南宁地铁盾构密闭法始发装置技术应用

文 涛/WEN Tao

（广东华隧建设股份有限公司，广东 广州 510620）

1 工程概况及盾构始发端头问题

南宁地铁1号线（广西大学站-鲁班路站）盾构始发端头处于市政主干道上且地质情况差，存在始发端头加固范围内管线迁改困难、加固质量难以保证等问题。其地层从上到下依次为素填土①2①2、粘土②2-1、粉质粘土②2-2、粉质粘土②3-2、粉质粘土②4-2、粉土③1、粉（细）砂④1-1、圆砾层⑤1-1，隧道穿越的地层主要为粉质粘土②4-2、粉质粘土②5-2、粉（细）砂④1-1。稳定地下水位线标高70.01m，位于隧道拱顶上方4.7m高处，水位线和隧道拱顶之间分布粉土层、软朔粘土层等。由于水源充足，地层的透水性较好，使得覆盖层的稳定性较差，这要求必须对端头进行处理。

从传统工艺在地层加固上的方法来看，盾构始发端头存在的问题主要有：①始发端头存在较多较大地下管线且管迁改施工工期长、难度大、费用高,对端头路面进行破除后影响文明施工；②始发端头加固场地移交滞后，端头加固体龄期长无法确保节点工期；③处于市政主干道交通流量大及周边商住楼林立，加固的区域深度比较深，且由于地层的透水性较强，严重影响加固质量。因此必须寻找一种质量安全可靠的方法，此方法要具备占地小、工期短以及无需端头加固及管辖迁改等特点。

2 盾构密闭始发装置及制作

盾构密闭始发装置是依据平衡始发原理，从直径和长度进行设计，通过把直径与长度设计成比盾构略长的密封圆柱状与洞口密闭连接；盾构掘进前，在盾构始发井内安装钢套筒，盾构安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构在钢套筒内实现安全始发掘进进入前方土体，最终使盾构能够正常掘进施工。密闭始发装置需要解决以下问题。

1）结构强度 要求装置能承受外界压力和盾构推进时所产生的作用力。

2)始发装置密封 要求装置在一定压力下保证良好的密封性，钢套筒与洞门预埋环板连续处开裂，钢套筒与负环之间密封不好，盾构始发时引起钢套筒压力泄漏，导致内外水土压力不平衡，引起地面沉降。

3)应力应变调整 当装置受土压力和盾构掘进力时，其设备的钢结构必然会出现弹性变形，虽然弹性变形的量不是很大，但是会造成应力集中，钢构件的部分就会出现开裂的现象。所以对于装置的变形的消除是使用密闭始发装置技术的关键之一。

4)盾构防扭转 盾构在破除洞门连续墙后，洞门外水土压力传递至钢套筒内，盾构在钢套筒内掘进相当于中间隧道的常规掘进，钢套筒内填充物和盾构自重足以提供防扭转的反力；但在洞门连续墙破除前，盾构切削连续墙时产生较大扭矩及刀盘切削扭矩发生较大波动，造成盾构盾体和钢套筒整体发生扭转、倾覆。

5)盾构始发前的保压 盾构密闭始发的基本原理就是利用钢套筒内、外水土压力平衡，实现盾构安全始发。因此，确保盾构始发前土舱内达到平衡外界水土压力是盾构安全始发的关键点。

6)环渗漏 盾构掘进一定环数拆除负环和钢套筒后，洞门位置0环管片与外侧土体之间无橡胶帘板，容易出现渗漏，进而引起地面沉陷。

通过计算机对以上问题的模拟设计及分析论证，研制出第一套盾构密闭始发装置，如图1所示。

图1 密闭法始发装置与原理图

由图1可见，该装置主要由筒体、连接环、端盖、反力架、液压站及配套千斤顶和前后左右支撑等部分组成。

盾构外径6.26m，盾体长8.28m；密闭装置筒体长9.9m，内径6.5m。纵向下半圆分3段，环向每段3.3m；纵向上半圆分3块（A、B、C），沿纵向布置每块长9.9m。筒体的外周焊接纵、环向肋板以保证筒体刚度。上下两半圆及筒体之间均采用螺栓连接。在筒体底部制作托架，托架也相应分3块制作，与筒体底部焊接固定成一体。后端盖环梁与反力架紧贴，反力架依靠与车站结构连接的斜撑提供作用力。在钢套筒顶部预留下料口，在底部预留排浆口。

密闭始发装置与洞门环板之间设一过渡连接环，洞门环与过渡连接环采用焊接连接。

为防止盾构盾体和钢套筒整体发生扭转、倾覆，在钢套筒两侧每间隔2m安装1根工字钢横撑和三角架，每侧安装4个，横撑和三角架采用20#工字钢制作；在筒内安装导行轨。

3 密闭始发装置施工

3.1 安装

1）洞门检查 钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查。为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头，造成刀盘损坏，对洞门圆周范围凿除连续墙的砼保护层，露出玻璃纤维筋，确认洞门范围不存在钢筋。

