田中勝，姚愛敏，胡俊杰，史桂溪，豐曉文

（1.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101；2.國網(wǎng)匯通金財（北京）信息科技有限公司，北京 100053）

1 工程概況

北京地鐵8 號線3 期工程永定門外站位于永定門外大街與京滬鐵路的立交路口南邊，永定門外大街沙子口路口北邊。車站主體采用明挖順做法施工，圍護結(jié)構為厚1 200 mm 的地下連續(xù)墻結(jié)構。

考慮到車站兩端盾構隧道接收、始發(fā)均位于富水卵石地層，隧道頂部埋深超過25 m，常規(guī)端頭加固方法難以確保其加固及止水效果，且加固范圍受周邊既有結(jié)構和管線影響，長度無法滿足設計要求，故而選取鋼套筒盾構接收、始發(fā)方法。利用鋼套筒代替常規(guī)簾布橡膠洞門密封裝置，變局部密封為整體密封，最大限度地降低洞門涌砂、涌水的可能性，確保了盾構接收、始發(fā)的安全。

2 鋼套筒盾構接收

2.1 鋼套筒及反力架安裝

第1 臺盾構機刀盤直徑6 180 mm，盾體直徑6 150 mm，盾構主機9 780 mm；第2 臺盾構機刀盤直徑6 180 mm，盾體直徑6 150 mm，盾構主機長9 800 mm。為確保盾構機順利進入鋼套筒，結(jié)合盾構接收井尺寸，設計鋼套筒筒體長度為10 m，過渡環(huán)長0.5 m，鋼套筒設計耐壓為0.5 MPa。

鋼套筒由過渡環(huán)、筒體、受力架、受力柱等主要構件組成，其中，筒體由4 節(jié)傳力架組成，每節(jié)傳力架分為上、下2 部分。鋼套筒的設計內(nèi)徑為6 780 mm，外徑7 140 mm，其中，受力架長度為600 mm。

鋼套筒筒體外徑7 140 mm，內(nèi)徑6 780 mm，總長10 000 mm，筒體用厚25 mm 的Q235A 鋼板。將整個筒體分為4 段，每段又分為上、下兩部分。兩段筒體之間和上、下兩段連接處用螺栓連接，并加設密封墊。筒體外周焊接縱、環(huán)向筋板形成網(wǎng)狀以保證筒體剛度。

過渡環(huán)是將鋼套筒筒體與洞門預埋鋼環(huán)進行連接的構件，外徑7 140 mm，內(nèi)徑6 780 mm，長500 mm，過渡環(huán)與洞門鋼環(huán)焊接連接，并與螺栓固定在鋼套筒筒體上。在過渡環(huán)的2、4、8、10 點位置，設4 個觀測孔(帶球閥)，方便后期檢查洞門封堵注漿效果。

受力架為平面蓋，材料用30 mm 厚的Q235A 鋼板，平面環(huán)板上加焊2 道橫向I56a 工字鋼和3 道豎向I56a 工字鋼，工字鋼連接處共焊接9 塊400 mm×400 mm×40 mm 的鋼板作為受力板，用來將盾構推力傳遞至受力柱及支撐系統(tǒng)。受力架邊緣法蘭與鋼套筒端頭法蘭采用M30×1 308 mm 的8 級螺栓連接。

受力柱布置在受力架后方，通過頭部支撐柱和楔塊與受力架進行連接，受力柱共有3 根，截面尺寸為800 mm×500 mm，采用16 mm 厚鋼板焊接加工制作而成，單根長度為7 800 mm。受力柱與車站底板預埋件之間采用鋼支撐作為支撐系統(tǒng)。受力柱定好位置后，先用200 t 千斤頂頂受力架和受力柱，消除洞門到受力架的安裝間隙后，受力柱上、中、下均布3道300 mm×300 mm 的方形鋼與受力架平面板頂緊，承力頭部支撐柱兩端用楔形塊墊實并焊接[1]。

2.2 鋼套筒密封性檢查及填料

2.2.1 密封性檢查

鋼套筒的密封性對盾構機接收起重要作用。在使用前應對整體鋼套筒的各個重要部位進行檢查。待套筒組裝完成后，應向筒體內(nèi)注水并檢查其密封和密封質(zhì)量，沒有滲漏后再進行試壓，確認滿足試壓要求后可進行施工。

