地鐵盾構(gòu)施工鋼套筒接收風險防控措施研究

屈慶旭

Engineering constructionn 工程施工

地鐵盾構(gòu)施工鋼套筒接收風險防控措施研究

屈慶旭

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 100000）

地鐵盾構(gòu)接收施工，因接收井周邊條件復雜、存在富水層，常出現(xiàn)涌水、涌砂狀況，引發(fā)地表塌陷，對已成型的盾構(gòu)隧道、盾構(gòu)機、地面建筑物及周邊環(huán)境造成較大安全隱患。文章結(jié)合花苑路站盾構(gòu)鋼套筒接收工程實例，對地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收施工過程中存在的風險進行分析，并提出預防措施，有效降低了鋼套筒接收的風險，確保了盾構(gòu)機的順利接收。

地鐵盾構(gòu)施工；鋼套筒；盾構(gòu)接收

1 工程概況

1.1 花苑路站～楓瑞路站區(qū)間

蘇州市軌道交通5號線花苑路站~楓瑞路站盾構(gòu)區(qū)間工程場地位于蘇州吳中區(qū)，區(qū)間線路從花苑路站出發(fā)后，繼續(xù)沿二號河及花苑東路向東前進，依次下穿沈巷橋，二號河2、3、4號河橋等河橋后達到楓瑞路站。區(qū)間左右線均采用盾構(gòu)法施工，左線長為914.579m，區(qū)間右線長為912.600m，采用為鐵建重工6410型盾構(gòu)機掘進。

1.2 選用鋼套筒接收分析

楓瑞路站西端頭井為花苑路站～楓瑞路站盾構(gòu)區(qū)間接收工作井，臨近花苑路河及220KV高壓電力管線，其中車站端頭圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)距220KV金獅線與金閭線最近處約10.3m。根據(jù)《電力設(shè)施保護條例》，220KV高壓電力架空線的水平及垂直保護距離為6m。為確保施工生產(chǎn)安全，對高壓線采取硬性防護措施，高壓線防護施工完成后，施工操作水平空間為6米。由于場地限制，無法采取常規(guī)接收井加固方式。接收井處地質(zhì)主要地層為富含水的④2粉砂或粉土地層且臨近2號河，接收地質(zhì)條件差且易與上部河道連通形成流水通道。接收風險較大，因此采用安全性更高的鋼套筒接收形式。盾構(gòu)機鋼套筒接收的原理是在接收工作井提前安裝大于盾構(gòu)機外徑的裝配式密閉鋼箱體，與接收井混凝土接頭封閉，并在套筒內(nèi)填入填料，形成一個外掛接收體，密閉后可平衡水土壓力，完成盾構(gòu)接收。

2 鋼套筒盾構(gòu)接收風險及預防措施

2.1 隧道軸線與鋼套筒軸線出現(xiàn)偏差風險及預防措施

在鋼套筒安裝前，復核接收井洞門鋼環(huán)的中心點。依據(jù)洞門鋼環(huán)的位置，精確定位并安裝鋼套筒。鋼套筒安裝結(jié)束后，復核并確保鋼套筒與鋼環(huán)中心同軸。在盾構(gòu)機接收段施工過程中，分別在到達接收井前100環(huán)、前50環(huán)、前30環(huán)位置調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，確保控制點精確無誤。盾構(gòu)機刀盤接觸到墻止水帷幕前，調(diào)整盾構(gòu)機自動測量系統(tǒng)，將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整到與洞門鋼環(huán)中心線同軸，對隧道軸線進行多次復核，確保軸線準確，保證盾構(gòu)機安全進入洞門圈。在加固體掘進過程每1環(huán)復核一遍盾構(gòu)姿態(tài)。

2.2 洞門失穩(wěn)風險及預防措施

盾構(gòu)機進洞前，需對接收井圍護結(jié)構(gòu)進行破除，破除時易發(fā)生洞門失穩(wěn)坍塌的風險。接收井加固采用6米寬三軸攪拌樁加固，為保證加固質(zhì)量，加固體宜采用“雙控全套打復攪式”加固方式。加固體外，設(shè)置一道三軸攪拌樁止水帷幕，以封閉加固體。加固體與接收工作井之間的空隙，采用旋噴樁施工填充。在止水帷幕內(nèi)采取疏干井點降水，確保洞門破除時水位降至洞門中心線下1米。

