跨海隧道泥水盾構(gòu)鋼套筒始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)研究

吳文瑞，王旭春，楊公利，曹云飛，滕宏偉，韓 旭

（1. 青島理工大學(xué)，山東 青島 266033；2. 青島市地鐵規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266315）

0 引 言

隨著我國(guó)隧道建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，泥水平衡盾構(gòu)在我國(guó)的跨海、跨江等隧道建設(shè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。泥水平衡盾構(gòu)采用泥漿為支護(hù)材料，通過(guò)對(duì)泥水艙加壓在開(kāi)挖面上形成不透水泥膜以平衡掌子面水土壓力，通過(guò)切削泥膜實(shí)現(xiàn)隧道開(kāi)挖功能，其地層適用范圍大，從軟弱砂質(zhì)土層到復(fù)合地層均可適用[1]。然而，現(xiàn)階段泥水盾構(gòu)法隧道的施工仍存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，較多施工事故發(fā)生在盾構(gòu)始發(fā)、接收階段。

現(xiàn)有的盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)主要包括掘削面自穩(wěn)法、拔樁法、直接掘削井壁法、平衡始發(fā)法等。其中鋼套筒始發(fā)技術(shù)是平衡始發(fā)法的一種，鋼套筒始發(fā)通過(guò)安裝密閉始發(fā)裝置與洞門連接，盾構(gòu)機(jī)在其內(nèi)部與其形成一密閉空間，可平衡洞門結(jié)構(gòu)外水土壓力，防止始發(fā)過(guò)程中掌子面坍塌以及漏水漏砂[2]，使得泥水盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中建立可靠的泥水平衡，其安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性較單一的端頭加固工法均有較大的提高。但是受鋼套筒組裝質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量等現(xiàn)實(shí)條件制約，鋼套筒始發(fā)技術(shù)仍存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此針對(duì)跨海隧道泥水平衡盾構(gòu)鋼套筒始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)的研究很有必要。

諸多學(xué)者對(duì)鋼套筒始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，陳珊東[3]分析了應(yīng)用鋼套筒的優(yōu)勢(shì)，如水土影響小、可免除端頭加固等，同時(shí)存在密封性能難以保證的缺點(diǎn)。伍偉林等[4]總結(jié)了鋼套筒應(yīng)用過(guò)程中的主要技術(shù)問(wèn)題，如剛度、密閉性、保壓性等，并針對(duì)性的優(yōu)化了鋼套筒的結(jié)構(gòu)。李希宏等[5]結(jié)合實(shí)際工程指出了鋼套筒始發(fā)的主要技術(shù)難點(diǎn)為鋼套筒的防滲、填料的密實(shí)性、盾體的扭轉(zhuǎn)、管路磨損等，在始發(fā)過(guò)程中取得了良好的效果。何源等[6]通過(guò)數(shù)值模擬得出了盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中鋼套筒變形大、容易失穩(wěn)的位置，并提出了針對(duì)性的防控措施。吳忠仕等[7]結(jié)合孟加拉卡納普里河水下隧道實(shí)際工程通過(guò)有限元仿真技術(shù)驗(yàn)證了鋼套筒始發(fā)過(guò)程中的抗扭能力，并提出了采用導(dǎo)向棒、改善填料等措施以提高盾構(gòu)機(jī)的抗扭能力。崔明等[8]、曹云飛等[9]論述了復(fù)雜地層盾構(gòu)始發(fā)及掘進(jìn)參數(shù)的選擇原則，在富水砂層中始發(fā)時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高泥漿的重度和黏度?？傊?，現(xiàn)階段關(guān)于跨海泥水盾構(gòu)隧道鋼套筒始發(fā)的研究缺少系統(tǒng)的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)控制根據(jù)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

青島地鐵8號(hào)線大洋站至青島北站區(qū)間海域段盾構(gòu)隧道工程始發(fā)端距海近、始發(fā)地層復(fù)雜且透水性高、地下水壓力較大，對(duì)于跨海隧道盾構(gòu)始發(fā)具有很高的代表性。通過(guò)總結(jié)本工程泥水盾構(gòu)鋼套筒始發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)并分析鋼套筒始發(fā)期間的力學(xué)行為，為跨海隧道盾構(gòu)始發(fā)施工的風(fēng)險(xiǎn)控制提供了一定的參考依據(jù)。

