地铁盾构始发用帘布橡胶板安装应用与研究

曹 暘（上海市机械施工集团有限公司, 上海 200072）

随着城市地下铁路的不断发展、壮大，盾构法施工已经成为目前城市地铁施工的主流技术。与此同时，盾构法施工的高风险性、高难度成为行业焦点，也是众多业内精英始终在研究的课题。在盾构法隧道施工过程中，盾构始发风险极高，洞门防水施工对控制洞门处地面沉降、洞门塌陷、洞门漏水漏沙起着关键性的作用。因此，洞门防水施工控制就成为重中之重。

盾构机在始发过程中，在洞门处安装帘布橡胶板+折叶压板组合而成防水密闭装置，可以有效规避洞门涌沙、涌水的风险，且防水性能好、易安装、连接可靠、稳定牢固，见图1。这种组合防水密闭装置，将帘布橡胶板穿在洞门钢环螺栓上，通过折叶压板压紧，最终将盾构机严密包裹，从而达到止水效果，目前已在各大城市地铁施工中广泛应用。

图1 帘布橡胶板+折叶压板组合防水密闭装置

1 帘布橡胶板正反安装的区别

对于常规盾构始发而言，洞门防水是整个盾构始发的控制重心，除了处理好洞门加固、端头降水、周边河流明水等风险源之外，控制好洞门自身防水措施显得尤为重要，洞门通常在车站施工过程中同步预留，采用预埋钢环形式，与钢环配套防水措施即折叶式压板+帘布橡胶板。

帘布橡胶板 + 折叶压板是利用M 20 mm螺栓将其固定在洞门预留钢环上，帘布橡胶板为该装置主要防水构件，而折叶压板主要作用为压紧帘布橡胶板，防止在盾构机推进过程中翻边。沿帘布橡胶板圆环方向共布置72个螺栓，橡胶帘布板圆环宽度68 cm，厚度2 cm，在盾构机开始掘进后，帘布橡胶板及折叶压板内翻，经过折叶压板挤压，使得整个帘布橡胶板箍在盾构机壳体上，防止刀盘侧面泥水沿洞门进入工作井，达到洞门防水的效果。

无锡地铁1号线南延线01标工程包括了一站两区间，主体结构车站为雪浪坪站车站，区间为长广溪站—雪浪坪站区间、雪浪坪站—万达城站区间，两个区间盾构始发均在雪浪坪站完成。雪浪坪站端头井始发地层为⑤1粉质黏土、⑤2黏质粉土、⑤3粉质黏土层，其中⑤1、⑤3为软土，易产生土体流动，⑤2为微承压含水层，易产生涌水、涌沙。所以，盾构始发风险较大，做好降水、监测量控是确保顺利始发的前提，洞门防水质量显得尤为重要。

洞门第二次凿除后需要立即安装橡胶帘布板，沿洞门自上而下安装橡胶帘布板，先将螺栓穿过橡胶帘布，再依次安装折叶压板。折叶压板安装较为困难，先将插入橡胶帘布的螺栓拔出，将折叶压板逐块安上后再将螺栓拧上；将折叶压板与加劲板焊接为一体，销套和翻板焊接成一体，用销轴将其和折叶压板插在一起，最后将洞门范围内的螺帽拧紧。

由于帘布橡胶板下边缘一面为凸起状，另一面光滑状，而施工图纸却未明确在安装过程中该凸起状应该为正面还是方面，因此为确保帘布橡胶板安装质量，对长广溪站—雪浪坪站区间左右线采用不同的安装方法进行对比分析，确定帘布橡胶板正反安装的防水效果。人为定义在盾构始发过程中，凸起状对着工作井为反装，凸起状对着隧道为正装。

2 帘布橡胶板正、反安装对比

盾构始发过程中，盾构机与洞门以及管片与洞门均存在一定的间隙，为防止该泥水及浆液随着间隙渗入工作井，采用了具有伸缩性的帘布橡胶板包裹盾构机。从原理上来讲，帘布橡胶板与帘布橡胶板拉伸率、折叶压板可靠性以及帘布橡胶板与盾构机密贴程度有着密切关系。

由于帘布橡胶板尺寸比盾构机小，所以在盾构机始发掘进过程中，必然存在着帘布橡胶板的拉伸变形。经过拉伸的帘幕板可以更为有效地贴合盾构机，橡胶帘布板与盾构机之间密贴情况直接影响洞门防水质量。

盾构机始发过程中，折叶压板作为帘布橡胶板的支撑结构，它的节点、角度直接影响了整个防水装置的受力。为确保在水土压力的作用下橡胶帘布板不出现翻边、漏水现象，折叶压板的折角、灵敏度显得尤为重要。

