(gòu)平面、高程偏差控制在允許范圍內(nèi)，確保在進(jìn)入鋼套筒內(nèi)，使得盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行掘進(jìn)施工。根據(jù)盾構(gòu)各項(xiàng)施工參數(shù)，調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)速度，準(zhǔn)備進(jìn)入第二階段的推進(jìn)。接收最后12 環(huán)管片，在脫出盾尾后及時(shí)用槽鋼進(jìn)行連接拉緊，避免管片出現(xiàn)較大沉降。

第二階段：進(jìn)鋼套筒掘進(jìn)。參數(shù)設(shè)置：推速＜5mm/ min，推力＜8000kN，土壓＜1bar，視實(shí)際推力大小，以不超過(guò)此值為原則。鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)以管片拼裝模式掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)前土倉(cāng)需建立適當(dāng)壓力，提高拼裝模式的推力，如果推力不具備將盾體向前頂推的能力，則采用掘進(jìn)模式，刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.8r/ min 以下，刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)前，要與鋼套筒外部進(jìn)行聯(lián)系，確認(rèn)人員及設(shè)備安全后，才能進(jìn)行掘進(jìn)模式。盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)過(guò)程中，要確保與外界聯(lián)系，密切觀察鋼套筒的情況，一旦發(fā)現(xiàn)變形或有滲漏時(shí)，必須立即停止掘進(jìn)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

盾構(gòu)姿態(tài)以洞門和鋼套筒后端蓋軸線作為姿態(tài)控制軸線，盾構(gòu)機(jī)頭高于軸線2～3cm，呈略抬頭向上姿勢(shì)，確保盾構(gòu)能夠順利推入鋼套筒內(nèi)。

2.5.3 盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置

以本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)為例，主機(jī)全長(zhǎng)9.47m，鋼套筒凈長(zhǎng)11m，盾構(gòu)機(jī)最終停機(jī)位置的選擇需保證最后1 道盾尾刷脫出洞門鋼圈距離50cm 左右，方便后期弧形板的焊接。

2.5.4 洞門密封及其質(zhì)量檢查

盾構(gòu)機(jī)接收完成后，即可在隧道內(nèi)施做封閉環(huán)箍封堵洞門，采用雙液漿和單液漿配合的方式封堵，封堵環(huán)號(hào)為接收環(huán)和接收環(huán)后5 環(huán)，共計(jì)6 環(huán)。雙液漿配比：水泥漿水灰比1∶1，水玻璃與水泥漿體積比1∶1，水玻璃采用35Be’，注漿壓力3～4bar，同時(shí)對(duì)壓力表和盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力進(jìn)行觀測(cè)，了解其變化情況。注漿完成后在注漿管片的注漿孔上開(kāi)孔檢查注漿效果，如開(kāi)孔存在滲漏水現(xiàn)象，表明封堵效果較差，需繼續(xù)注漿封堵，如開(kāi)孔無(wú)滲漏水現(xiàn)象，表明封堵效果良好，可以準(zhǔn)備拆蓋。

2.6 鋼套筒拆解

（1）鋼套筒拆除之前需要讓其處于無(wú)壓狀態(tài)，拆除前做好壓力檢測(cè)，保證無(wú)壓力后，再組織拆除工作。

（2）鋼套筒拆除過(guò)程中，及時(shí)對(duì)洞門鋼環(huán)和管片之間的間隙采用弧形板進(jìn)行焊接封堵，避免土體暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生涌水涌砂。

（3）鋼套筒拆除順序：后端蓋拆除→筒體4 的上塊拆除→筒體3 的上塊拆除→筒體2 的上塊拆除→筒體1的上塊拆除→過(guò)渡連接塊上半部分拆除→盾構(gòu)機(jī)拆卸、吊出→筒體4 的下塊拆除→筒體3 的下塊拆除→筒體2的下塊拆除→筒體1 的下塊拆除→過(guò)渡連接塊下半部分拆除→場(chǎng)地清理并移交。

3 風(fēng)險(xiǎn)源防控措施

3.1 盾構(gòu)接收時(shí)洞口土體大量流失風(fēng)險(xiǎn)