1 工程概況

青島市地鐵8號(hào)線大洋站至青島北站區(qū)間東側(cè)過(guò)海段包含明挖區(qū)間、盾構(gòu)區(qū)間，左線泥水盾構(gòu)自2號(hào)風(fēng)井始發(fā)，掘進(jìn)區(qū)間長(zhǎng)度2 886 m，最大埋深55.2 m，在膠州灣海底與礦山法隧道對(duì)接，棄殼接收。本工程盾構(gòu)區(qū)間情況如圖1所示。

圖1 區(qū)間過(guò)海段總平面圖Fig. 1 General plan of tunnel cross the sea

區(qū)間海域段穿越地層復(fù)雜多變，主要穿越砂層、黏土層、上軟下硬地層等復(fù)雜地層，部分穿越全斷面微風(fēng)化巖層。膠州灣海域地層富含地下水，水頭壓力極高，盾構(gòu)施工易引起涌水和流砂，易導(dǎo)致海底冒漿或盾尾漏漿，工程難度極大。

本工程始發(fā)端為新近填海造地段，始發(fā)端距離海岸約147 m，第四系厚度較大，地層復(fù)雜，從上至下依次包含：①3-1沖積砂土、⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑨中粗砂、[11]1含黏性土中砂-粗砂、[11]粉質(zhì)黏土、[12]粗礫砂、[16]1-3強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。盾構(gòu)始發(fā)洞門拱頂埋深約27 m，洞身主要處于[11]粉質(zhì)黏土、[12]粗礫砂、[16]1-3強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。上部沖積砂土較富集地下水，地下水位隨潮汐變化但有一定的滯后現(xiàn)象，無(wú)穩(wěn)定水位，地下水位埋深約0.8～4.5 m，始發(fā)端地層情況如圖2所示。

圖2 始發(fā)端地層剖面圖Fig. 2 Stratigraphic section of start section

本工程泥水盾構(gòu)始發(fā)端距海近、埋深大，穿越富水粗礫砂地層，地下水壓力高，存在較大的涌水、涌砂風(fēng)險(xiǎn)[10]。在富水地層中鋼套筒始發(fā)技術(shù)常與端頭加固技術(shù)聯(lián)合使用以降低始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)[11]，前期右線盾構(gòu)始發(fā)期間始發(fā)端頭采用洞門素連墻+旋噴樁加固方式，由于端頭加固的止水效果不佳，加以鋼套筒密封性能差，始發(fā)掘進(jìn)過(guò)程中，洞門處存在較大的涌水現(xiàn)象，盾構(gòu)泥水壓力無(wú)法建立，導(dǎo)致掌子面刀盤上方因掌子面不穩(wěn)定出現(xiàn)地表塌陷情況。廈門翔安海底隧道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，潮間帶富水砂層采用地連墻隔離海水補(bǔ)給效果最佳[12]，因而為規(guī)避始發(fā)期間涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，采用始發(fā)端加固結(jié)合鋼套筒自平衡始發(fā)，始發(fā)端頭采用洞門素墻+套管咬合樁+“U”型素墻+后退式注漿的加固方式，其中以后退式注漿阻隔底部地下水進(jìn)入加固區(qū)，加固平面圖如圖3所示。

圖3 始發(fā)端地層加固平面圖Fig. 3 Plan of reinforcement of the start section

2 鋼套筒始發(fā)技術(shù)分析

現(xiàn)有的盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)主要包括掘削面自穩(wěn)法、拔樁法、直接掘削井壁法、平衡始發(fā)法等[8]，各類方法的根本目的在于保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定。密閉式鋼套筒平衡始發(fā)技術(shù)屬于平衡始發(fā)法的一種，主要原理是通過(guò)將鋼套筒前部連接至洞門鋼環(huán)，后部頂至始發(fā)反力架，鋼套筒內(nèi)部的盾構(gòu)機(jī)主機(jī)拼裝負(fù)環(huán)管片并頂至始發(fā)環(huán)梁，在盾殼、刀盤外部與套筒內(nèi)部形成一密閉空間，通過(guò)向此密閉空間中填充砂土等材料以建立一定的泥水壓力模擬始發(fā)端地層的水土壓力，達(dá)到平衡始發(fā)掌子面內(nèi)外壓力，穩(wěn)定始發(fā)端開(kāi)挖面，防止地層塌陷的目的。

