钢板外置钢箱盾构始发施工技术

李军

摘 要：在地质构造复杂且含有丰富的地下水地层进行盾构施工，盾构始发渗漏水是其中的一项主要风险。受地质条件和周边施工环境的影响，端头地基加固的几何尺寸、加固效果和原有的洞门止水措施都不能满足盾构始发的止水要求。为了保证盾构机能够在复杂工况条件下安全始发，需要采用一种能够快速安装且性能可靠的盾构始发装置来满足始发条件，减少盾构的始发风险。依托天津地铁6号线新开河站—外院附中站区间盾构施工，简要介绍了在洞门圈处外接一套自制钢箱，在钢箱上安装增设一套止水帘布和铰连板钢，钢箱内填注惰性浆液的方法，以增强洞门的密封性，从而减少盾构始发的风险。这里主要阐述个人看法和工作实践，希望对相关工作的实施有帮助。

关键词：盾构始发；钢箱；密封性；止水帘布

中图分类号：U455.43 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.134

作为一项特殊且要求比较高的工作，外置止水钢箱始发施工有其自身的关键性。该项课题的研究将会进一步加强洞门的密封性，采取合理的措施和方法进一步减小盾构始发的风险。

1 钢板外置钢箱的结构类型比选

1.1 钢板外置钢箱和单帘布始发比选

钢板外置钢箱的优点是隔水效果好、渗漏水可控。由于增加了外置钢箱，所以，盾构始发过程中的渗漏水需要通过2层帘布和钢箱中的惰性浆液才能流出，大大提高了防渗漏水的性能。但与单帘布始发相比，钢板外置钢箱加工制作较为复杂，且钢材用量相对比较多。

单帘布有优点也有缺点，优点是加工制作比较简单，用钢量比较少；缺点是富含水地层中如果发生渗漏水的情况，对渗漏水的控制比较困难。由于只有一层帘布，对渗漏水的阻止能力有限，容易漏水，所以，在富含水和高承压水地层中渗漏水的风险大。

1.2 外置钢箱注惰性浆液与不注比选

不注惰性浆液的优点是施工简单，盾构可直接始发掘进，过程中无需停顿注浆，施工连续性好，并且节省浆液材料；缺点是由于未填注惰性浆液，对地下水的阻止能力有限，如果地下水压比较大，会连续突破2层帘布产生渗漏水，增加了施工风险。

钢箱填注惰性浆液的优点是：在盾构始发的过程中，填注浆液提高了2层帘布的整体性能，同时，帘布中间钢箱中填注的惰性浆液也对地下水的通道形成封堵效应，渗漏水需穿越惰性浆液才能到达第二层帘布，并突破第二层帘布产生渗漏，减少渗漏发生的可能性，为盾构安全始发提供更大的保障。

2 钢板外置钢箱的结构组成

钢板外置钢箱是由车站结构固定板、侧板、外板、帘布橡胶板和惰性浆液组成的。

2.1 车站结构固定板

为了保证加工钢箱是圆形的，采用分块加工钢板拼接成圆形，每块钢板使用4套M16膨胀螺栓固定于车站内衬结构。钢板呈梯形沿洞门周边布设，距离洞门钢环10 cm，钢板固定时接触面采用水泥浆填充密实。与车站内衬结构连接固定板的情况如图1所示，固定板与侧板和加筋板连接位置如图2所示。

2.2 A侧板和外板

钢箱采用多边形，即不规则的形式加固加筋板，筋板间距40 cm，并与结构固定板、侧板采用满焊的形式焊接。筋板焊接时，4个角部预留2 cm不焊接，其余部位满焊。

外板上安装橡胶止水帘布，外道帘布橡胶板与内侧采用20的钢筋支撑，防止外侧板内翻，并在外板B上预留5套注浆管（均匀布置）。

钢箱安装完成后，在箱体内填充水泥砂浆，以提高钢箱自身的密水性。特殊部位钢板加工尺寸需现场实地量测，按照量测尺寸下料，加工成异形。侧板加工大样如图3所示，加筋板加工大样如图4所示，外板加工大样如图5所示。

2.3 帘布橡胶板

安装帘布橡胶板时，由底部开始，自下至上，里面采用弧形板压住帘布橡胶板，用螺栓固定，外侧铰链板直接焊接在外侧封板上，外侧加焊防翻装置如图6所示。

2.4 惰性浆液

盾构机进入加固体后，通过预留注浆孔向钢箱腔体内填充惰性浆液。在盾构机始发推进过程中，持续保持压力向钢箱内注入惰性浆液，并保证止水帘布与盾壳密贴。

在结构墙上安装锚固点斜拉钢箱，在盾构机完全进入洞门后，在管片上安装锚固点斜顶钢箱。盾尾进入钢箱后，待铰连板全部下反与管片密贴后，及时用弧形钢板封堵钢箱，并用斜撑加固后，置换钢箱内的浆液，压注双液浆或单液浆，以加强密封效果，提高密封强度。

