李繼超

摘要：軌道交通領(lǐng)域盾構(gòu)法施工中，洞門密封是盾構(gòu)始發(fā)階段的重要風(fēng)險因素之一，最常見的風(fēng)險表現(xiàn)一般發(fā)生在盾構(gòu)始發(fā)時，洞門密封失效，發(fā)生因不良地質(zhì)導(dǎo)致的涌砂涌水，直接影響到施工人員的生命安全以及項目財產(chǎn)安全。本文通過實體工程，對盾構(gòu)洞門密封技術(shù)成功應(yīng)用的方法進行了論述。

關(guān)鍵詞：洞門密封;預(yù)埋鋼環(huán);橡膠止水簾布;鋼套筒

引言

隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，隧道盾構(gòu)法施工亦成為廣泛應(yīng)用技術(shù)，但由于國內(nèi)各地區(qū)地質(zhì)情況差異較大，在盾構(gòu)施工前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況統(tǒng)計施工危險源，并作出相應(yīng)的預(yù)防技術(shù)措施，而盾構(gòu)始發(fā)階段洞門密封失效是盾構(gòu)施工常見的重要風(fēng)險源。盾構(gòu)始發(fā)階段會因為盾構(gòu)機刀盤的攪動掘進造成掘進面土層內(nèi)的水、泥漿等流入站內(nèi)，根據(jù)地質(zhì)條件的不同，造成的安全風(fēng)險也存在較大差異，嚴(yán)重時會發(fā)生噴涌、沉降等現(xiàn)象。為降低該風(fēng)險，減少渣土改良泥漿四溢、同步注漿漿液流失，需在盾構(gòu)始發(fā)前進行洞門密封技術(shù)應(yīng)用，安裝洞門密封裝置，因此洞門密封技術(shù)的合理性和有效性是盾構(gòu)安全始發(fā)的關(guān)鍵。

1.工程地質(zhì)水文

某車站盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計總長802.573m。區(qū)間共設(shè)置1段曲線，曲線半徑均為R=550m，線間距約為14.0～11.5m，在YK21+655.000處設(shè)聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。盾構(gòu)施工使用2臺復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機進行始發(fā)、掘進及接收，盾構(gòu)區(qū)間管片設(shè)計外徑φ6200mm、內(nèi)徑φ5500mm、環(huán)寬1200mm、厚度350mm。

根據(jù)地勘報告及二次補勘，端頭井主要地層如下表1，拱頂以上至3m范圍主要為③-4e含粉砂黏土，③-1b1-2 粉砂黏土，同時存在微透水、弱透水層。

2.洞門密封必要性分析

2.1地質(zhì)水文分析

根據(jù)工程地質(zhì)水文可知盾構(gòu)始發(fā)井處的地質(zhì)層分布及其滲透性情況，盾構(gòu)始發(fā)井處的地下水主要有孔隙潛水、微承壓水兩種，以孔隙潛水為主，穩(wěn)定水位為5.3m。少量為承壓水，基巖強風(fēng)化帶中有少量基巖裂隙水。潛水由①素填土層與③粉質(zhì)黏土層組成;微承壓水含水層③層礫粉質(zhì)黏土，位于基巖之上，礫石之間被黏土填充，分布不連續(xù)，厚度較小?；鶐r為泥質(zhì)粉砂巖，裂隙呈閉合狀，多泥質(zhì)，透水性、富水性差。

2.2盾構(gòu)機特點分析

盾構(gòu)機一般分為盾體、刀盤兩部分，而盾體有前盾、中盾、盾尾三部分組成，其直徑一般不同，從切削土體方向來看其直徑由大到小為刀盤、前盾、中盾、盾尾。本工程盾構(gòu)施工采用的徐工凱工復(fù)合土壓平衡盾構(gòu)機K105，其刀盤直徑為6470mm，前盾直徑6640mm，中盾直徑6630mm，盾尾直徑6620mm。即盾體直徑是呈梭形遞減的，盾構(gòu)機示意見圖1。