工程始發(fā)端處于新近填海造地段，且臨近海岸，始發(fā)地下水豐富，始發(fā)風(fēng)井在洞門處的地層主要為粉質(zhì)黏土和粗礫砂。粗礫砂層的分選磨圓較差，土質(zhì)結(jié)構(gòu)較好，孔隙含有一定的填充物，滲透系數(shù)達(dá)15～25 m/d，屬于強(qiáng)透水地層。

前期始發(fā)端已經(jīng)采用洞門素墻+套管咬合樁+“U”型素墻+后退式注漿的方式進(jìn)行加固。始發(fā)端隧道拱頂埋深約27 m，埋深較大，由圖2可見(jiàn)F2破碎帶侵入加固體，并連接加固體兩側(cè)的粗礫砂層，地下水可通過(guò)破碎帶補(bǔ)給至加固體內(nèi)部。加之現(xiàn)有的加固體檢測(cè)手段仍存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確判斷加固體的局部缺陷[13]，因而單一的端頭加固仍然難以完全消除因始發(fā)端地下水壓力較高導(dǎo)致始發(fā)期間涌水、涌砂等風(fēng)險(xiǎn)。鋼套筒始發(fā)技術(shù)可在洞門外平衡始發(fā)端地層的水土壓力，彌補(bǔ)始發(fā)端加固工法的不足，大大降低了始發(fā)期間的施工風(fēng)險(xiǎn)。

本工程采用全長(zhǎng)約13 m，內(nèi)徑7 320 mm的始發(fā)鋼套筒，如圖4所示。筒體下部為3節(jié)，每節(jié)3.8 m，筒體上部為3塊，呈64°平分。連接筒體長(zhǎng)約1.0 m，兩側(cè)各有1個(gè)預(yù)留出口，滿足洞門鑿除的需求，同時(shí)整環(huán)布置10個(gè)預(yù)留注漿孔。整個(gè)鋼套筒連接薄弱區(qū)共有16個(gè)預(yù)留注漿孔。

圖4 鋼套筒示意圖Fig. 4 Schematic diagram of steel sleeve

3 鋼套筒始發(fā)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)分析

本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)高、操作難度大，采用鋼套筒始發(fā)技術(shù)，始發(fā)期間鋼套筒的穩(wěn)定性、密閉性及始發(fā)參數(shù)合理性是保證安全始發(fā)的關(guān)鍵。

通過(guò)總結(jié)孟加拉卡納普里河底隧道項(xiàng)目[4]、福州地鐵穿越閩江段[14]以及其他下穿水域或穿越富水地層的泥水盾構(gòu)始發(fā)的工程經(jīng)驗(yàn)，始發(fā)期間的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)主要包括：反力架、鋼套筒的變形及位移、鋼套筒各部位滲漏水、鉸接密封失效、穿越加固體過(guò)程中滯排堵倉(cāng)[15]等。

3.1 反力架、鋼套筒的變形及位移

（1）始發(fā)反力架施作過(guò)程中因柱腳鋼筋生根未達(dá)到設(shè)計(jì)要求等安裝質(zhì)量問(wèn)題、推力控制不當(dāng)?shù)炔僮鲉?wèn)題可導(dǎo)致盾構(gòu)始發(fā)期間反力架發(fā)生較大變形，變形過(guò)大的甚至?xí)?dǎo)致反力架帶動(dòng)鋼套筒整體發(fā)生較大位移，如圖5所示。