2.2.2 填料

向鋼套筒內(nèi)填料時，應先用中粗砂填至套筒高度的2/3處，再用膨潤土、粉煤灰等惰性漿液填滿套筒剩余的1/3。

2.3 盾構機到達掘進

2.3.1 第1 階段

第1 階段——最后10 m 盾構掘進，該階段參數(shù)設定如下：

1）推力及速度。在盾構機刀盤進入接收端頭玻璃纖維筋地連墻前10 m 時，應降低推力和推進速度，以減小對地連墻和地層的擾動。推力和推進速度應分別控制在10 000 kN 以下和10～20 mm/min。

2）盾構姿態(tài)。在刀盤切削地連墻前，應將前盾、中盾和尾款調(diào)整成一條直線。盾構機必須以水平垂直姿態(tài)推進，推進過程中水平姿態(tài)控制在±15 mm 以內(nèi)，垂直姿態(tài)控制在10～20 mm。

3）上部土倉壓力。結(jié)合永定門外站接收端頭的地質(zhì)水文情況，上部土倉壓力控制在0.1～0.12 MPa。

2.3.2 第2 階段

第2 階段——盾構機切削玻璃纖維筋地連墻施工。根據(jù)地連墻的實測里程和操作界面顯示的里程關系，提前降低盾構推力、推進速度和刀盤轉(zhuǎn)速，保證盾構機以低推力、低速度、低貫入度的原則切削地連墻。其主要掘進參數(shù)為：（1）推力控制應在8 000 kN 以下；（2）推進速度應控制在2～3 mm/min；（3）刀盤轉(zhuǎn)速應控制在1.2～1.3 r/min；（4）刀盤扭矩宜控制在1 000～2 000 kN·m。

2.3.3 第3 階段

第3 階段——進鋼套筒掘進階段的參數(shù)設定如下：

1）推進速度控制在10～20 mm/min，推力控制在12 000 kN以下，在保證速度的前提下，盡量減少推力。

2）盾構姿態(tài)控制。必須以實際測量的鋼套筒安裝中心線為準來控制盾構機姿態(tài)，要求盾構水平姿態(tài)和垂直姿態(tài)偏差均控制在±20 mm 以內(nèi)。

3）土倉壓力。以不低于接收端頭的水壓力為設定原則。

4）同步注漿。注漿以壓力控制為主，壓力控制在0.05～0.1 MPa。

2.4 洞門封堵施工

盾構進入鋼套筒到位后，需對最后10 環(huán)管片進行整環(huán)二次注漿（至少對每環(huán)均布5 個點位進行注漿），二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，而雙液漿配合比為：（1）水∶水泥=1∶1（質(zhì)量比）；（2）水泥漿∶水玻璃=1∶1（體積比），二次注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa。

洞門封堵注漿完成后，要對最后10 環(huán)管片的所有點位進行開孔檢查，確認無水無砂后，再打開鋼套筒過渡環(huán)上預留的檢測孔球閥，觀察出水量，若水量較大，則繼續(xù)通過管片注漿孔注漿，直至打開球閥無水流出后，方可割除過渡環(huán)并拆解鋼套筒。

3 鋼套筒盾構始發(fā)

3.1 鋼套筒及反力架安裝

盾構始發(fā)鋼套筒及反力架的安裝與鋼套筒接收內(nèi)容相似，其部分構件重復利用了小里程端盾構接收后拆除的鋼套筒構件。

3.2 鋼套筒密封性檢查及填料

反力架安裝完成后，拼裝3 個負環(huán)，進行密封處理后，通過球閥管路向鋼套筒內(nèi)注水加壓的方式進行密封性檢查，合格后排水，然后進行填料。第一次填料在套筒封閉之前，兩軌道之間回填砂漿，之后套筒前后封端之前在兩端填滿沙袋，第二次填料在盾構機向前推進至刀盤面板貼近洞門掌子面后，添加惰性漿液，確保密實，封上填料口，并連接緊固。

3.3 端頭加固及洞門鑿除

為確保地下連續(xù)墻鑿除及盾構始發(fā)施工期間的安全，盾構始發(fā)端采用2 排C20 混凝土素樁及地表垂直注漿的方法對地層進行加固?；炷了貥吨睆綖?.8 m，樁間距為1 m，2 排素樁呈梅花形布置。

