柔性钢套筒盾构接收技术研究

(中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300350)

一、工程概况

天津地铁6号线人民医院站～长虹公园站区间共投入两台盾构机参与施工，区间右线采用铁建重工Φ6410土压平衡盾构机施工，左线采用海瑞克Φ6390土压平衡盾构机参与施工。区间右线、左线盾构均在长虹公园站北端始发，在人民医院站南端接收。区间平面地理位置见图1所示。

图1 区间平面地理位置示意图

(一)区间概述。区间左线设计里程为：左DK18+380.000～左DK19+114.126(含长链0.003m，短链0.384m)，左线隧道全长733.745 m；右线设计里程为：右DK18+380.000～右DK19+114.126，右线隧道全长734.126m；区间左右线隧道总长1467.871m；区间最小曲线半径2000m，区间线间距11m～15.6m，区间隧道为单面坡，最大纵坡-11.909‰，隧道覆土约11.6～20m。区间隧道设联络通道一处。

区间管片为预制钢筋混凝土管片，环宽1.5m，内径5.5m，外径6.2m，采用错缝拼装。

二、盾构接收工艺流程

根据天津地铁盾构法隧道施工强制性要求，本区间盾构接收采用二次接收方式，具体接收流程如图2所示：

图2 盾构接收施工流程图

三、钢套筒设计与安装

(一)钢套筒的设计。钢套筒是由筒体、后端盖、反力架、支撑等组成的一端开口、一端封闭的容器[1]。使用时通过向容器内填充水泥浆液，以支撑土体，从而满足盾构的接收需求。1.筒体。筒体部分长12000mm，内径6700mm，分4段，每段分为上下两个半圆，每段筒体的端头和上下两个半圆之间的接合面均焊接圆法兰，法兰用螺栓连接，中间加一个3毫米厚的橡胶垫和两个遇水膨胀衬垫，以保证密封效果[2]。进料口设置在圆筒上方，下部设有8个排水孔，预留检查孔。2.后端盖。后端盖为平面盖，由冠球盖与平面环板组成。3.反力架。所用反力架由许许多多的钢管组成，安装时紧贴后端盖，且要求钢管斜撑在车站底板上，施加一定的预应力。4.筒体与洞门连接。为保证筒体与洞门连接的密闭性，将在钢套筒与洞门之间设置过渡连接板，即橡胶板。其通过焊接的方式与洞门环板连接，通过螺栓拧紧的方式与钢套筒连接[3]。若施工时存在缝隙，应尽快完成缝隙的填补。具体连接方式如图3所示。

图3 筒体与洞门钢环连接示意图

(二)钢套筒的安装。对加工好的钢套筒运送至盾构井下，先进行分块连接，后进行分段成筒连接[4]。同时连接缝处采用安装3mm厚橡胶垫+两条遇水膨胀衬垫措施，用以止水。钢套筒头部与洞门圈钢环通过橡胶板连接。钢套筒连接好后，对套筒用H型钢进行支撑。安装完成后，先对钢套筒灌水，进行密闭性检查，若有漏水的部位，应及时进行修补。

四、柔性钢套筒盾构接收技术

图2已经说明了盾构接收的工艺流程，现在对其中的关键技术进行详细的说明。

(一)控制测量复核。在盾构到达之前，应对到达处洞门中心标高、平面位置及洞门直径进行复测，以确定洞门的精确位置。

盾构机接收是隧道贯通的关键。控制盾构机的水平和垂直误差是盾构接收段的主要任务，应进行严格把控，以减少盾构到达前的管片偏差值。同时在此段还应加强盾构姿态的控制，以使盾构拥有良好的姿态，安全精确进洞[5]。

盾构机到达前200米应进行贯通测量(地面控制网复测、联系测量、洞内控制点复测)，必要时采用陀螺仪定向，并且进行接收洞门复测，确保盾构的进洞姿态[6]。在最后50环推进的时侯，每10环进行一次人工复测，及时修正盾构机掘进姿态，盾构在距洞口50m左右时，再进行一次导线测量，在进入加固土体前应以量少多次的原则，适时进行盾构姿态的调整，确保盾构机的位置偏差在±15mm以内，仰角允许偏差控制在2mm/m以内，以避免出现俯角姿态，从而使盾构机姿态保持准确无误安全进洞[7]。

(二)控制注浆。盾构掘进过程中，应采用双液型注浆材料，以同步注浆的方式，填补管片与土体之间的空隙区域，以防止地面沉降。在必要的时候，应以注浆速度来控制掘进速度的快慢[8]。遇到管片渗水严重或地表出现较大沉降时，根据实际情况及时进行二次注浆补强，以达到止水效果及保证管片背后填充密实。