圖5 反力架斜撐變形位移圖Fig. 5 Deformation of diagonal brace of reaction frame

（2）鋼套筒因其結(jié)構(gòu)、材料等無(wú)法承受始發(fā)期間的荷載導(dǎo)致變形超限，反力架變形及位移過(guò)大、始發(fā)參數(shù)及姿態(tài)控制不當(dāng)、鋼套筒安裝質(zhì)量差等易導(dǎo)致鋼套筒變形。過(guò)大的變形會(huì)影響鋼套筒分塊接縫處及兩端的密封性，導(dǎo)致接縫處滲漏水甚至泥水倉(cāng)建壓失敗。

3.2 鋼套筒滲漏水

盾構(gòu)刀盤頂至掌子面后，泥水倉(cāng)建壓，計(jì)算得洞門上部、下部的朗肯土壓力P1=226.52 kPa，洞門下部的朗肯土壓力P2=282.81 kPa，始發(fā)期間上部泥水壓力最低應(yīng)控制在2.26 bar以上，下部泥水壓力在2.82 bar以上。在泥水倉(cāng)建壓期間鋼套筒內(nèi)水土壓力較大，鋼套筒及結(jié)構(gòu)墻縫存在滲漏水導(dǎo)致涌砂涌水的風(fēng)險(xiǎn)，滲漏水較大時(shí)泥水壓力難以建立，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致掌子面坍塌，地面土體產(chǎn)生較大沉降或坍塌，在始發(fā)期間應(yīng)防止出現(xiàn)較大的滲漏水情況。結(jié)合其他過(guò)江隧道工程以及福州某地鐵區(qū)間的施工經(jīng)驗(yàn)，鋼套筒始發(fā)期間易發(fā)生滲漏水的薄弱點(diǎn)主要包括鋼套筒各分塊連接處、連接筒體與洞門鋼環(huán)間的焊縫、始發(fā)環(huán)梁與負(fù)環(huán)管片的結(jié)合處[5]、始發(fā)洞門的結(jié)構(gòu)墻縫處[16]。

（1）各分塊連接處的滲漏水主要受到鋼套筒的安裝質(zhì)量以及鋼套筒分塊原有變形的影響。

（2）始發(fā)期間鋼套筒與洞門鋼環(huán)連接處易受拉力作用，存在變形過(guò)大導(dǎo)致洞門鋼環(huán)與鋼套筒焊接處密封失效的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）始發(fā)期間盾尾間隙控制不當(dāng)、盾構(gòu)尾刷損壞、盾尾油脂注入量或油脂壓力不足、注漿壓力過(guò)高等在盾尾形成流砂滲漏通道均可導(dǎo)致盾尾發(fā)生涌砂漏漿情況。

（4）前期洞門鋼環(huán)及結(jié)構(gòu)墻縫存在因施作不當(dāng)產(chǎn)生泥水通路的可能性，建壓過(guò)程中存在洞門鋼環(huán)外側(cè)密封結(jié)構(gòu)被高壓泥水擊穿風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 鉸接密封失效

盾構(gòu)施工技術(shù)涵蓋盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)與線型控制、管片配置與選用、管片姿態(tài)控制、鉸接裝置與盾構(gòu)千斤頂?shù)慕M合選用、注漿控制技術(shù)、刀具超挖量的控制技術(shù)、掘進(jìn)參數(shù)的選用與控制等一系列技術(shù)措施的有效組合。盾構(gòu)鉸接密封出現(xiàn)漏水漏沙，很大程度上與上述技術(shù)措施的選用和組合有關(guān)。

3.4 破除連續(xù)墻過(guò)程中滯排堵倉(cāng)

刀盤在切削洞門素連墻及旋噴樁期間易形成形狀不規(guī)則、大小不一的混凝土塊體堆積在氣墊倉(cāng)內(nèi)，堵塞出渣管路導(dǎo)致出現(xiàn)泥水滯排情況和泥水壓力不穩(wěn)。當(dāng)泥水壓力短時(shí)間反復(fù)大幅變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生水錘效應(yīng)擊穿掌子面，導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)[15]。

