【摘要】通過對鋼套筒重新進行分塊設(shè)計、增加預(yù)壓千斤頂、優(yōu)化密封方式等一系列的改進設(shè)計，解決了早期的鋼套筒存在的剛性不足、組裝困難、密封不良等問題，并根據(jù)改進型鋼套筒在南寧和東莞地鐵項目上的應(yīng)用，說明改進型鋼套筒適用于土壓和泥水盾構(gòu)機的輔助始發(fā)及接收。最后討論了鋼套筒在日系盾構(gòu)機上的適用性。

【關(guān)鍵詞】改進 鋼套筒 設(shè)計 應(yīng)用

0.引言

自鋼套筒這種輔助盾構(gòu)機到達接收的裝置研發(fā)使用之后[1]，因其輔助到達的施工方法具有較高的安全性和免端頭加固的特點而逐漸廣泛使用[2]，有很多盾構(gòu)隧道工程因各種原因不能使用傳統(tǒng)的工法，轉(zhuǎn)而使用鋼套筒輔助盾構(gòu)機出洞[3]。但最初設(shè)計的鋼套筒，因其設(shè)計的缺陷導(dǎo)致使用上也存在一些問題[4]，并且文獻[1]中設(shè)計的鋼套筒僅考慮了輔助盾構(gòu)機出洞，沒有考慮輔助始發(fā)。本次根據(jù)南寧某地鐵始發(fā)需要和鋼套筒實際施工情況，設(shè)計了一種改進型的鋼套筒，用于輔助盾構(gòu)機始發(fā)，并根據(jù)使用情況對改進型鋼套筒的優(yōu)點和長處進行了分析和探討。

1.原有鋼套筒簡介

原有的鋼套筒是由筒體、后端蓋板、頂推托輪組、反力架和前后左右支撐等部分組成，其中筒體的主體部分是由上下六個半圓組成。這種鋼套筒是早期的產(chǎn)品，雖然解決了盾構(gòu)機出洞時安全性問題，同時也免去了端頭加固的麻煩，但是也存在有工期長、費用高和密封困難等問題。

2.改進型鋼套筒的設(shè)計

本次改進型的鋼套筒，總體設(shè)計圖紙如圖1所示。從外觀上看，筒體的主體部分改變了原來的6個半圓組合，變?yōu)?個長弧形+3個半圓。具體的改進體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）重新進行分塊設(shè)計

改進型的鋼套筒，采用3個長弧形+3個半圓的設(shè)計。這種設(shè)計，強調(diào)了上半圓和下半圓各自的整體性，方便上下半圓單獨組裝。同時增加了各個部件的外部加力撐板，因此使得整個鋼套筒的剛性大大增強。相比原設(shè)計的鋼套筒，減少了運輸和起吊過程中的形變，更有利于組裝。

2）部分采用了內(nèi)螺栓連接

原設(shè)計的鋼套筒，全部采用套筒外螺栓連接方式，這種方式，需要鉆到鋼套筒底下去進行螺栓安裝和拆卸，操作上難度較大。因此，本次將套筒底部的15個環(huán)間連接螺栓，改為內(nèi)部連接方式，如圖2所示。這種方式使得底部約80°范圍內(nèi)的螺栓都在鋼套筒內(nèi)部進行拆解，降低了底部螺栓拆卸的難度，更便于進行鋼套筒的安裝和拆卸。

3）改進了密封方式

本次改進的鋼套筒，塊與塊之間結(jié)合面的密封方式不再使用原有的整體式橡膠墊密封，全部改用φ10mm的O型密封圈式的密封。如圖2所示，在結(jié)合面上預(yù)留兩道6mm×15mm的密封槽，用于安放的O型密封圈。這種密封方式，密封效果更好，而且大大降低了安裝的難度。同時φ10mm的O型密封圈有現(xiàn)成的產(chǎn)品，方便采購。

4）增加了預(yù)壓千斤頂

本次鋼套筒在反力架和環(huán)梁之間增加了預(yù)壓用千斤頂，千斤頂推力40T，共10個，環(huán)向基本均勻布置，具體見圖3。通過預(yù)壓千斤頂對鋼套筒施加預(yù)壓力，使鋼套筒緊頂洞門環(huán)板。使用中通過對鋼套筒與洞門環(huán)板連接處進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整預(yù)壓千斤頂壓力，使洞門環(huán)板始終處于受壓狀態(tài)。通過設(shè)置這種預(yù)壓千斤頂，可以消除或者減少洞門環(huán)板的受拉情況，降低對洞門結(jié)構(gòu)的影響。