(三)洞门混凝土破除。先进行探孔施工，若无渗漏水现象，且垂直取芯质量检测合格，在通过接收条件验收后,当盾构掘进至洞门围护结构(地下连续墙)时，方可进行洞门混凝土破除。若探孔处若出现涌水、涌砂等问题时，应以量少多次的原则进行注浆补强，直至探孔无渗漏水现象为止[9]。

(四)钢套筒内回填。当洞门混凝土破除完毕后，先对钢套筒灌水，进行密闭性检查，若有漏水的部位，应及时进行修补，待合格后方可进行填料。进行填料时，使用水泥浆液为材料，同时填充两个填料孔以确保填料在钢套筒中的均匀分布。

图7 接收洞门密封装置示意图

(五)洞门止水措施。由于洞门圈内径与盾构外径大小不一致，在使用时则会在盾构周围产生间隙。因此在盾构进入洞门前，采用在洞门钢环焊接两整环3mm厚、200mm高花纹钢板，钢板之间填充100mm×100mm的海绵条的方式，缩小盾构外的间隙，防止出现涌水、涌砂等问题。具体如图7所示。

(六)安装接收基座。根据盾构接收位置和盾构盾体接收要求安装盾构接收基座[10]。接收基座中心与洞门中心一致，接收基座前端距洞门钢环40cm。提前焊接好导轨，导轨面与接收基座轨道面一致。

(七)盾构接收段技术措施。盾构接收段的掘进需采取如下技术措施：①在盾构进入加固区前，为避免上下波动现象的发生，必须严格控制土压力，将其保持在一个合理范围内，为此需要把控好与土压力有关的施工参数，如出土量、推进速度等。若土压力过低，则会使盾构扎头；若土压过高，则会使钢套筒损坏。②盾构接收段施工时，严格控制盾构姿态，盾构及时进行纠偏，确保盾构贯通精度[11]。盾构纠偏做到勤纠、缓纠，单环纠偏量应尽量保持在5mm以下。③在盾构施工过程中，应对钢套筒连接点处进行相关防水处理，并严格检查螺栓连接是否符合规定，以提高施工质量，保证施工安全[12]。填料施工前，对于钢套筒内的纵缝，应使用止水材料进行填补，从而确保回填后洞中土的各项指标达到工程所需要求。④安排相关人员对盾构接收洞门处进行观测，若表现出异常，则应及时上报情况并停止盾构掘进工作。⑤控制出土量。盾构掘进过程中，要严格控制出土量，同时还应保持泡沫系统和循环水系统的良好状态，以保证土被顺利排出。

(八)盾构第一次接收施工。洞门混凝土破除作业将要完成时，暂停盾构掘进，通过清除洞门范围内的残碴及泥土，逐步降低土压力值，以确保安全。待完成钢套筒内回填后，即可重新启动盾构机。当刀盘进入加固体后，由于此时没有土层存在，盾构继续掘进时将不会继续出土。每掘进1.5m应立即拼装工作环，以尽量减少进入洞口时间。当盾构机前盾脱出车站内衬墙50cm时，停止推进，立即在主体结构预埋的洞门钢环与盾体之间焊接一整圈弧形钢板。

洞圈封堵完毕后，每环管片都应通过其注浆孔进行二次注浆。为了防止浆料沿管外的间隙流出，在钢板周围的不同位置开设注浆孔，在洞圈外进行补压浆。

(九)盾构第二次接收施工。通过盾构机径向注浆孔及弧形钢板上注浆孔观察，在确保注浆效果良好的情况下，开始拆除弧形钢板并进行盾构掘进，直至盾构机完全推上接收托架，如果在二次到达时仍有漏水现象，对其进行壁后压注10倍发泡率的油溶性改性环氧树脂，待改性环氧树脂遇水膨胀后，形成止水塞，封闭隧道纵向渗水通道。

(十)钢套筒拆除。完成注浆后，先将钢套筒内剩余的泥浆清理干净，然后安排工作人员检查是否存在问题。如果没有问题，即可拆除钢套筒上半块，然后用起重机将盾构机吊出，最后再拆除钢套筒的下半块，完成盾构机的拆卸。

五、结论

综上所述，通过对柔性钢套筒盾构接收技术的研究，不难发现该技术具有适应范围广、可多次利用、安全性高的特点，在接收过程中并不会出现像传统接收技术那样，出现因加固效果不达标而造成水土流失的风险，降低了施工过程中对环境的破坏。但该技术仍然还有许多问题尚未解决，如出洞操作困难、运输及保管困难、费用高等，这些都需要人们共同努力去完善与改进。相信在未来，柔性钢套筒盾构接收技术会变得愈发的成熟。