熊四清 （中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

22#盾構(gòu)井～溫涌路站盾構(gòu)區(qū)間自溫涌路站始發(fā)至22#盾構(gòu)井接收，接收井處上半部為砂質(zhì)粘性土、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，下部為中風(fēng)化混合花崗巖，為典型的上軟下硬地層，且拱頂有部分砂層，接收時(shí)存在涌水涌砂、地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)。原設(shè)計(jì)盾構(gòu)接收端頭井采用三面素混凝土連續(xù)墻加旋噴樁加固，但由于接收?qǐng)龅鬲M小無(wú)法進(jìn)行地面加固，且端頭井地質(zhì)條件復(fù)雜采用水平加固效果難以保證，經(jīng)多方論證決定采用密閉鋼套筒平衡接收。

圖1 22#盾構(gòu)井處地質(zhì)斷面圖

1 鋼套筒接收的原理

通過(guò)在鋼套筒內(nèi)建立密閉的空間和內(nèi)部填充物提供平衡掌子面的水土壓力，使盾構(gòu)機(jī)在破除洞門(mén)前已建立了水土平衡，刀盤(pán)出圍護(hù)結(jié)構(gòu)后等同于盾構(gòu)常規(guī)掘進(jìn)，從而避免了盾構(gòu)機(jī)破除洞門(mén)過(guò)程中出現(xiàn)涌水、涌砂或掌子面上部失穩(wěn)而出現(xiàn)塌方。

2 鋼套筒設(shè)計(jì)

鋼套筒制作鋼板選擇Q235B，板厚δ=30mm，整個(gè)鋼套筒結(jié)構(gòu)由鋼套筒筒體、支撐反力系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等部分組成。

圖2 鋼套筒總體設(shè)計(jì)圖

2.1 鋼套筒筒體

鋼套筒筒體由A、B、C、D四種型號(hào)組成，鋼套筒拼裝完成后筒體長(zhǎng)度為10400mm，內(nèi)徑6500mm。其中A塊為兜底塊共3塊，單塊長(zhǎng)度3300mm，3塊拼裝總長(zhǎng)9900mm；B塊為鄰接塊左、右側(cè)各1塊，單塊長(zhǎng)度為9900mm；C塊為封頂塊，單塊長(zhǎng)度9900mm；D塊為過(guò)渡環(huán)上下各1塊半圓形布置，長(zhǎng)度500mm。

圖3 鋼套筒筒體設(shè)計(jì)圖

2.2 支撐反力系統(tǒng)

鋼套筒接收反力架設(shè)置與盾構(gòu)始發(fā)反力架相同，反力架設(shè)計(jì)最大反力為1600t。

環(huán)梁為鋼套筒筒體與反力架連接的過(guò)渡構(gòu)件，環(huán)梁由上半環(huán)與下半環(huán)組成，上半環(huán)與下半環(huán)之間、環(huán)梁與鋼套筒之間采用螺栓連接。環(huán)梁內(nèi)徑為5400mm，外徑與鋼套筒外徑等直徑，為6760mm。

為消除構(gòu)件間安裝間隙，減小盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入后鋼套筒的位移，鋼套筒安裝后在環(huán)梁預(yù)加千斤頂?shù)奶崆邦A(yù)加反力。預(yù)加反力裝置共設(shè)置20個(gè)千斤頂，分4區(qū)布置，每個(gè)千斤頂?shù)念A(yù)壓力為60t，總計(jì)預(yù)加壓力為1200t。

圖4 鋼套筒預(yù)加壓力

2.3 密封系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)土倉(cāng)壓力約為0.20MPa，鋼套筒設(shè)計(jì)耐壓0.5MPa。

為確保鋼套筒環(huán)向、縱向接縫不滲漏，鋼套筒分塊連接及與環(huán)梁連接處均設(shè)置2道嵌入式密封圈，并在連接處內(nèi)側(cè)涂抹聚氨酯，確保鋼套筒環(huán)向、縱向的接縫不滲漏。

過(guò)渡環(huán)與洞門(mén)預(yù)埋鋼板間采用滿焊連接，確保接縫密封。

鋼套筒安裝完成后必須進(jìn)行加水試壓，試壓壓力均達(dá)到0.3MPa,計(jì)算壓力為0.2MPa,能滿足盾構(gòu)到達(dá)壓力要求。

圖5 鋼套筒密封設(shè)計(jì)

3 鋼套筒接收工藝及關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 施工工藝流程

3.2 鋼套筒安裝、拆除

3.2.1 安裝過(guò)渡環(huán)

