地铁盾构钢套筒接收技术

朱英伟 李立志 马晓峰 刘江浩

地铁盾构钢套筒接收技术

朱英伟 李立志 马晓峰 刘江浩

在地铁工程盾构法区间隧道施工中，始发和接收过程是整个工程中的关键工序，也是难度最大、风险最高的环节，尤其是盾构接收过程尤为明显。文章通过东莞地铁2号线某区间首次采用的钢套筒接收盾构技术的成功应用，阐述钢套筒盾构接收的技术原理、组装流程、接收工艺。

地铁；盾构接收；钢套筒；技术应用

1 工程概况

东莞地铁2号线某标段盾构机在珊美站接收并吊出，吊出井所处的地质条件主要是中砂层，隧道底部局部有全风化含砾砂岩和强风化含砾砂岩，隧道顶部有约4 m的粗砂层，距离接收井约150 m处有排洪渠。由于地质条件差，所以端头加固方案采用素混凝土连续墙+双重管旋喷桩进行加固。珊美站端头加固后，通过垂直钻孔和水平钻孔的检验，发现地下水量比较大，在盾构机到达时，易出现涌水涌砂的情况，可能导致比较大的风险：①由于本盾构机长度9.8 m，而加固体只有10 m，盾构机到达接收时，盾尾只进入加固体80 cm，而且隧道又处于易透水的砂层；②随着河道水位的提高，地下水位的高度已经超过了加固体的高度，大量地下水从加固体顶部渗透；③加固体的素混凝土连续墙与车站围护结构的连续墙之间，由于施工工艺限制，2道连续墙之间会存在空隙。为此，项目部研究决定采用盾构钢套筒接收技术。

2 盾构钢套筒接收技术

盾构钢套筒接收技术是在盾构接收端头井提前安装1个内径大于盾构机外径的拼装式密闭桶状钢结构套筒，并在钢套筒内填入碎石、细砂、膨润土、水泥等填充料，形成1个外延箱体，密闭后以抵抗平衡地下水土压力，使盾构接收全过程在钢套筒内完成，最终盾构完全推进至钢套筒内，完成盾构接收（图1）。

图1 钢套筒接收盾构示意图 （单位：mm）

本项目依据盾构机的尺寸和接收井的情况，钢套筒采用16 mm厚A3钢板制成，筒体部分长9.9 m，内径6.5 m，共分A块（底座部分，每段3.3 m）、B块（上部侧面2段）和C块（正上方1段）3部分，每段及上下部分均加焊法兰端面并用高强螺栓连接，中间有密封条。钢套筒与洞门环板之间通过500 mm厚过渡环连接，钢套筒反力通过基准环进行承载受力，基准环位于反力架和钢套筒之间。为了封闭钢套筒，用封盖与基准环进行连接（图2）。

图2 钢套筒结构示意图

3 钢套筒组装

3.1 主体部分连接

（1）在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾构体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的A块底座钢套筒力求一次性放到位，通过千斤顶进行微调，确保螺栓连接的准确性。

（2）B块与A块的连接。注意吊点的选取以及各块之间密封条的安装，保证连接后的密封性。

（3）钢套筒过渡连接板与洞门环板的连接。过渡连接板与洞门环板相接触后，要检查2个平面是否全部能够连接，如有空隙需填充钢板并与过渡板焊接牢固，务必将空隙尽可能地堵住，要求过渡连接板与洞门环板双面满焊。

（4）基准环与A、B块的连接。基准环上下部分分别与A、C块进行连接，确保螺栓、密封的安装可靠。

（5）安装封盖。在安装最上方部分C块之前，安装最端部的封盖使之与基准环进行连接。

（6）安装最上方部分C块。其他部分安装完毕后，进行C块的安装，此时，需要注意用倒链葫芦将B块进行微调，保证C块的安装空间，最后再复紧所有连接螺栓。

图3为组装后的钢套筒。

3.2 反力架与支撑安装

安装反力架时，首先应在基坑里定好位，然后根据井口面与洞门中心的标高，在地面上先割去反力架立柱下端多出的部分（约250 mm），使其能更好地适用于标高不同的基坑，之后在地面上安装好反力架。反力架与基准环通过20个60 t的千斤顶进行缓冲过渡，千斤顶初始压力约10 MPa，总反力约为600 t。千斤顶设置有液控互锁阀，随着盾构机向外推移的推力增加其提供的反作用力也相应增加。

反力架支撑安装时，依据接收井结构上下位置安装水平撑和两侧斜撑，确保反力架的稳固。图4为反力架安装完毕图。

图3 组装后的钢套筒

图4 安装完毕的反力架

3.3 钢套筒填料与试验

钢套筒内部需要填充物料并建立与盾构机在该位置土压相一致的压力，填充材料的选择应注意最下方碎石填充在套筒底部30 cm高范围内，约20 m3，其余空间填充砂，这样可以保证刀盘掘削时不至于因为设备下沉而引起碰触套筒内壁的现象。另外，填充料的时间可以选择在安装C块之前，或者通过C块上方的填料孔插入导管进行填料。

