盾构机钢套筒始发施工技术

盾构机钢套筒始发施工技术

石志鹏1李浩亮2平洋3

中交隧道工程局有限公司北京盾构分公司北京100000

摘要：采用钢套筒进行盾构始发作业，是国内近几年兴起的施工方法，是始发端头无法加固时的安全始发作业方法。福州地铁二号线南门兜站~水部站区间采用钢套筒成功始发，总结了钢套筒盾构始发作业的工序流程和主要施工技术要点，为以后相似工程提供经验。

关键词：盾构始发钢套筒施工技术

前言

目前，国内地铁建设十分火热，各大一线城市和各省会城市均在建设。地铁隧道建设中采用最多的就是盾构法施工。而盾构法施工中，盾构始发是其中一项重大危险风险源。始发过程中会出现水土压力失衡导致盾构始发端头井涌水涌沙，进而导致车站侧墙坍塌。因地铁施工往往位于城市繁华地段，周围建筑物密集，交通繁忙，一旦出现坍塌将危及周边建筑物和交通，造成巨大经济损失和社会影响。

目前，国内采用的常规的手段是对盾构始发段进行地层加固，如采用三轴搅拌桩、高压旋喷桩等。但福州地铁二号线南门兜站~水部站限于场地位置、管线、施工工期等原因，无法进行端头加固，为了保证始发安全，综合考虑选择采用钢套筒始发，这也是福州首例采用钢套筒进行始发作业。

一、工程概况

1.1区间基本情况

福州地铁2号线南门兜站～水部站区间从南门兜站出发后沿古田路向东走行。区间隧道主要下穿古田路过街地道、五一北路、古田路桥涵、经R-1500m、R-2000m曲线调整后接至水部站。区间隧道两侧主要为商场、广场、展览馆、科技馆等，线路纵断面大体呈单向坡，沿1处联络通道，隧道顶埋深约9.9～17.5m。因工期原因调整为从水部站始发。

1.2水文、地质情况

水部站西端头井位于位于古田路与柳前巷交叉口，区间周围所处地层围岩土层主要为<2-4-1>淤泥、<2-4-4>淤泥夹砂；隧道上沿覆土约10米，水位标高为3.42～6.7m左右，均在掘进隧道上部。另水部站地热异常，确定为温泉地带。

1.3地面建筑物及管线情况

水部站位于古田路上，周边高层较多，北侧华丰大厦，福晟财富中心大楼，建行福州城南支行，南侧主要为闽都大厦地块，中美大厦。影响范围内管线复杂，电力管，雨污水管，给水管，煤气管线等工程管线密集。其中最近的建行与中美大厦距离始发井最近，距离分别为19m和18m。如图1-1。

图1-1水部始站地面建筑物情况

二、始发方案

前期原定方案为对水部站始发井进行端头加固，加固方式为三轴水泥搅拌桩和三重管高压旋喷桩，加固长度十米，后因场地太小，工期紧的原因被取消。其后在冷冻加固始发和钢套筒始发中综合考虑，选择钢套筒始发。

2.1钢套筒始发工作原理

正常始发时，因车站已开挖完毕，周围土体对车站内部有一定的侧向压力。在盾构机始发时，因已凿除掉隧道部分的维护结构，使其成为水土压力的突破口，如若未进行端头加固或是加固强度未达到，则会出现突涌，出现险情。而钢套筒始发则是将盾构机安装在钢套筒里，通过钢套筒这个密闭容器提供端头土体的平衡压力，保证始发端头土体稳定。如图2-1。

图2-2钢套筒始发流程图

2.3盾构始发参数

盾构始发参数按照一般始发参数设置即可。洞门连续墙为800mm厚的C30玻璃纤维筋（表层钢筋为普通钢筋，已割除）连续墙，盾构机在切削连续墙时：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1000t。通过洞门后，速度可逐步提升至20~25mm/min，千斤顶总推力根据理论计算可做逐步调整。