在盾構隧道范圍的地下連續(xù)墻采用水下C35 混凝土澆筑（實際強度已達到約55.1 MPa）并采用玻璃纖維筋替代普通鋼筋，幅寬為8.0 m、墻厚為1.2 m，地連墻深度為47 m，錨固深度為13 m。

洞門采用人工鑿除，鑿除施工前先在端墻上按設計尺寸畫出洞門輪廓線，將洞門劃分為9 部分，鑿除時按編號順序先下后上、先中間后兩側(cè)進行作業(yè)，鑿除深度經(jīng)與設計人員溝通，確定為整體鑿除40 cm，中心魚尾刀最深位置鑿除70 cm。

3.4 盾構始發(fā)掘進

3.4.1 始發(fā)掘進控制參數(shù)

盾構掘進主要由刀盤和土倉壓力、排土量和推進速度、螺旋機轉(zhuǎn)速、千斤頂推力、注漿壓力與時間、注漿方式與注漿量、漿液性能、盾構線路坡度、盾構姿態(tài)和管片拼裝偏差等參數(shù)控制。

3.4.2 始發(fā)掘進控制要點

1）嚴格控制始發(fā)鋼套筒、反力架和負環(huán)的安裝定位精度，保證隧道中心的精度、避免始發(fā)支撐系統(tǒng)由于安裝偏差而承受過大的側(cè)向力。反力架安裝時與理論位置相對應，轉(zhuǎn)動角度一定要符合設計要求，位置誤差不能超過10 mm，確保盾構始發(fā)姿態(tài)與設計線路基本重合。

2）盾構機進入洞門以前，應在洞門預埋鋼環(huán)內(nèi)安裝2 根導軌，以免盾構機進入洞門過程中出現(xiàn)栽頭現(xiàn)象。

3）始發(fā)前，檢查始發(fā)鋼套筒及反力架加固效果，在始發(fā)過程中，如發(fā)現(xiàn)始發(fā)鋼套筒及反力架出現(xiàn)變形或移位，應立即停機加固。

4）當盾構機進行掘進糾偏時，管片選型應綜合考慮盾構機姿態(tài)、鉸接千斤頂行程、推進千斤頂行程、盾尾間隙等因素，當盾尾間隙過小時，可通過收放鉸接進行調(diào)整。

4 監(jiān)測情況分析

4.1 鋼套筒盾構接收周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

盾構接收端周邊主要風險為既有地鐵14 號線風道結(jié)構，風道距離接收端頭水平凈距約6 m。2017 年7 月中旬盾構左線完成套筒內(nèi)接收，風道測點階段變形在-2.1～+0.2 mm。隨后施工單位進行了洞內(nèi)補償注漿進行加固，測點呈現(xiàn)上浮，平均階段變化約+1.5 mm。2017 年8 月底，盾構右線完成套筒內(nèi)接收，風道結(jié)構沉降最終穩(wěn)定在-2.0～-1.2 mm。

4.2 鋼套筒盾構始發(fā)周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對盾構始發(fā)端頭地表沉降進行監(jiān)測。自2017 年9 月左線負環(huán)拼裝開始，至2017 年10 月盾構左線始發(fā)完成且數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，地表沉降監(jiān)測顯示累計沉降最大值為-1.7 mm。盾構始發(fā)端地表沉降主要發(fā)生在盾構右線始發(fā)過程中，自2017 年11 月8日至2017 年11 月18 日，盾構右線始發(fā)完成，地表沉降累計變形最大值為-8.4 mm，右線始發(fā)過程中，測點平均變形速率為-0.53 mm/d；之后監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)。盾構始發(fā)過程中地表沉降無監(jiān)測預警。

5 結(jié)語

采用全密閉鋼套筒裝置，解決了在深埋富水卵石地層中盾構接收、始發(fā)端頭加固質(zhì)量難以保障的施工通病，極大地降低了盾構接收、始發(fā)過程中的涌水、涌砂風險。端頭無須再進行加固及降水處理，鋼套筒部分構件可以重復使用，縮短了施工工期，減少了施工成本，節(jié)省了地下水資源。雖然套筒始發(fā)順利完成，指導性方案能夠滿足現(xiàn)場施工，但在實際施工中，鋼套筒密閉系統(tǒng)受鋼套筒設計的限制，滲漏處較多。在后續(xù)的施工實踐中，應在設計思路上加強鋼套筒的改進。