洞門鑿除前，采用取芯法，觀察加固體情況，取芯深度應(yīng)超過地下連續(xù)墻，深入加固體內(nèi)不小于1m。通過芯樣可觀察出加固體是否滿足施工安全需求。且通過開孔觀察水位是否降至安全水位。開孔取芯是洞門鑿除前的一項重要工作，是防止洞門鑿除時出現(xiàn)洞門坍塌風險判斷手段。

如果加固區(qū)土體的自立性仍較差，存在滲漏現(xiàn)象，可采取對加固體進行注漿加固。在距離接收井結(jié)構(gòu)與加固體的間隙內(nèi)打入注漿管，自下而上，兩邊至中間，全洞門范圍內(nèi)注漿。漿液采用雙液漿，配比為水：水泥：水玻璃＝0.5：1：1,注漿壓力為0.2～0.3Mpa，初凝時間為5～10分鐘，漿液流量為10～15L/min，可有效的阻止泥水滲漏。

洞門破除時采取兩次破除法施工，在鋼套筒安裝調(diào)試后，首先是剝出外層地連墻鋼筋，外層的鋼筋從上往下分段割除。其次從頂部開始破除中間60厘米混凝土，破除到里層鋼筋露出一點，直到破除到底，清理干凈渣土，做好割除里層鋼筋準備。

2.3 鋼套筒產(chǎn)生位移、脫落風險及預防措施

鋼套筒在接收過程，鋼套筒主要通過反力斜撐平衡盾構(gòu)機推力及地下水土壓力， 鋼套筒與接收井的連接點也是受力關(guān)鍵節(jié)點。鋼套筒安裝前，模擬計算鋼套筒強度及剛度及模擬計算反力架受力及位移情況。

豎向位移應(yīng)力云圖

橫向位移應(yīng)力云圖

反力斜撐強度及穩(wěn)定性計算云圖

經(jīng)過計算，鋼套筒最大豎向位移值為1.2mm，最大橫向位移值為1.54mm。

反力架為斜撐形式，采用3道600mm×650mm型鋼立柱及609鋼管斜撐組成 。斜撐與車站底板預埋鋼板焊接，反力架上均布9道支撐柱與后端蓋板頂緊，反力架與支撐柱之間用支撐楔塊墊實并焊接[2]。經(jīng)過模擬計算反力架橫向最大位移量為2.8mm。

洞門環(huán)板與鋼套筒之間過渡過渡連接板連接，連接板厚2cm。連接板與洞門鋼環(huán)焊接，與鋼套筒螺栓連接。過渡連接板與洞門環(huán)板采用焊接是防止鋼套筒脫落的關(guān)鍵點。端頭處土體已進行了加固處理，具有較強的自立性，現(xiàn)不考慮土壓力，現(xiàn)按照最大水壓力驗算焊縫受力，洞門底部最大水位深度約為14m，則底部受最大水壓力σw=q×γh

q－根據(jù)土的滲透系數(shù)確定的一個經(jīng)驗數(shù)值。砂性土中q＝0.8～1.0，粘性土中q＝0.3～0.5，洞門為砂性土，q取0.9。

γ－水的容重

h－地下水位距離洞門底部的高度。

則σw=123.48KPa

單塊弧形鋼板受力面積S約為0.125m2，則鋼板受水平壓力為

F=σw×S=15.4KN

受壓力F時角焊縫的應(yīng)力及強度要求為：

K: 焊縫高度8mm

經(jīng)計算得：

2.4 鋼套筒漏水保證措施

為防止在盾構(gòu)機掘進過程中發(fā)生鋼套筒漏水，從而引發(fā)大面及的洞門涌水風險，需對鋼套筒進行密閉性實驗。實驗采用密閉水壓實驗法。鋼套筒組裝完成后，在筒體內(nèi)加水檢查其密封性，筒體中心位置水壓為0.3Mpa，若在12小時內(nèi)，壓力保持在0.28Mpa上，則可滿足鋼套筒接收要求，如果小于0.28Mpa，找出泄露部分，檢查并修復其密封質(zhì)量，然后再次進行試壓，直至滿足試壓要求。

2.5 盾構(gòu)機接收掘進控制措施

（1）精準測量

盾構(gòu)機進洞前對洞門中線進行反復測量復核，根據(jù)結(jié)果，調(diào)整自動測量系統(tǒng)，有目的地進行糾偏工作，按照少量多次糾偏原則，使盾構(gòu)機姿態(tài)控制在水平±15mm以內(nèi)，垂直方向在+20～+30mm。通過及時壓注盾尾油脂，防止免盾尾滲漏，壓注量應(yīng)控制在60-80kg/環(huán)。

