富水砂层地区钢套筒平衡接收施工研讨

张广义

（中交隧道工程局有限公司，北京100102）

1 工程简介

哈尔滨市轨道交通3 号线二期工程大有坊街站～太平桥站区间左线盾构采用中交天和生产的土压平衡盾构机掘进施工，由大有坊街站北端始发，达到太平桥站后，由预留的盾构井接收并吊出，端头加固形式为水平冷冻法加固。

2 地质条件

由于接收端盾构推进主要地层为中砂，局部为粉砂，到达过程中容易发生涌砂涌水，常规加固措施难易满足施工要求，为规避风险，确保施工安全和施工质量，为此经相关单位共同讨论，左线接收采用钢套筒接收。

3 平衡钢套筒原理

该方式通过在盾构接收井内安装钢套筒，然后通过在钢套筒内填充回填物、加压，建立与基坑外相同的水土平衡环境，接收等同于常规掘进，从而避免的盾构到达过程中因水土流失、欠压而出现塌方的情况。该方式通过在钢套筒内预先填料、加压，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，确保盾构机顺利到达。

4 平衡钢套筒工艺

由于区间无预埋洞门钢环，首先通过侧墙已经植入的钢筋，焊接一圈钢板，以便后期与钢套筒的过渡钢环相连接。焊接安装钢板完毕后进行后续钢套筒安装、洞门破除、填料、密闭性检测、盾构接收等工作。

4.1 接收前准备工作

a.对左线洞内淤积的水、冰、等堆积物进行清理。

b.按照设计标高，对盾构井底板标高、侧墙和端墙位置及倾斜度、标准段底板标高、标准段侧墙净空、中板底标高进行复测。

c.对Z1～Z15、N1～N8 水平冻结的软管部分进行迁改。

d.由于左线接收洞门无洞门钢环接收措施，在洞门周围安装整圈厚度为16mm 弧形板+10mm 橡皮密封，固定在侧墙上。

4.2 钢套筒的设计

钢套筒主体全长约11400mm，筒长10000mm，内径6800mm，钢套筒主体重量约120t。

4.3 钢套筒的吊装

根据钢套筒最重部件为21.27t，采用120t 汽车吊进行吊装和拆除，由于区间左线钢套筒吊装时已进入冬季施工，环境温度较低，为了确保吊装作业安全，起吊前均已对设备运转情况进行检查，相关司索、信号工均在岗，且吊装前进行试吊，从而确保了吊装的安全性。

4.4 钢套筒施工

a.套筒安装：把过渡连板与传力架1 连接好，整体吊装下放到端头井内，向前移动过渡连板与传力架1 并与洞门钢环焊接。然后按照同样的方式安装2/3/4 号部件。

b.端盖支撑安装：端盖后部由方钢及3 根φ609 钢管支撑，其中端盖上部反力架直接与中板顶住支撑，下部采用6 根200×200 方钢与底板进行支撑，中间采用3 根φ609 钢管做斜撑。钢套筒定好位置后，先用100t 千斤顶向洞门方向顶推，使钢套筒顶紧洞环板，端盖上下均布置支撑，斜撑与底板预埋件焊接要牢固，焊缝位置要检查，确保无夹渣、虚焊等隐患。

c.钢套筒加固：为防止盾构进入钢套筒后出现套筒因侧向力的影响出现变形，钢套筒与洞门环板焊接完成后，检查确认后，安装筒体上部支撑及下部支撑施工，钢套筒上部每边共设置3 道横向支撑，顶在中板梁上，套筒底部每边设置8 根横向支撑，分别顶在侧墙及底板的底梁上，从而控制了钢套筒的位移及形变控制。

d.砂浆基座：接收过程中，为了防止盾构机进入钢套筒后发生扎头现象，钢套筒安装完毕后，在钢套筒底部浇筑15cm 厚的砂浆垫层，并保证砂浆垫层伸入洞门内与加固土体相接，为盾构机提供了支撑，确保了盾构机不刮蹭到钢套筒底部，影响套筒的稳定性。

e.洞门破除：填料前，通过纵向测温评定冷冻效果，达到设计要求后进行洞门凿除工作。凿除前首先打水平探孔（2.5m深），确定无渗漏水后再进行破除。洞门凿除时按照由上至下先将地连墙背土面保护层凿除，露出外侧第一层钢筋，将第一层钢筋割除之后，再按照由上至下分块凿除至第二层钢筋（迎土侧），待完成整体凿除后再完成第二层钢筋的割除工作。凿除过程中渣土及时通过侧门运出。

f.填料：先填充中砂200m3至钢套筒高度约2/3 处，后采用惰性浆液填充满钢套筒。砂浆配合比为膨润土：砂：粉煤灰：水：外加剂=1：16：2.73：3.55：0.1。

g.密封性检查：我项目部在钢套筒组装、填料完成后，在筒体内压水检查其密封性，压力为0.2Mpa，经测试12 小时内，压力保持均保持在在0.18Mpa 上，满足钢套筒接收要求。

4.5 盾构接收

a.刀盘破洞门前，通过钢套筒泄压孔进行压力调整，根据压力变化，将套筒内的掘进土压设定为0.8-1.0bar。

b. 进入套筒后，将速度控制在25～35mm/min，推力不超过1200t，扭矩不大于420KNm，刀盘转速稳定在0.8rpm。

4.6 监控量测

在盾构机到达前布置监测点（位移报警器），以监测盾构进入套筒时的套筒位移。根据钢套筒位移监测数据分析，若变形较大，需采取针对性措施。

4.7 施工过程中的控制要点

a.接缝渗漏：钢套筒与洞门环板连续处、钢套筒与管片搭接处出现渗漏，导致土舱无法维持需要的压力引起掌子面塌陷。应对措施：进行压力检测，由监理工程师进行监督，经检测合格后，盾构机才能进行掘进施工；钢套筒与环板之间采用橡胶密封垫，并涂刷密封胶，增强其密封性。

b.姿态控制：盾构姿态的好坏，直接关系到盾构机能否顺利的进入钢套筒。应对措施：盾构机在推进最后50 环过程中，根据测量成果，有计划地进行纠偏工作，推进纠偏严格按照勤纠缓纠进行，使盾构机姿态控制在设计轴线范围内，以保证隧道的准确贯通。

c.越冬期间防渗漏水措施：越冬期间可能通过管片与洞门间的间隙出现渗漏水。应对措施：左线最后一环（944 环）端面出侧墙29cm，由于冬季停机不拆机，为防止渗漏水，计划在944 环与钢套筒的过度环焊接弧形钢板，同时弧形钢板上预留50mm 的球阀注浆。

d.洞门凿除过程中风险：需要在洞门凿除前对洞门的冷冻效果进行验收，在确定洞门强度满足凿除条件时方可进行洞门凿除。

5 效果

整个过程的基坑周边沉降观测比较稳定，钢套筒平衡到达工艺已在大太区间左线盾构井成功运用，有效的解决了接收时易发生涌水涌砂的一系列风险。

6 经验总结

6.1 钢套筒回填料较为关键，应根据不同的盾构机设备采用不同的回填料。

6.2 在施工过程中也发现了施工中存在的不足及控制要点，应加强对钢套筒密封性进行检查、加强地表监测及洞内的巡视巡查。