土體流失風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的，如果洞口土體質(zhì)量強(qiáng)度不符合要求，鋼套筒縱向螺栓連接處出現(xiàn)漏漿漏水問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致土體流失風(fēng)險(xiǎn)。施工過(guò)程中，應(yīng)該重視土體加固的質(zhì)量，保證強(qiáng)度和均勻性符合要求。盾構(gòu)機(jī)接收前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，接收前50 環(huán)在隧道內(nèi)每隔10環(huán)施做1 次止水環(huán)箍，組段后方來(lái)水。同時(shí)為了減少水土的流失，同樣也可以對(duì)洞口進(jìn)行注漿封堵，若土地流失嚴(yán)重，需要進(jìn)行緊急撤離并停止施工，保證人員和設(shè)備安全。

3.2 地面沉降風(fēng)險(xiǎn)

地面沉降問(wèn)題的出現(xiàn)，與接收端頭的地質(zhì)條件、環(huán)境復(fù)雜性有著很大的關(guān)系，在接收過(guò)程中，難以對(duì)地面沉降問(wèn)題進(jìn)行有效控制。所以施工前需要做好如下準(zhǔn)備：

（1）對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間計(jì)算，嚴(yán)格遵守施工過(guò)程要求，需要做好相應(yīng)的壓力監(jiān)視以及進(jìn)入工作；

（2）嚴(yán)格控制注漿量，加強(qiáng)注漿管理，保證注漿操作符合流程；

（3）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，盡少降低方向的改變，嚴(yán)禁大幅糾偏，嚴(yán)格控制超挖方向，保持土體合理；

（4）施工過(guò)程減少地層擾動(dòng)情況，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行有效的維修保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機(jī)性能得以發(fā)揮，及時(shí)檢查盾構(gòu)機(jī)性能情況以及使用情況，使設(shè)備達(dá)到最佳的使用狀態(tài)，降低對(duì)地層的擾動(dòng)；

（5）保證管片拼接的質(zhì)量，做好拼接施工管理工作；

（6）引進(jìn)各項(xiàng)信息化技術(shù)，對(duì)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋各項(xiàng)數(shù)據(jù)，不斷地對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使及施工參數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)。

如果發(fā)生沉降，首先應(yīng)該避免沉降區(qū)域做好交通疏散工作，以避免行人，車輛通過(guò)，并且做好匯報(bào)狀況，將相關(guān)信息傳遞至主管部門。如果出現(xiàn)即使坍塌，必須緊急撤離，停止施工。

3.3 鋼套筒變形、泄露以及盾構(gòu)機(jī)碰到鋼套筒風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)接收過(guò)程中，對(duì)鋼套筒作用力過(guò)大就會(huì)造成變形、泄露等問(wèn)題，造成鋼套筒變形及扭轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致鋼套筒泄露、刀盤刮蹭鋼套筒等現(xiàn)象。盾構(gòu)接收前，根據(jù)測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿態(tài)，盾構(gòu)進(jìn)入鋼套筒過(guò)程中通過(guò)壓力表做好筒體內(nèi)壓力的監(jiān)測(cè)，同時(shí)安排監(jiān)測(cè)人員做好對(duì)鋼套筒的水平傾斜監(jiān)測(cè)，盡早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工當(dāng)中的異常情況。鋼套筒如果變形較大，必須立即采取措施，如發(fā)生泄漏，需要進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，同時(shí)對(duì)鋼套筒頂部進(jìn)行密切觀察，一旦出現(xiàn)滲漏，必須停止掘進(jìn)進(jìn)行補(bǔ)救。

4 結(jié)論

綜上所述，盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程當(dāng)中，如果不重視風(fēng)險(xiǎn)管控，會(huì)使得該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果不佳。鋼套筒輔助裝置適用于泥水平衡盾構(gòu)以及土壓平衡盾構(gòu)，該裝置能夠適用于環(huán)境、水文地質(zhì)等復(fù)雜的條件，保證盾構(gòu)的安全接收，同時(shí)也可對(duì)鋼套筒進(jìn)行循環(huán)使用，不僅能夠節(jié)省成本，同時(shí)也能夠有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)，具有實(shí)踐推廣價(jià)值。