（2）盾構(gòu)機加固體段的推進施工

①盾構(gòu)機自在推進至加固前，停機檢查，以保證盾構(gòu)機后期的工作狀態(tài)。

②在加固體推進過程中為防止進刀量過大導致同步注漿液分布不均，法形成封閉環(huán)，需嚴格控制盾構(gòu)機推進速度和總推力，推進速度在1～2cm/mini，推力<8000KN，控制刀盤扭矩＜2000KN.m。

③在土倉內(nèi)及刀盤采用前加注膨潤土漿液進行改良土體。

④盾構(gòu)機推進過程中，嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài)，水平、垂直姿態(tài)偏差控制在±10mm以內(nèi)。

⑤盾構(gòu)機推進過程中嚴格控制盾尾間隙，可通過安裝轉(zhuǎn)彎環(huán)管片進行調(diào)節(jié)盾尾間隙，以確保盾尾間隙均勻。

⑥進過程中加強對盾尾油脂的壓注管控，以防止盾尾漏漿。由于此階段二次注漿位置距離盾尾太近，會造成雙液漿擊穿盾尾刷和同步注漿排漿孔，阻斷同步注漿管道，因此選擇在管片脫出盾尾5環(huán)后開始二次注漿，并同時同步注漿。

⑦此階段重點監(jiān)控使用管片質(zhì)量，管片破損嚴重時不得使用，如有掉角缺損情況不得使用。螺栓緊固嚴格分三步進行：在管片拼裝完成后實施第一遍緊固；推進到管片脫出盾尾后第二次緊固當前環(huán)至向后10環(huán)；管片越過操作室進入后備臺車后，進行第三遍緊固。

盾構(gòu)機刀盤推進至地墻邊時停機，開始進行地墻破除等接收工作。

（3）盾構(gòu)機鋼套筒內(nèi)推進施工

①盾構(gòu)機推入鋼套筒，速度＜10mm/min以內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.2~0.3r/min，總推力＜400t，土壓逐漸降至0.05~0.08Mpa，同步注漿量減至3m3/環(huán)，推進過程中徑向注膨潤土；同時進行壁后二次注入雙液漿，形成止水環(huán)箍。

②根據(jù)鋼套筒后端蓋安裝的壓力表的讀數(shù)，及時調(diào)整盾構(gòu)機推力，避免推進力過大，破壞鋼套筒的密封，導致滲漏。當套筒內(nèi)的壓力過大時，打開鋼套筒排漿口，進行卸壓。

③進套筒時姿態(tài)控制：必須以實際測量的鋼套筒安裝中心線為準控制盾構(gòu)機姿態(tài)，要求中心線偏差控制在±2cm之內(nèi)。盾構(gòu)機在進入鋼套筒內(nèi)之后，要注意姿態(tài)控制。

④盾構(gòu)機到達掘進過程中，地面監(jiān)測按照4次/天，并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給推進施工技術(shù)人員，以便及時優(yōu)化推進參數(shù)。

3 結(jié)束語

通過以上措施，該工程順利渡過了盾構(gòu)鋼套筒接收的各種風險。軸線偏差滿足規(guī)范要求，未出現(xiàn)鋼套筒位移、脫落、洞門涌水涌砂等險情。接收端地表下沉量最大為12mm，整體接收效果顯著。現(xiàn)今，城市地鐵建設(shè)規(guī)模逐年增加，地鐵線路逾加密集，施工環(huán)境越來越復雜，為保護周邊建筑、管線，降低施工風險，在不斷探索新工藝、新技術(shù)的前提下，應(yīng)嚴格遵守相關(guān)的規(guī)范及規(guī)程要求，嚴格落實主體責任，加強過程監(jiān)控，實現(xiàn)既定目標。通過該工程，總結(jié)盾構(gòu)鋼套筒接收風險防控的各項措施及經(jīng)驗，為以后類似工程提供參考。

[1]鄧林濤.地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收的施工技術(shù)[J].建筑安全,2019,34(02):75-77.

[2]趙偉.地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收與旋噴樁端頭加固對比分析[J].江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院學報,2018,18(03):32-35.

[3]于海濤.地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收施工技術(shù)的解析[J].交通世界,2018(Z2):144-145.

TU75

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1007-6344（2021）01-0115-02