通过上方预留的球阀向套筒内部加水试验密闭情况，如果压力能够达到100 kPa，则停止加水，并维持压力稳定，如水压达不到100 kPa，则将水管解开，利用空压机向钢套筒内加气压，直至压力达到100 kPa为止。之后，对各个连接部分进行检查，包括洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、后端盖板的连接处有无漏水，检查反力架支撑的各个焊缝位置有无脱焊情况。一旦发现有漏水或焊缝脱焊情况，必须马上进行卸压并及时处理，上紧螺栓或重新焊接。完成后再进行加压，直至压力稳定在100 kPa，且未发现有漏点后方可进行卸压，准备盾构机出洞。

4 盾构机接收

（1）在盾构机通过洞门时，掘进速度应控制在10 mm/min以下，刀盘转速也要不易过大，控制在0.6～1rad/min之间，推力应控制在1 000 t以内为宜，尤其在顶推最后1道连续墙时速度以3 mm/min为宜，以免速度过快造成部分墙体的倒塌对套筒造成损坏。

（2）在盾构接收进入钢套筒时，必须严格控制土压力，尽量减少土压上下波动。操作时根据埋深及承压水水头压力计算土压设定值，并在实际推进时进行适当调整。操作时不宜随意降低土压，否则会出土量过大，引起盾构扎头以及后方承压水窜入刀盘前方，导致盾构无法正常推进。也不可随意增大土压，造成钢套筒破坏引发事故。

（3）时刻观察盾构机的姿态，确保盾构机略微抬头的趋势进行，控制好分区油压。盾构机出洞姿态建议保持平面偏差在±10 mm以内，竖向保持在30 mm。盾构接收姿态控制：前盾水平15 mm，垂直30 mm；后盾水平15 mm，垂直5 mm；俯仰角3 mm/m。

（4）盾构机进入钢套筒的过程中应注意安排专人监视钢套筒的侧移情况，仔细检查钢套筒百分表和顶撑油缸压力的数值，若压力增大明显，需停止掘进，查明原因；检查钢套筒各连接部位的密封状况是否良好，如出现涌水涌砂则要停止掘进进行封堵。

（5）待盾构机完全进入密封钢套筒后，先对盾尾后5环管片进行补充注浆，确保隔断端头与钢套筒的水力联系，然后排空钢套筒内泥浆，打开加料孔以及下方6个排水阀试水，最后工作人员需进入土仓查看内部情况，确认无误后拆解密封钢套筒吊出盾构机。

5 结论

此次盾构钢套筒接收为东莞地铁首次使用的盾构接收新工艺，其成功应用确保了隧道的全线贯通。盾构钢套筒接收技术因其具有较好的安全性、可靠性、高效性、经济、低碳等特点而被越来越多的施工单位所重视，具有很好的推广价值。

（1）施工安全性好，可在大深度、高水压、地质复杂条件下进行盾构接收工作。

（2）通过对钢套筒进行密封处理，可以使盾构接收过程完全密闭，以抵抗后部承压砂层地下水土压力。

（3）通过对钢套筒内填充料的优化，提高了钢套筒接收施工的速度及可操作性。

（4）对钢套筒结构优化设计，降低了钢套筒造价及安装成本。

（5）钢套筒采用分节拼装，使施工便利、安装时间缩短，并且可以周转重复使用。

（6）盾构钢套筒接收技术节省了常规盾构机接收需要施作加固区的费用约150余万元，不对地质环境造成破坏，具有较好的经济性与环保性。

（7）盾构钢套筒接收技术解决了不能施作加固区特殊情况下的盾构出洞难题。

[1] 广东华隧建设股份有限公司．一种用于盾构密闭始发及到达的装置：中国，200920058408.9 [P]. 2009-12-23.

[2] 郭清华，易觉. 盾构密闭始发及到达装置的节能应用效益[J]. 盾构工程，2012（1）.

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[5] 吴宗泽. 机械设计实用手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

责任编辑 朱开明

Installation Technology of Metro Shield Steel Sleeve

Zhu Yingwei, Li Lizhi, Ma Xiaofeng, et al.

In the metro shield tunnel construction, originating and arriving process is a key step for whole project, and it is also most difficult and highest risky link, especially shield arriving process is particularly diffi cult. The paper describes the successful application of shield steel sleeve arriving technology in Dongguan metro line 2 and the technology principle, assembly process and arriving process of steel sleeve shielding.

metro, shield arriving process, steel sleeve, technology application

U455.43

2014-01-26

朱英伟：中建交通建设集团有限公司，工程师，北京 100142