3 钢板外置钢箱的施工技术研究

3.1 施工前的准备工作

施工前，工作人员必须深入研究盾构始发位置的水文资料，并分析、比较，确定地下水位标高。在车站结构施工过程中，要完成盾构钢环的安装，对盾构始发端头进行注浆加固，并完成第一道始发帘布的安装。

3.2 工艺流程

钢板外置钢箱的施工步骤如下：①在盾构钢环上焊接安装车站结构固定板。②待固定板全部安装完成后，在固定板上垂直焊接侧板，并设置肋板加强。③待侧板安装并加固完成后，在侧板上焊接外板，外板与侧板和车站结构固定板形成圆环形腔体，圆环腔体内侧敞开。④待后期盾构机外壳通过，第二道帘布橡胶板内翻后形成密封腔体。此时，在墙体内通过注浆孔填注惰性浆液，形成盾构始发密封装置。

3.3 钢板外置钢箱组装及其工作原理

钢箱为外置式，钢箱沿隧道方向伸出结构墙35 cm，沿轴向40 cm，采用1 cm厚钢板拼装焊接成型。为了保证钢箱呈圆形，拼接钢板加工成弧形，每块钢板使用4套M16膨胀螺栓固定于车站内衬结构。在钢箱拼装焊接完成后，在钢箱外侧增设一道止水帘布，止水帘布橡胶板安装由底部开始安装，自下至上，里面采用弧形板压住帘布橡胶板，并用螺栓固定，外侧铰链板直接焊接在钢箱外侧封板上，外侧加焊防翻装置。

在自制外置钢箱拼装完成安装第二道止水帘布对其加固后，采用水泥砂浆填充钢箱箱体，以保证桩钢箱的密水性。在盾构机进入加固体后，将惰性浆液注入钢箱内。浆液具有流动性，盾构在推进过程中通过预留注浆孔及时向钢箱内补浆保压，在压力注浆的条件下，止水帘布背贴铰连板与盾壳密贴形成密封。盾构机完全进入洞门后及时封闭洞门，同时，置换钢箱内浆液，压注双液浆或单液浆，以增强密封效果，提高密封强度。

3.4 钢板外置钢箱质量控制

钢板外置钢箱质量控制包括以下几点：①钢箱现场施工应遵循钢箱安装、焊接施工工艺规范，安装前，应及时测定钢箱安装点，将钢箱中心位置误差控制在容许限值内。②钢箱长度根据设计要求确定。在使用钢箱前，检查钢箱质量，对于变形、局部残缺的钢箱，修整合格后方可使用。③钢箱安装完毕后，外侧用双开水泥封堵焊缝，并用钢筋在钢箱内加固，以减小圆度与盾构的误差。④膨胀螺栓规格型号应满足设计规范的要求，钻孔时，要严格控制孔深、孔径、轴向垂直水平。检查满足要求后方可安装钢箱，连接板应与墙体密贴。⑤采用双块水泥封堵外围焊缝，箱体内多余本分采用砂浆封堵，以增强箱体密封度，减少后期浆液注入时造成的浪费。

3.5 惰性浆液填注

在盾構机掘进的过程中，盾尾进入洞门后开始同步注浆，同时，对钢箱进行一次加固，通过与结构侧墙斜拉和盾构管片斜撑，加强钢箱的承压能力，防止在同步注浆过程中钢箱与结构崩开，直至加固完成后开始同步注浆。

盾尾进入洞门后，洞门出现漏水现象无压力，钢箱内继续注惰性浆液，2道止水帘布起作用，继续推进，预留注浆孔出现漏水的情况。这时，继续推进，通过第一环管片预留注浆孔压注双液浆进行洞门密封。

盾构机完全进入洞门后，及时封闭洞门，同时，置换钢箱内浆液，压注双液浆，以增强密封效果，提高密封强度。至此，钢板外置钢箱盾构始发完成。

4 结束语

综上所述，钢板外置钢箱进行盾构始发施工，对于其控制始发过程中渗漏水有十分重要的意义。因此，在今后的盾构始发施工中，尤其是在含有丰富承压水的地层中施工，应该加强对盾构始发渗漏水的重视，明确采用钢板外置钢箱防止渗漏水的重要性，进而在施工中推广使用。

参考文献

[1]曾晖，杨平，胡俊.特殊地层下盾构始发端头加固技术实例研究[J].铁道建筑，2011（02）.

[2]路桂珍.复杂周边环境条件下高承压水地层盾构始发端头加固技术[J].城市建设理论研究，2013（16）.

[3]王君，刘庆晨，李广军，等.组合工法在天津地铁盾构进洞施工中的应用[J].建筑科学，2012（S1）.

〔编辑：白洁〕