許紅民/XU Hong-min

（中建隧道建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450016）

鋼套筒接收是指在盾構(gòu)接收端頭地質(zhì)條件不好或加固受限的情況下采用的新型接收方法。最初設(shè)計的鋼套筒一般由底座、上蓋板和后端蓋組成，采用螺栓連接使整個鋼套筒保持密封，使盾構(gòu)在土壓平衡狀態(tài)進入鋼套筒內(nèi)部，保證盾構(gòu)順利安全接收。但初始設(shè)計的上蓋板為整長式結(jié)構(gòu)，鋼套筒后端為冠球狀整體結(jié)構(gòu)，加工成本較高、轉(zhuǎn)運和安裝困難，施工風(fēng)險高。本文介紹了一種新型鋼套筒后端蓋和上蓋板設(shè)計，不僅提高了運輸及安裝效率，而且降低了施工風(fēng)險。

盾構(gòu)接收是盾構(gòu)法施工過程中的關(guān)鍵工序，對地質(zhì)條件較差盾構(gòu)接收端頭一般需采用對端頭土體注漿、旋噴或凍結(jié)等方式進行加固。2010年，廣州地鐵施工中因周邊構(gòu)筑物以及地下管線影響，不具備從地面加固的條件，首次成功應(yīng)用了鋼套筒輔助盾構(gòu)接收技術(shù)。工程應(yīng)用效果表明，該技術(shù)能在較差地質(zhì)條件下，切實降低涌水涌泥風(fēng)險，對周邊地質(zhì)環(huán)境具有保護作用，并且鋼套筒重復(fù)使用能降低項目施工成本，因此在近幾年地鐵施工中得以快速推廣。

然而，傳統(tǒng)的鋼套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計因安裝費時、運輸不便的缺點，應(yīng)用范圍具有一定的局限性。一方面，鋼套筒單個部件最大重量約20t，吊裝定位對準(zhǔn)非常困難，安裝工序就需占用8～10天的工期，接收使用的后端蓋為直徑約7m的冠球蓋整體式結(jié)構(gòu)，上蓋板也是整長式結(jié)構(gòu)，不便于加工、轉(zhuǎn)運和安裝，對施工安全、工期有一定的影響。

1 盾構(gòu)接收鋼套筒初始設(shè)計

接收鋼套筒最初設(shè)計為底座、上蓋板和后端蓋構(gòu)成的一個半封閉腔體，然后鋼套筒前端通過設(shè)置過渡鋼環(huán)與洞門預(yù)埋鋼環(huán)連接，從而形成全封閉的空間。該全封閉的空間填充砂水后，可使盾構(gòu)出洞過程形成土壓平衡狀態(tài)，避免了盾構(gòu)到達涌水涌砂風(fēng)險。

盾構(gòu)接收鋼套筒初始設(shè)計整長約10m，內(nèi)徑6.5m，底座由托架和半圓筒體組合而成，橫向均分3塊制作；上蓋板分縱向3個通長塊制作組合；后端蓋為1個整體的冠球面。鋼套筒設(shè)計耐壓0.5MPa，筒壁采用Q235B、厚δ=16mm的鋼板制作。盾構(gòu)接收鋼套筒底座、上端蓋和后端蓋安裝圖如圖1～圖3所示。

圖1 盾構(gòu)接收鋼套筒底座安裝圖

圖2 盾構(gòu)接收鋼套筒上端蓋現(xiàn)場安裝圖

圖3 盾構(gòu)接收鋼套筒后端蓋現(xiàn)場安裝圖

2 盾構(gòu)接收鋼套筒初始設(shè)計存在的問題

1）后端蓋設(shè)計存在的問題 6.5m直徑的冠球狀整體結(jié)構(gòu)加工、運輸、安裝較困難，盾構(gòu)到達后冠球狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的碴土無法完全清空，在拆卸過程中碴土易突涌造成安全風(fēng)險，并且需要人工清理增加了人工成本和時間成本。

2）上蓋板設(shè)計存在以下問題 由于是通長式結(jié)構(gòu)，長約10m，重約20t，運輸困難，吊裝難度較大，存在很大的安全風(fēng)險。鋼套筒側(cè)塊連接時定位精度不容易把握，影響鋼套筒安裝效率。

3 盾構(gòu)接收鋼套筒的改進設(shè)計

針對傳統(tǒng)盾構(gòu)后端蓋和上蓋板的缺點和不足，我們設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)更合理，施工效果更好的新型鋼套筒后端蓋和上蓋板。

3.1 后端蓋的改進設(shè)計

后端蓋最初設(shè)計成冠球狀是考慮筒內(nèi)有水土壓力時受力變形較小。鑒于冠球型存在的缺點將后端蓋優(yōu)化成對半連接平板式結(jié)構(gòu)，通過固定結(jié)構(gòu)將2個半圓部件密封連接，然后將其與鋼套筒連接。相比于傳統(tǒng)的冠球狀的后端蓋，新型的后端蓋采用分體式結(jié)構(gòu)，方便拆裝，節(jié)約了接收安裝鋼套筒時間，便于運輸并且能承受工作內(nèi)的壓載荷；另外因為采用平板狀的連接部件，減少了殘留在端蓋里的渣土量，大大節(jié)省了清渣時間，提高了清渣效率及施工效率（圖4）。