盾構(gòu)始發(fā)時切削土體，由于盾構(gòu)機刀盤直徑大于盾體，當(dāng)掘進到非土體加固區(qū)或土體加固效果較差時，受到上下部土壓力的影響，原狀土體中的水、砂、泥容易從土體與盾體之間的間隙流出來，形成滲漏通道，流入盾構(gòu)始發(fā)井中，若進行洞門密封安裝，洞門密封將起到滲漏通道封堵的作用。

2.3 分析結(jié)果

根據(jù)本文地質(zhì)水文分析以及盾構(gòu)機特點分析，為避免盾構(gòu)始發(fā)掘進階段經(jīng)擾動的泥土、地下水從前盾盾殼和洞門的之間的縫隙流入始發(fā)井，同時避免盾體進入洞門后同步注漿漿液流失，造成安全隱患，需在盾構(gòu)始發(fā)階段進行洞門密封安裝。

3.洞門密封設(shè)計

洞門密封裝置由橡膠止水簾布、扇形壓板、防翻板、墊片和螺栓等組成。

洞門密封安裝施工分兩步進行：第一步是在車站結(jié)構(gòu)的施工過程中，做好洞門鋼環(huán)的預(yù)埋工作，預(yù)埋鋼環(huán)外面需設(shè)置預(yù)埋鋼筋，增加洞門鋼環(huán)與混凝土結(jié)構(gòu)的牢固性;第二步在始發(fā)前，應(yīng)先清理完洞口處的渣土，然后進行鋼套筒和洞門密封裝置的安裝，如圖4。

4.預(yù)埋鋼環(huán)施工

4.1 盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)制作

⑴ 材料：采用厚為10mm的Q235鋼板制造;

⑵ 尺寸：內(nèi)徑6700mm，外徑6720mm，外側(cè)加180mm寬環(huán)向圓弧法蘭，內(nèi)側(cè)加焊30mm寬環(huán)向圓弧法蘭;

⑶ 鋼環(huán)分成4塊加工（四等分），螺栓采用M20高強螺栓;

⑷ 錨筋采用C16鋼筋，將洞口預(yù)埋鋼環(huán)中的不少于12根（均布）的錨筋與車站主筋搭接焊接，兩端焊接高度6mm，長度30mm。

4.2 盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)安裝

4.2.1安裝洞口處主體鋼筋

車站始發(fā)井結(jié)構(gòu)端墻做好預(yù)埋鋼環(huán)外加強環(huán)梁鋼筋綁扎，豎向主筋與橫向分布筋在洞口處應(yīng)彎折，預(yù)留出盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)位置。

盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)兩排C16錨筋預(yù)埋在端墻內(nèi)，根據(jù)要求與端墻主筋焊接（至少12根），待盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)安裝就位并校核無誤后，將所有預(yù)埋筋與盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)按要求焊接。

4.2.2預(yù)埋鋼環(huán)吊裝

（1）盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)吊運至盾構(gòu)井內(nèi)之前，應(yīng)在地面進行試拼裝（擰緊對接螺栓），保證分塊之間能夠準(zhǔn)確對接，然后將上下半圓的螺栓松開，將整個盾構(gòu)鋼環(huán)分為兩塊整體吊裝。

（2）從端頭鋼支撐空隙將盾構(gòu)鋼環(huán)下吊至盾構(gòu)井底部，由于盾構(gòu)鋼環(huán)采用兩片拼接后整體吊裝，盾構(gòu)鋼環(huán)在洞口處應(yīng)作一定的傾斜后才能通過。

（3）將鐵鏈固定在盾構(gòu)鋼環(huán)上，采用人工手拉葫蘆將盾構(gòu)鋼環(huán)平移至鋼環(huán)安裝位置，平推鋼環(huán)就位，卸下鐵鏈。