4 鋼套筒始發(fā)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)控制措施

4.1 反力架、鋼套筒的變形及位移控制措施

（1）控制反力架的變形與位移的主要手段為保證反力架的安裝質(zhì)量與始發(fā)期間盾構(gòu)機(jī)推力的控制。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的反力架應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的受力計(jì)算，可采用前期預(yù)埋鋼板的方式來(lái)保證反力架柱腳、撐腳的承載力，確保安裝質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。始發(fā)前采用無(wú)損探傷等方式檢查反力架焊縫焊接質(zhì)量，并在始發(fā)期間加強(qiáng)反力架的變形、位移監(jiān)測(cè)。參照青島地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)以及天津地鐵6號(hào)線某區(qū)間類似地層始發(fā)期間盾構(gòu)機(jī)推力控制經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)始發(fā)推力應(yīng)控制在8 000～10 000 kN，以防止反力架與始發(fā)環(huán)梁出現(xiàn)較大變形[17]。

（2）應(yīng)對(duì)鋼套筒變形及位移，鋼套筒本身的強(qiáng)度、剛度以及安裝質(zhì)量的控制是根本，始發(fā)反力架的變形與位移以及盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)的控制是重點(diǎn)。應(yīng)用的鋼套筒應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的受力分析，確保其能夠應(yīng)對(duì)始發(fā)過(guò)程中的復(fù)雜工況。

由于本工程始發(fā)端地層軟弱，盾構(gòu)始發(fā)后姿態(tài)控制難度大，易發(fā)生栽頭情況，導(dǎo)致盾尾姿態(tài)難以控制，刮擦鋼套筒內(nèi)壁。為應(yīng)對(duì)此問(wèn)題，始發(fā)前應(yīng)保證鋼套筒的定位精度，尤其要注意鋼套筒內(nèi)部導(dǎo)軌的安裝精度，使得盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏差控制在±50 mm以內(nèi)[18]，并將靠近洞門端的鋼軌墊高20～30 mm，以確保盾構(gòu)機(jī)呈抬頭姿態(tài)始發(fā)[19]，為盾構(gòu)進(jìn)入土層后的姿態(tài)變化留出空間。為保證始發(fā)過(guò)程中泥水建壓后的鋼套筒密封性，始發(fā)前應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行鋼套筒保壓實(shí)驗(yàn)，確保鋼套筒在建壓情況下的密封性能[13]。

（3）鋼套筒受力分析

為保證鋼套筒自身的強(qiáng)度、剛度滿足始發(fā)要求，在鋼套筒安裝前可采用有限元分析方法驗(yàn)證鋼套筒在盾構(gòu)始發(fā)期間的受力與變形情況，以確定此鋼套筒可否用于本工程的始發(fā)施工。始發(fā)期間鋼套筒變形風(fēng)險(xiǎn)最大的階段為刀盤開(kāi)始磨墻階段，因而在鋼套筒安裝前應(yīng)重點(diǎn)模擬此階段的鋼套筒受力與變形情況[4]。通過(guò)Creo3D軟件建立鋼套筒仿真模型，并導(dǎo)入Abaqus有限元分析軟件，分析刀盤接觸掌子面階段鋼套筒的力學(xué)行為。忽略鋼套筒的各種開(kāi)口。三維計(jì)算模型如圖6所示。鋼套筒材料參數(shù)如表1所示。

圖6 鋼套筒三維模型Fig. 6 Three-dimensional model of steel sleeve

表1 鋼套筒材料參數(shù)Table 1 Material parameters of steel sleeve

選擇分析階段為盾構(gòu)始發(fā)推進(jìn)刀盤未接觸端墻階段，盾構(gòu)機(jī)的重力5 500 kN作用于內(nèi)部導(dǎo)軌，如圖7（a）所示，正常情況下盾構(gòu)始發(fā)推力一般控制在8 000～10 000 kN左右，受力分析期間為增加安全系數(shù)，參考武漢地鐵等類似工程的盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)取始發(fā)推力為20 000 kN作用于始發(fā)環(huán)梁內(nèi)側(cè)[20]，如圖7（b）所示。劃分單元選擇C3D10（10節(jié)點(diǎn)四面體），分割面理想化為對(duì)稱約束，約束底部的法向位移以及環(huán)梁的水平位移。