帘布橡胶板有一定的拉伸率，图纸材料设计中明确帘布橡胶板拉伸率不差过 28.8%。超过设计拉伸率，帘布橡胶板会发生不可逆拉伸变形。

根据现场实际操作过程，对帘布橡胶板的安装从上述 3个方面逐步对比分析。

2.1 帘布橡胶板拉伸率

在盾构机始发过程中，随着盾构机向洞门内推进，帘布橡胶板内环圈会紧紧箍在盾构机上。以小松盾构机（φ6.34 m）为例，盾构机半径 3.17 m，而帘布橡胶板内径 2.73 m，帘布橡胶板会随着盾构机进洞，整个帘布橡胶板全部箍紧盾构机。以此为理论计算模型，计算帘布橡胶板拉伸率。

（1）帘布橡胶板正装拉伸率。伸长率＝（扯伸后长度－扯伸前长度）/扯伸前长度×100% ＝（3.14×2×3.17－3.14×2×2.73）/（3.14×2×2.73×100%）＝ 16.1%

（2）帘布橡胶板反装拉伸率。伸长率＝（扯伸后长度－扯伸前长度）/扯伸前长度×100% ＝（3.14×2×3.19－3.14×2×2.73）/（3.14×2×2.73×100%）＝16.8 %

从计算结果可以发现，帘布橡胶板正装伸长率达到16.1%、反装 16.8%。设计帘布橡胶板理论拉伸率可以达到28.8%。通过对比分析可以看出，帘布橡胶板反装拉伸率大于正装，且均满足帘布橡胶板材料性能要求。理论上讲帘布橡胶板反装可以更加牢固地箍住盾构机，但由于两种安装方案伸长率差值不大，因此认定基本一致。

2.2 折叶翻版可靠性

盾构机在进入隧道过程中，帘布橡胶板能够有效抵挡洞门内泥水，帘布橡胶板可以起到有效的止水作用。

本工程采用的为φ6.34 m 小松盾构机，现场预留洞门环φ6.7 m，最终成型的隧道管片外径 6.2 m，所以在盾构机与洞门之间存在着 18 cm 间隙，管片与洞门之间存在 25 cm 间距，根据折叶板压折叶长度计算折叶压板折角，确保稳定牢固。

（1）折叶板与盾构机折角。折叶压板示意图见图2，折叶压板简化图见图3。

图2 折叶压板示意图

图3 折叶压板简化图

折叶与盾构机夹角 β，根据盾构机与洞门圈直径确定。

所以β=arcsin（洞门圈半径-盾构机半径）/折叶压板长度=30°

（2）折叶压板与管片折角。折叶压板示意图见图4，折叶压板简化见图5。

图4 折叶压板示意图

图5 折叶压板简化图

折叶与管片夹角β，根据盾构机与管片直径确定。

所以β=arcsin（洞门圈半径-管片半径）/折叶压板长度=44°。

通过在盾构机在始发过程中，帘布橡胶板与盾构机以及帘布橡胶板与管片之间的作用形式，两种安装方法折叶压板与盾构机、管片都可以连接牢固，折叶折角均＜ 45°。受力稳定，均能满足要求。

3.3 帘布橡胶板可靠性分析

通过模拟盾构机始发过程，发现盾构机在慢慢进入隧道的过程中，帘布橡胶板能够有效地箍住盾构机，与折叶压板结合使用可以有效起到防水作用。帘布橡胶板反装见图6，帘布橡胶板正装见图7。

图6 帘布橡胶板反装

图7 帘布橡胶板正装

在模拟盾构始发状态情况，可以明显发现，随着盾构机缓缓进入隧道，帘布橡胶板正装状态下盾构机与帘布橡胶板贴合紧密，凸起物与盾构机无缝密贴，在后期推进、注浆的过程中，盾构机与洞门圈间隙内泥水可以填充满，并且压紧帘布橡胶板，可以有效避免泥水及浆液进入工作井，止水效果好。

帘布橡胶板反装，虽然使得帘布橡胶板拉伸率增加，但是与盾构机贴合有间隙，止水效果不及帘布橡胶板正装。

4 结 语

通过对帘布橡胶板正反安装的拉伸率、折叶压板可靠性以及帘布橡胶板与盾构机贴合程度分析，可以发现在盾构整个始发过程中，盾构机与帘布橡胶板紧密贴合，帘布橡胶板在 36 cm 折叶压板的紧压下，帘布板能够很好地起到防水作用。在研究过程中也可以清楚地看到，帘布橡胶板正装可以与盾构机紧密贴合，水土及浆液在帘布橡胶板凸起物作用下，能够更为有效地紧压在盾构机上，使得盾构机在始发过程中更有效地起到止水作用。

无锡地铁 1号线南延线 01 标在盾构始发过程中，通过采用橡胶帘布板正装方式（凸起物正对隧道），使洞门止水效果在盾构始发中得到了验证，可以为更多的隧道工程建设提供参考依据。