過(guò)渡環(huán)與洞門(mén)預(yù)埋鋼板間采用滿焊連接；與筒體間通過(guò)焊接連接焊縫沿過(guò)渡環(huán)一圈內(nèi)側(cè)點(diǎn)焊，并加焊槽鋼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。過(guò)渡環(huán)個(gè)別地方較大空隙處進(jìn)行填充鋼板并焊接牢固。

圖6 鋼套筒過(guò)渡環(huán)安裝

3.2.2 安裝鋼套筒

鋼套筒安裝順序?yàn)橄華塊，后B塊，最后C塊。

3.2.3 安裝后端蓋、反力架

環(huán)梁及后端蓋安裝完成后，在預(yù)加壓力的過(guò)程中注意檢查反力架各支撐是否松動(dòng)，鋼套筒連接螺栓是否松動(dòng)，出現(xiàn)異常及時(shí)采用處理措施。

圖7 鋼套筒安裝過(guò)程圖

圖8 鋼套筒接收后端蓋及反力架安裝圖

3.2.4 鋼套筒拆除

洞門(mén)封堵完成后，首先對(duì)隧道內(nèi)管片進(jìn)行開(kāi)孔檢查，確認(rèn)管片壁后空隙填充密實(shí)后，再通過(guò)鋼套筒底部預(yù)留的泄水孔檢查鋼套筒內(nèi)的滲漏水情況；若存在滲漏水情況，則對(duì)漏水部位進(jìn)行洞內(nèi)補(bǔ)注漿；若地層中無(wú)滲漏水流出，則打開(kāi)鋼套筒頂部閥門(mén)降低鋼套筒內(nèi)壓力，同時(shí)觀察壓力表和盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力變化情況，如壓力穩(wěn)定下降無(wú)突變且降低至0后無(wú)明顯變化，說(shuō)明洞門(mén)效果良好可進(jìn)行拆蓋作業(yè)。在進(jìn)行鋼套筒拆除時(shí)，應(yīng)先拆除后端蓋，再拆除C塊及B塊，盾構(gòu)機(jī)吊出后拆除A塊及反力架。

圖9 鋼套筒接收示意圖

3.3 鋼套筒接收關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 填料

由于此前鋼套筒接收多用于泥水平衡盾構(gòu)，泥水盾構(gòu)有專用泥漿管路出渣，無(wú)需螺旋機(jī)出土，右線施工時(shí)按照泥水盾構(gòu)接收方式采用砂、水填充鋼套筒，采用螺旋機(jī)出土，實(shí)際推進(jìn)時(shí)由于螺旋機(jī)內(nèi)無(wú)法形成有效“土塞”,推進(jìn)時(shí)噴涌較大，推進(jìn)效率低。

左線鋼套筒接收時(shí)，吸取右線鋼套筒接收經(jīng)驗(yàn)，在鋼套筒內(nèi)填入了1/3的砂和2/3的水，用水壓代替土壓，鋼套筒內(nèi)的推進(jìn)時(shí)關(guān)閉螺旋機(jī)不進(jìn)行出土，將鋼套筒內(nèi)的水通過(guò)鋼套筒預(yù)留管路進(jìn)行排出，過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)出水口球閥開(kāi)閉度及推進(jìn)速度控制水壓(2bar)，防止壓力不足導(dǎo)致地層失水。在此項(xiàng)施工過(guò)程中，需保證洞內(nèi)和接收井口的聯(lián)系，確保鋼套筒內(nèi)水壓，最后在洞門(mén)封堵完畢后方可進(jìn)行出土，將鋼套筒內(nèi)的砂排除。

3.3.2 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

刀盤(pán)破洞門(mén)前，將土倉(cāng)壓力和鋼套筒壓力同時(shí)穩(wěn)定在2.0bar；進(jìn)入鋼套筒之后，將速度控制在40mm/min～50mm/min，推力不超過(guò) 800t，扭矩不大于1000kN·m，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速穩(wěn)不大于0.8rpm。

3.3.3 洞門(mén)封堵

為確保洞門(mén)封堵效果，推進(jìn)最后10環(huán)過(guò)程中同步注漿不采用惰性漿液，改為水泥漿，每環(huán)同步注漿量控制在8m3以上，注漿壓力控制在2.0bar～3.0bar之間；待盾體完全進(jìn)入鋼套筒后，最后10環(huán)除了K塊外的其他管片全面打孔，并上好逆止閥，然后進(jìn)行洞門(mén)注漿封堵。最后5～10環(huán)管片注漿采用水泥砂漿＋水玻璃漿液，全部點(diǎn)位補(bǔ)漿；最后5環(huán)先注水泥漿，每孔注入量1m3，然后再采用雙液漿補(bǔ)漿，確保洞門(mén)封堵效果，補(bǔ)漿應(yīng)從下到上左右對(duì)稱互補(bǔ)。