圖7 鋼套筒受力模型Fig. 7 Force model of steel sleeve

經(jīng)分析，鋼套筒分塊處受力均勻，套筒環(huán)梁位置總體應(yīng)力最大，為47.07 MPa，鋼套筒最大變形位于環(huán)梁下部，變形量為0.139 mm。對(duì)于由Q235B鋼材焊接的直徑為7 320 mm的鋼套筒，最大位移僅為直徑的0.019‰，最大應(yīng)力僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的12%，鋼套筒整體的剛度和強(qiáng)度滿足要求，鋼套筒力學(xué)分析云圖如圖8所示，鋼套筒可用于本工程的盾構(gòu)始發(fā)施工。

圖8 鋼套筒力學(xué)分析云圖Fig. 8 Mechanical analysis nephogram of steel sleeve

4.2 鋼套筒滲漏水控制措施

（1）針對(duì)鋼套筒筒體分塊接縫處的滲漏水，鋼套筒安裝前應(yīng)檢查各分塊的圓度、連接面的平整度等指標(biāo)，保證鋼套筒安裝期間各個(gè)分塊結(jié)合牢固。鋼套筒安裝時(shí)，分塊之間安裝橡膠墊密封，接縫內(nèi)外涂抹堵漏靈或水玻璃等防水材料[21]，安裝完成后采用千斤頂對(duì)套筒施加預(yù)推力，使用鋼絲繩拉結(jié)固定并采用M24高強(qiáng)螺栓連接緊固，保證分塊連接后的密閉性[13]，如圖9所示。

圖9 鋼套筒外側(cè)鋼絲繩拉結(jié)固定示意圖Fig. 9 Tension and fixation of the wire rope outside the steel sleeve

（2）鋼套筒與洞門鋼環(huán)處的焊接連接是整套密閉始發(fā)系統(tǒng)中的重要薄弱點(diǎn)。在鋼套筒安裝前期可通過(guò)在此處加焊小塊鋼板并進(jìn)行探傷檢測(cè)以保證其密閉性。參考南寧地鐵1號(hào)線火朝區(qū)間施工經(jīng)驗(yàn)，在盾構(gòu)始發(fā)前及始發(fā)過(guò)程中可通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)梁預(yù)加壓力螺栓對(duì)鋼套筒預(yù)加反力進(jìn)行調(diào)整，以保證鋼套筒在盾構(gòu)推進(jìn)及建壓期間洞門鋼環(huán)處連接焊縫及鋼套筒橫向連接螺栓不受力，如圖10所示。在鋼套筒試壓過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注此結(jié)構(gòu)墻縫的滲漏情況并在始發(fā)過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)此處的變形情況。始發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)變形過(guò)大或出現(xiàn)滲漏水時(shí)立即停機(jī)，使用堵漏靈和鋼板進(jìn)行封堵，并注入聚氨酯填充墻縫空隙[22]。

圖10 環(huán)梁預(yù)加壓力螺栓圖Fig. 10 Ring beam pre-pressure bolt

（3）針對(duì)盾尾漏沙漏漿，在始發(fā)期間應(yīng)防止盾構(gòu)姿態(tài)變化過(guò)大，保證盾尾間隙均勻，嚴(yán)格控制始發(fā)導(dǎo)軌的安裝精度，保證盾構(gòu)機(jī)抬頭始發(fā)，防止在鋼套筒內(nèi)部及進(jìn)入土層后姿態(tài)發(fā)生過(guò)大的突變導(dǎo)致盾尾間隙難以控制。

盾尾刷及盾尾油脂可防止在始發(fā)過(guò)程中鋼套筒內(nèi)地下水、泥水等從盾尾滲漏至盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部，以保證鋼套筒在始發(fā)期間的密閉性與保壓性，如圖11所示。在安裝期間應(yīng)嚴(yán)格檢查盾尾刷的安裝質(zhì)量及盾尾油脂的涂抹質(zhì)量，在始發(fā)過(guò)程中保證盾尾油脂注入量，嚴(yán)格監(jiān)控油脂倉(cāng)壓力變動(dòng)，保證油脂注入壓力大于泥水壓力，參考廣州地鐵18號(hào)線、廣州地鐵22號(hào)線等部分區(qū)間經(jīng)驗(yàn)，一般情況下油脂泵壓力控制在9～13 MPa左右[23-24]。拼裝管片前做好盾尾異物的清理，控制同步注漿壓力不大于3.0 bar，防止因盾尾刷被破壞或者被壁后漿液擊穿。