2）安装钢套筒下半圆 开始安装钢套筒之前，先在始发井内确定盾体中心线，确保钢套筒下半圆与盾体中心重合； 各段之间螺栓孔对位准确，并用高强螺栓连接紧固。

3）钢套筒内安装盾构 在钢套筒内安装盾构主体，并与连接桥和后配套台车连接。

4）安装钢套筒上半圆 盾体安装好后，安装钢套筒上半圆；安装好以后，需进行压紧螺栓的调整。检查各部连接处，使钢套筒的上下半圆和各段之间螺栓孔对位准确并及时拧紧。

5）安装负环、盾构刀盘推进至洞门掌子面 钢套筒、反力架安装完毕，盾构调试完成后，安装负环、盾构向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面。

6）填料及密闭试压检查 ①为保证盾构在密闭装置内平衡掘进，盾构向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内填砂，使套筒与盾体之间空隙填充密实；②密闭筒体填料完成后，注入压力水进行检查，采用逐级加压方式加压至设定值，每级均要稳压监测，检查漏水及筒体变形情况。

3.2 变形监测与控制

密闭装置在受到外界的作用力和盾构推进时结构会发生弹性变形，作为结构抵挡外力的端盖及连接环会受到严重阻力，作用力就会传到装置结构焊接部位，从而造成焊接部位出现裂缝，破坏结构。因此在进行施工时，要用百分表对环板周边、端盖和筒体的变形进行监测和反映。

本装置结构变形以提供反力的方式进行及局部补加肋板控制：出现钢套筒本体连接端面或者筒体本身出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板。在反力架与环梁间设置预压千斤顶，通过预压千斤顶对钢套筒施加预应力，使钢套筒顶紧洞门环板，对钢套筒与洞门环板连接处进行监测，根据监测情况调整预压千斤顶。

3.3 盾构掘进控制

洞门连续墙为800mm厚的C30玻璃纤维筋连续墙，盾构在切削连续墙时，是正式始发掘进较关键一步，需综合控制。

1）推进速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN.m，千斤顶总推力不大于800t。通过洞门后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000～1500t。

2）控制密闭装置的内部压力与盾构的内部压力相平衡，保持压力装置的外部系统能在压力不足时加水，与压力过高时自主排水。

3）始发装置通过变形监测对应力应变进行控制，对反力机构进行调整以及对局部进行加固，从而使得变形量得以控制。

4）始发装置密封控制：①对洞门预埋环板进行检查，必要时须进行植筋加固；②使洞门环板始终处于受压状态；③钢套筒后端通过加强环梁和负环管片连接，连接处设置止橡胶圈，负环管片外侧与钢套筒之间的间隙通过管片壁后注双液浆进行密封。

5）0环渗漏控制：在洞门侧墙上、下、左、右各安装1个注浆管，注浆管一端安装球阀；1～5环管片，除K块外，在每块管片上设置3个注浆孔（包括吊装孔），每环管片的注浆孔均匀布置，通过壁后和侧墙注浆管进行加强注浆，注浆饱满后方可拆除负环和钢套筒。

6）测量与监测：掘进过程中要加大测量频率，并及时复核控制点，确保盾构姿态正确。在盾构始发前布置监测点，在端头、地面及周围建（构）筑物布置沉降观测点；围护结构及钢套筒、洞门周围布置变形监测点并测量初始值。掘进过程中进行实时监测，设专人观测套筒的稳定、变形情况，发现异常立即停机处理。在实际的施工中，要增加测量频率，对控制点进行及时的复核，从而使得盾构姿态的正确性有所保证。对于监测点的布置要在盾构始发前，其位置主要在端头、地面及周围建（构）筑物处。操作人员需要注意的是在掘进过程中要进行实时监测，专人专岗对套筒的稳定、变形情况性性观测，发现异常时要立即停机处理。

3.4 密闭始发装置拆解

在进行拆除时，要注意拆除顺序，对于始发反力架与上半部分筒体要有限拆除，继而才是负环管片拆解。始发装置下半部分筒体需等待拆完负环管片后方可依次拆解。

4 结 语

盾构密闭法始发装置在南宁地铁广西大学站首次使用，成功始发了S850和S851两台盾构，解决了常规盾构始发无法避免的难题。

地铁施工场地往往存在大量管线或者建（构）筑物，建筑物拆迁、管线迁改难度大、费用高，本次盾构密闭始发施工成功应用，对丰富轨道交通盾构始发、到达施工工法具有重要意义，为解决轨道交通施工过程中的建（构）筑物拆迁、管线迁改难的问题增加又一法宝，对今后类似工程中的应用具有借鉴意义。

[1]GB50446-2008，盾构法隧道施工与验收规范[S].

[2]李 飞，凌 波.一种盾构到达接收辅助装置的设计[R].2009.

[3]广东华隧建设股份有限公司.一种用以盾构密闭法始发及到达的装置：中国，ZL200920058408.9[P]. 2009.