5）取消了頂推托輪組

原設(shè)計的鋼套筒，考慮到盾構(gòu)機出洞時會產(chǎn)生低頭現(xiàn)象，故設(shè)置了頂推托輪組。但經(jīng)過多次觀察，發(fā)現(xiàn)只要在底部鋪設(shè)適當(dāng)?shù)乃槭蜕巴?，盾?gòu)機出洞時可自然在盾構(gòu)機底部形成一層密實的土層作為支撐，不會出現(xiàn)盾構(gòu)機低頭的現(xiàn)象，因此本次設(shè)計改進型鋼套筒時，取消了頂推托輪組，簡化了設(shè)計，減少組裝的難度。

3.應(yīng)用情況分析

本次設(shè)計的鋼套筒，已經(jīng)成功運用于南寧某地鐵工程，輔助土壓盾構(gòu)機始發(fā)。在南寧運用完畢后，又運輸至東莞，輔助土壓盾構(gòu)機到達。從兩個工地使用情況來看，鋼套筒的使用情況良好，達到了預(yù)期的目的。總結(jié)新鋼套筒使用的情況，除了其固有的安全性高、免除端頭加固之外，還有如下幾個方面值得關(guān)注。

1）原鋼套筒僅考慮用于輔助泥水盾構(gòu)機出洞，本次設(shè)計的鋼套筒已經(jīng)成功用于土壓盾構(gòu)機出洞，同時也順利地實現(xiàn)了輔助盾構(gòu)機始發(fā)。這說明只要設(shè)計好鋼套筒內(nèi)的砂土及水的配比，控制好鋼套筒內(nèi)部壓力和盾構(gòu)機的掘進參數(shù)，鋼套筒完全可以用于土壓盾構(gòu)中，輔助始發(fā)和到輔助達也同樣可以使用，故大大拓寬了鋼套筒的應(yīng)用范圍。

2）采用改進型的密封方式，可以很好地保持鋼套筒內(nèi)的水土壓力，防止泥漿外泄。經(jīng)過實踐證明，這種密封方式非常有效，鋼套筒內(nèi)的壓力和掌子面的均保持穩(wěn)定，整個始發(fā)/到達過程中沒有出現(xiàn)噴漿等各種情況，沒有對端頭造成影響。

3）對比采用端頭加固的方式，采用鋼套筒輔助始發(fā)/到達的整體費用更低。鋼套筒雖然一次性制作成本較高，但是經(jīng)過多次使用后，攤分到每一次使用上，其成本比傳統(tǒng)端頭加固方式更加低。在工期安排上，已經(jīng)對鋼套筒的拆卸已經(jīng)形成了一整套的操作經(jīng)驗和流程，不多耗費時間。

4）這幾次的輔助盾構(gòu)機到達和始發(fā)，其盾構(gòu)機均為海瑞克的盾構(gòu)機。這種盾構(gòu)機的拆解和組裝，是在盾構(gòu)機內(nèi)部拆裝前體和中體的連接螺栓，故適合使用這種鋼套筒。如果三菱等日系盾構(gòu)機，其前體和中體采用焊接連接，其拆解組裝需要在盾體外進行，故目前這種鋼套筒暫不適用于日系的盾構(gòu)機，如果要用于日系盾構(gòu)機，需要重新設(shè)計。

4.結(jié)論和討論

這種新型鋼套筒的設(shè)計，取消了累贅的頂推托輪組，重新設(shè)置了部分螺栓連接形式和預(yù)壓千斤頂，解決了原有的鋼套筒在施工中出現(xiàn)的密封不好、安裝時間長、費用高等問題，使得改進型的鋼套筒更符合實際施工需要。此外，通過設(shè)計好鋼套筒內(nèi)的砂土及水的配比，控制好鋼套筒內(nèi)部壓力和盾構(gòu)機的掘進參數(shù)，實現(xiàn)了將鋼套筒的應(yīng)用拓展到輔助盾構(gòu)機始發(fā)和接收。

參考文獻

[1] 李飛，凌波，盾構(gòu)到達輔助接收裝置的設(shè)計[J].建筑機械化，2009 （09）：66-6

[2] 李奕，鐘志全，泥水盾構(gòu)到達施工新技術(shù) [J].建筑機械化，2010-01-15

[3] 任新偉，熊祥斌，鋼套筒盾構(gòu)接收風(fēng)險分析及應(yīng)對措施[J].江蘇建筑，2013-3-14

[4] 陳珊東，盾構(gòu)到達接收輔助裝置的使用分析[J].隧道建設(shè)，2010-08-20