圖11 盾構(gòu)機(jī)盾尾刷示意圖Fig. 11 Schematic diagram of shield tail brush

（4）針對(duì)始發(fā)環(huán)梁與負(fù)環(huán)管片的結(jié)合處滲漏水，應(yīng)確保始發(fā)環(huán)梁的內(nèi)面平整，與負(fù)環(huán)管片正常貼合，保證負(fù)環(huán)管片與鋼套筒之間的密封效果。在鋼套筒填充完畢后，在后續(xù)的掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行同步注漿，材料為膨潤(rùn)土，在管片后面形成一道密封防滲環(huán)。

4.3 鉸接密封失效

始發(fā)期間防止盾體鉸接密封失效的重點(diǎn)為盾構(gòu)姿態(tài)的控制，即防止在盾構(gòu)始發(fā)期間有過(guò)大的姿態(tài)調(diào)整。端頭加固、抬頭始發(fā)是防止鉸接密封失效的有效方式。在盾體大部分進(jìn)入土層后的調(diào)向過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制鉸接油缸行程，防止其伸縮過(guò)大，導(dǎo)致周圍水土流入盾構(gòu)機(jī)。鉸接部位出現(xiàn)滲漏水后應(yīng)緊急停機(jī)并采用前期設(shè)計(jì)的應(yīng)急注脂孔緊急注入油脂，以起到封堵滲漏水的目的。

4.4 破除連續(xù)墻過(guò)程中滯排堵倉(cāng)

控制好掘進(jìn)參數(shù)是應(yīng)對(duì)混凝土塊體滯排堵倉(cāng)的根本，在始發(fā)掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制刀盤推力、貫入度及轉(zhuǎn)速，保證滾刀慢破巖、淺破巖，低速多次切削素混凝土結(jié)構(gòu)，以發(fā)揮刀盤的破碎性能，減輕鄂式破碎機(jī)負(fù)擔(dān)，減小刀盤破巖形成的混凝土渣塊的體積，降低滯排堵倉(cāng)堵管的幾率[15]。

采用相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)控制措施后，泥水盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)過(guò)程中反力架與鋼套筒未出現(xiàn)過(guò)大的變形，地面沉降未超出控制值，但是始發(fā)套筒與二襯之間以及始發(fā)套筒尾部存在輕微滲漏水，鋼套筒的密閉性能仍需繼續(xù)加強(qiáng)。

5 結(jié) 論

本文依托青島地區(qū)某區(qū)間泥水平衡盾構(gòu)隧道鋼套筒始發(fā)工程，分析了本工程泥水盾構(gòu)始發(fā)采用鋼套筒輔助工法的必要性，總結(jié)了鋼套筒始發(fā)期間的風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)及相關(guān)控制措施。主要結(jié)論如下：

（1）對(duì)于跨海泥水盾構(gòu)隧道富水砂黏復(fù)合地層盾構(gòu)始發(fā)，單一的始發(fā)端加固不足以保證盾構(gòu)安全始發(fā)，鋼套筒始發(fā)技術(shù)可在洞門外平衡始發(fā)端地層的水土壓力，大大降低始發(fā)期間的施工風(fēng)險(xiǎn)。

（2）泥水盾構(gòu)始發(fā)期間的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)為鋼套筒的穩(wěn)定性、密閉性及始發(fā)參數(shù)的控制，具體應(yīng)嚴(yán)格控制反力架及鋼套筒變形及位移、鋼套筒各部位滲漏水、鉸接密封失效、穿越加固體過(guò)程中滯排堵倉(cāng)等，同時(shí)應(yīng)注意始發(fā)端混凝土結(jié)構(gòu)的密閉性。

（3）采用上述關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)控制措施后泥水盾構(gòu)始發(fā)情況正常，但是仍存在輕微滲漏水情況，鋼套筒的密閉性能、始發(fā)端混凝土結(jié)構(gòu)的密閉性仍需繼續(xù)加強(qiáng)。