（4）上半圓鋼環(huán)吊運安裝與下半圓基本相同。

（5）洞門鋼環(huán)支撐應(yīng)采用兩排小型工字鋼（10cm）進行加固。

4.3混凝土澆筑

4.3.1下半圓位置混凝土澆筑

為保證鋼環(huán)下部的墻體混凝土澆筑密實，在鋼環(huán)上開兩個直徑150mm的洞口，洞口位于鋼環(huán)寬度中心，位于圓心鉛垂線兩側(cè)1000mm左右范圍內(nèi)。

待墻體混凝土澆筑完畢后，清除洞口多余混凝土，用等大小鋼板將洞口補上，必須采用坡口焊，焊縫高度等同于鋼環(huán)厚度，焊接完畢后將焊縫位置磨平。

4.3.2上半圓位置混凝土澆筑

為了盡量少留施工縫，上半圓混凝土與未澆筑的扶壁柱及其之間的端墻一起澆筑。

對于兩個側(cè)面及頂部與盾構(gòu)環(huán)相切的部位，必須采用人工多次振搗密實。

5.鋼套筒及洞門密封安裝

5.1鋼套筒安裝

本工程采用玻璃纖維筋洞門圍護結(jié)構(gòu)，為了滿足刀盤起始轉(zhuǎn)動的空間需求，在洞門預(yù)埋件與止水橡膠止水簾布之間安裝一段600mm長的同內(nèi)徑剛筒。

（1）在拆除結(jié)構(gòu)支撐腳手架體系時，在洞門鋼環(huán)預(yù)埋件頂部焊接2個吊筋，用于懸掛2個5T手拉葫蘆。

（2）洞門鋼套筒需要在地面進行預(yù)拼裝，拼裝完成后采用履帶吊進行吊裝作業(yè)。

（3）履帶吊配合洞門上部的手動葫蘆，將鋼套筒牽引至環(huán)梁下方設(shè)計位置，并用4—6個螺栓先固定在洞門鋼環(huán)預(yù)埋件上。

（4）依次對孔，安裝鋼套筒，不能對孔成功的部位，在其他螺栓緊固后，在對應(yīng)螺栓孔位與預(yù)埋件焊接，焊縫長度不小于100mm。

5.2洞門密封裝置施工

安裝洞門密封裝置前，需要對各部位進行整體性檢查，包括簾橡膠布的老化程度、以及圓環(huán)板螺栓孔位等內(nèi)容，同時需對橡膠止水簾布的螺栓孔提前加工。

（1）橡膠止水簾布采用吊帶綁扎下井，采用葫蘆將橡膠止水簾布從洞門中心緩慢向上拉起，并向兩側(cè)拉開用兩顆螺栓在約1.8m高處進行臨時固定。

（2）安裝腳手架操作平臺，將預(yù)埋件內(nèi)絲清理干凈，安裝通絲螺栓（長150mm）。

（3）將橡膠止水簾布對孔插入通絲中。

（4）安裝扇形壓板和防翻板，并緊固螺栓。

（5）拆除腳手架，割除缸套內(nèi)支撐。

6.結(jié)束語

洞門密封主要是在盾構(gòu)始發(fā)階段對地下水、改良后的泥漿等進行封堵，使其通過土倉及螺旋輸送器進行渣土外運。在盾構(gòu)掘進時，洞門密封裝置的橡膠止水簾布及扇形壓板的彎曲方向與盾構(gòu)的推進方向一致，能有有效的同時由于橡膠止水簾布為柔性材料、扇形壓板為剛性材料，通過柔性材料的防水效果與剛性材料的抗壓能力，才能夠更有效的將地下水、改良后的泥漿進行封堵。

本工程通過盾構(gòu)始發(fā)階段對洞門密封施工技術(shù)的應(yīng)用，對地下水及渣土改良的泥、砂漿的密封效果良好，有效的保證了盾構(gòu)順利始發(fā)，為軌道交通領(lǐng)域盾構(gòu)工程提供了一定的技術(shù)經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]《盾構(gòu)法隧道施工及驗收規(guī)范》，GB50446-2017

[2]《盾構(gòu)施工技術(shù)》，第二版，2016