推力和扭矩一定不能超过设定值。

三、技术要点

3.1填料

第一次填料：在盾构机下放前，在钢套筒底部，两侧支撑盾构机的钢轨中间，填满砂料，高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放去上后，进一步压实，确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力。

第二次填料：在盾构机刀盘顶至掌子面后，对钢套筒进行填料，填充料可选择粗砂、粗砂和膨润土混合物或是其他流动性较好的渣土。不要选择低强度砂浆，会粘结在刀盘面上，对后期掘进极其不利。水南区间选择的填料物为本标段盾构掘进渣土，主要为含泥粗中砂。填充时要加水，增加填料流动性。通过观察孔查看是否填满。即将填满时封闭观察孔，再适量填充部分，割除填料管，封闭好填料口。

3.2钢套筒连接

钢套筒各部件之间应加橡胶条，增加筒体密封性。各部连接螺栓连接完毕后应检查一遍，确保所有螺栓已紧固。尤其需要注意的是钢套筒过渡环与洞门预埋钢环的连接，在其焊接牢固后，应严格检查焊缝是否焊接牢固无缝隙，尤其是下半圆部分，一旦封闭之后将难以补救。

检查方法，让一人站在钢套筒内，一人在筒体外用手电向筒内照射，筒体内看到光点即说明有缺漏点，应立即补焊。

3.3钢套筒与负环管片密封

在填料完毕，并将筒体完全密封后，为保证负环管片与钢套筒之前的密封效果，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环，注浆压力不大于350kpa。

图3-1管片壁后注浆密封示意图

3.4钢套筒加压

在盾构机顶推前，需进行环梁预加压力千斤顶的调整，共20个千斤顶，分四区布置，每个千斤顶的预压力为60t，总计预加压力为1200t。预压的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，钢套筒连接螺栓是否松动，出现异常及时采用处理措施。

（1）始发端土压计算

始发端隧道顶部上层覆土：<1-2>杂填土，覆土深度2.8m；<2-4-1>淤泥，覆土深度7m。

经水土合算计算，始发端土仓上部静止土压力为0.86bar，理论安全推力为8082kN（安全系数Kc=1.5）。

（2）渗漏检测

从加水孔向钢套筒内加水，至加满水后，检查压力，如果压力能够达到1.1bar。则停止加水，并维持压力稳定，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、钢套筒与反力架的连接处有无漏水。

每级加压过程及停留保压时间说明：

0~0.4bar每级加压时间控制在15min左右，停留检测时间25min；0.5~0.9bar每级加压时间控制在25min左右，停留检测时间45min；0.9~1.1bar加压时间控制在45min左右，停留检测时间120min。

加压检测过程中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1.1bar并未发现有漏点时方可确认钢套筒的密封性。

3.5钢套筒变形位移监测

在盾构机组装过程中要安装各种测量用具，主要是测试钢套筒有无变形，以及钢套筒环向和纵向连接位置的位移等。

在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区域安装应变片，在钢套筒过渡环处安装百分表，量程在3~5mm左右，可控制变形量或位移量精度在0.5mm左右。在反力架上加测量靶点，提前采集初始值。在加压过程中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行卸压、分析原因并采取解决措施。

应急解决措施：

①如果出现钢套筒本体连接端面法兰处出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作。

②如果反力架斜撑任何位置出现位移量过大时，要分析可能出现的原因，并增加斜撑的数量，同时在另一侧要增加直撑的数量。

四、小结

国内地铁大多建设在人口密集的繁华地带，场地往往偏小，管线分布密集，这是地铁建设不可避免的问题。采用钢套筒始发，既增加盾构始发的安全性又可以省略端头加固，避免很多场地、管线迁改问题。采用钢套筒始发有很大优势，通过水南区间钢套筒成果始发的案例，为今后地铁建设提供参考。

参考文献

[1]周文波．盾构法隧道施工技术及应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004．

[2]崔强．盾构平衡始发施工技术的应用--钢套筒密闭始发方案[J].城市建设理论研究（电子版），2014