3.3.4 測(cè)量控制

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前50m，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的鋼套筒安裝中心線設(shè)計(jì)出洞盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，為掘進(jìn)提供依據(jù)?？紤]裁頭現(xiàn)象，盾構(gòu)機(jī)出洞姿態(tài)可考慮略抬頭姿態(tài)，在進(jìn)入鋼套筒時(shí)姿態(tài)控制應(yīng)要求中心線偏差控制在±2cm之內(nèi)。

3.3.5 鋼套筒位移及形變控制

反力架制造前進(jìn)行嚴(yán)格的受力計(jì)算，確保受力滿足要求，反力架位移不得大于2mm。在反力架和環(huán)梁之間設(shè)置預(yù)加反力裝置，通過(guò)預(yù)壓千斤頂對(duì)鋼套筒施加預(yù)壓力，消除構(gòu)件間間隙，減小鋼套筒位移。

盾構(gòu)刀盤(pán)到地連墻后，對(duì)鋼套筒與洞門(mén)環(huán)板及反力架連接處進(jìn)行縱向位移觀測(cè)，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變，立即停止推進(jìn)，分析原因采取措施：

①如鋼套筒與洞門(mén)環(huán)板位置出現(xiàn)變形量過(guò)大時(shí)，要加大鋼套筒與反力架之間的預(yù)加反力，然后將洞門(mén)環(huán)板與鋼套筒連接端面變形量稍大的地方進(jìn)行補(bǔ)焊。

②如鋼套筒本體連接斷面法蘭處出現(xiàn)變形量較大時(shí)，要立即采取加強(qiáng)措施，在變形量較大處補(bǔ)加加強(qiáng)肋板，加強(qiáng)肋板可利用現(xiàn)場(chǎng)鋼板制作。

③如反力架斜撐任何位置出現(xiàn)位移量過(guò)大時(shí)，應(yīng)增加直撐或斜撐的數(shù)量。

3.3.6 監(jiān)測(cè)情況

在端頭井位置設(shè)置地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，按照要求對(duì)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)。圖10為右線鋼套筒接收時(shí)地面點(diǎn)位沉降情況，在盾構(gòu)接收過(guò)程中沉降平均約12mm，接收完成后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，沉降情況可控。其中10月31日刀盤(pán)破除地連墻進(jìn)入鋼套筒，11月2日接收完成，接收過(guò)程中沉降數(shù)據(jù)無(wú)明顯突變，分析認(rèn)為沉降原因?yàn)槎軜?gòu)掘進(jìn)本身沉降，鋼套筒接收對(duì)沉降影響較小。

圖10 鋼套筒接收地面沉降監(jiān)測(cè)趨勢(shì)圖

4 總結(jié)

4.1 適用范圍

對(duì)地面場(chǎng)地要求少、限制小、靈活性大，主要適用于地表?xiàng)l件復(fù)雜沒(méi)條件進(jìn)行地表加固。同時(shí)鋼套筒接收過(guò)程中一直保持壓力平衡，洞門(mén)封堵完成后再進(jìn)行泄壓，接收過(guò)程相當(dāng)于常規(guī)掘進(jìn)，故鋼套筒接收同樣適用于地層復(fù)雜地段。

4.2 經(jīng)濟(jì)性分析

鋼套筒接收裝置一套總重約220t，制作成本132萬(wàn)元/套，每套可循環(huán)利用5次，綜合人工、機(jī)械使用情況，成本約35～40萬(wàn)/臺(tái)次，成本遠(yuǎn)低于地面旋噴樁加固、冷凍法等其他接收方式。

4.3 安全質(zhì)量及工期

①采用鋼結(jié)構(gòu)拼裝，可重復(fù)利用，綠色環(huán)保，由于接收過(guò)程相當(dāng)于常規(guī)推進(jìn)，故安全性高于常規(guī)盾構(gòu)接收。

②由于鋼套筒接收在封堵洞門(mén)后再回收千斤頂，因此省去常規(guī)接收洞門(mén)區(qū)域管片拉緊裝置的設(shè)置，保證了接收段管片拼裝質(zhì)量。

③鋼套筒除鋼結(jié)構(gòu)加工外，準(zhǔn)備時(shí)間僅需20d，盾構(gòu)接收前的工作主要為鋼套筒安裝、加固，較常規(guī)地表加固省去了進(jìn)場(chǎng)、施工、等強(qiáng)、檢測(cè)等時(shí)間，工期較常規(guī)接收可控。

[1]李飛，凌波.盾構(gòu)到達(dá)接收輔助裝置設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械化，2009（9）.

[2]鄭石，鞠世健.泥水平衡盾構(gòu)到達(dá)鋼套筒輔助接收施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010（6）.