圖4 新型后端蓋現(xiàn)場安裝效果圖

3.2 新型后端蓋受力分析

新型后端蓋為直徑6.5m兩半圓，端蓋板厚為30mm，后端蓋板筋縱橫均勻分布，縱橫板筋間距均為800mm×80mm，筋板高770mm，筋板厚30mm。運用Solidworks軟件進行受力分析，具體受力分析過程：在對稱兩部件施加對稱約束，并在后端蓋內(nèi)壁施加壓力0.8MPa，由于后端蓋是對半連接結(jié)構(gòu)，因此，在各自的螺栓對半連接區(qū)域施加預(yù)緊力（每一區(qū)域施加30t預(yù)緊力），具體見圖5。

圖5 后端蓋受力實驗圖

應(yīng)力結(jié)果如圖6、圖7所示。圖中所示封頭最大應(yīng)力為187MPa，位于縱向布置的筋板外圍。以上應(yīng)力均低于材料屈服應(yīng)力，安全系數(shù)為1.25。

從分析可以看出，新型后端蓋強度足以支承驗算壓力（0.8MPa），最大合成應(yīng)力為187MPa，安全系數(shù)為1.25。同時，該結(jié)構(gòu)的實際可行性主要集中在如何保證安裝完成后兩半封蓋的有效連接上，因此對半連接部位的卡塊將主要承擔(dān)連接對向縱向筋板的作用，即起到加強整體結(jié)構(gòu)的作用，使端蓋有效承受工作內(nèi)壓載荷。

圖6 封頭最大應(yīng)力值

圖7 封頭對半連接區(qū)域拉壓應(yīng)力圖

3.3 上蓋板的改進設(shè)計

新型上蓋板將整體結(jié)構(gòu)式拆分為3段連接形式，中間使用螺栓連接固定，方便運輸?shù)跹b；調(diào)整頂部下料口及筋板位置參數(shù)，并在塊與塊之間設(shè)置定位銷進行局部對準(zhǔn)，采用高強度螺栓實現(xiàn)精準(zhǔn)快速定位裝配（圖8）。

圖8 上蓋板及定位銷示意圖

4 工程應(yīng)用情況及總結(jié)

深圳9號線西延線9111標(biāo)臨海路站～前海路站區(qū)間位于南山前海片區(qū)，主要采用盾構(gòu)法施工，此工程接收重難點如下：①區(qū)間隧道接收端洞身主要穿越地層為可塑性砂質(zhì)粘性土、硬塑性砂質(zhì)粘性土，隧道上方地層為雜填土、淤泥質(zhì)土。隧道上方存在較厚淤泥地層，地質(zhì)情況較差；②區(qū)間接收端地面位置為東濱路地表，管線密布復(fù)雜，無地表注漿加固條件，無法按照常規(guī)接收模式進行接收。

長沙地鐵4號線1標(biāo)六項目湖南師大站盾構(gòu)接收端頭存在較多管線影響端頭加固施工，管遷改施工工期長、難度大、費用高，對端頭路面進行破除后影響文明施工，且端頭加固周期長，部分管線無改遷路線，加固區(qū)范圍內(nèi)的樟樹無法遷移。按湖南師大站盾構(gòu)接收場地現(xiàn)狀，已無法滿足施工要求。為解決管線和地面樟樹影響端頭加固的問題，根據(jù)現(xiàn)有條件，在保證安全的情況下，擬采用新型盾構(gòu)鋼套筒密閉接收。

從兩個工地的使用情況來看，鋼套筒使用情況良好，達到了預(yù)期效果?？偨Y(jié)鋼套筒使用情況，除了原有的避免端頭加固外，還有以下幾個方面的技術(shù)優(yōu)點。

1）新型后端蓋采用分體式平板狀結(jié)構(gòu)，既便于安裝和運輸，又便于盾構(gòu)刀頭進入清渣，縮短了清渣時間。

2）新型上蓋板由結(jié)構(gòu)整體式變?yōu)槿问剑奖懔诉\輸和吊裝。通過在塊與塊之間設(shè)置定位銷進行局部對準(zhǔn)，提高了安裝效率和安裝精度。

3）由原來的整體式結(jié)構(gòu)變?yōu)榉煮w式結(jié)構(gòu)，大大降低了吊裝和施工風(fēng)險，減小了安全施工壓力。

4）新型鋼套筒安裝更簡單，定位更精準(zhǔn)，鋼套筒安裝時間由原來的12～15天縮短到8～10天，節(jié)約了時間成本。

這種新型鋼套筒的設(shè)計，改變了后端蓋和上蓋板的結(jié)構(gòu)，解決了原來鋼套筒吊裝，運輸困難，定位不準(zhǔn)造成的密封性不好，安裝時間長，費用高的問題，使得新型鋼套筒更符合實際施工需要。