盾构区间钢套筒接收技术应用研究

李 杰

(太原市轨道交通发展有限公司,山西 太原 030000)

1 工程现状

太原轨道交通2号线学府街站—长风街站区间始于学府街与长治路路口南侧的学府街站，区间向北延伸，下穿学府街高架桥桩基，最终到达长风街站，本区间由两台盾构机分左右线掘进。区间所属地貌单元为汾河一级阶地，沿线地形较为平坦，周边为城市建筑。地面标高为778.9 m～780.5 m，南低北高。城市道路下方管线密集，管线埋深一般在3 m～6 m间。区间最大埋深约为18.4 m，最小埋深约为10.2 m。本场地存在不良地质主要有地面沉降及地震液化，勘察期间未发现其他诸如滑坡、崩塌、采空区等不良地质作用及地质灾害。本区地震动峰值加速度0.20g(相当于地震基本烈度8度)。在对学长区间左线接收端加固区范围内管线初步挖掘探测挖掘过程中，发现左线加固区范围内还存在DN1 000热力管两根，右线加固区范围内存在2孔3.8 m×1.4 m雨水方涵。探孔开始后，不断发现之前交底和图纸中未提示的管线(其中污水管存在渗漏，燃气管为新发现管线)，增大了管线改移的难度。

2 盾构钢套筒接收流程

2.1 洞门水平加固

洞门水平加固采用洞内全断面水平深孔注浆的施工方案。是在洞门开孔成型后安装注浆孔口管，由孔口管向土体内进行注浆。整个注浆过程是在一个封闭体系中进行的，浆液通过孔口注浆管进入处于封闭状态的被注地层(黏质粉土、粉质黏土、粉细砂、中砂等)，注浆泵产生的压力可使浆液在被注地层中向四周扩散，达到充填、挤压、密实的作用，从而使松散含水砂层或粘土层变为密实的坚固地层，以达到注浆堵水的目的。

2.2 洞门凿除

长风街站小里程接收端洞门处围护结构为800 mm厚钢筋混凝土地下连续墙，紧贴围护结构外侧为4 m～5 m厚的水平加固体，根据目前盾构机的刀具配置，直接切割钢筋混凝土地连墙结构出洞具有一定的困难，为确保盾构机安全顺利出洞，在盾构机到达前需先完成洞门位置围护结构的凿除工作。考虑长风街车站小里程端该位置地下水位较高，为确保洞门凿除安全，在端头加固区域紧邻车站围护结构位置进行4 m洞门水平加固，洞门凿除时利用水平加固体及预留地连墙20 cm混凝土抵抗外侧的水土压力，以降低洞门凿除的风险。洞门凿除采用风镐人工破除，洞门凿除前必须确保洞门水平探孔检查合格后再进行凿除施工。洞门凿除在钢套筒完成安装后进行。

洞门凿除时按照两层进行凿除，第一层凿除30 cm顺序为由下至上进行，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，再开始凿除第二层墙体，依旧按照由下至上分块凿除至剩余20 cm(迎土侧)。但鉴于鱼尾刀超前其余刀具开挖30 cm，故对中心区域进行多破除作业，保留至露出玻璃纤维筋为止。凿除结束后要及时清理混凝土块，将其破碎成小块，从钢套筒的第一节筒体两侧底部的清渣门运出。

在进行洞门凿除施工时，采用φ48 mm脚手架钢管搭设破除作业平台，作业平台每层步距高度控制在2 m范围横杆间距控制在1.3 m以内，立杆间距1.2 m，作业平台应设置四道斜撑，斜撑与地面成45°夹角。作业平台搭设完成后由质检人员、安全员验收合格后方可投入使用。

洞门凿除完成后由项目部技术人员对洞门凿除情况进行检查，确保洞门钢环范围内不得残留有钢筋头等杂物，同时洞门圈内侧影响盾构的出洞的焊接物务必清理干净。

2.3 密闭性检测

在填料前需对钢套筒进行密闭性检测，检测合格方能进行下一步。

2.4 钢套筒内填料

密闭检测完毕后，向钢套筒内填混有一部分粘土的砂。从两个圆形φ600 mm的填料孔中分别进行填料并适当采用水冲方式将砂冲下去，水进入钢套筒内与砂混合后，还可以起到将砂密实的作用。填充夯实的砂层为C20混凝土基础以上1 m范围，根据专家评审要求，砂层以上填充盾构渣土，以保证其套筒内土体的流塑性以及密实性。为了将钢套筒内的填料密实均匀，填料过程中要在两个填料孔处分别进行填充作业，保证分配均匀，填充过程分阶段进行，派人在填料孔观察，填至一定高度时需要进行平整密实，平整后再继续填料直至完全充满整个钢套筒。

3 盾构机到达及洞门封堵措施

1)盾构机在到达洞门前，要通过实际测量的数据结合绘图演算出盾构刀盘触碰接收端地连墙时的里程。盾构机在到达此里程的位置时即进入到达掘进阶段，要安排专人值班，以每天两次的频率监测地面的沉降情况，并根据监测数据，采取补浆等措施。在到达前30环对盾构机姿态进行复核，并确保盾构机沿设计轴线推进出洞。

2)为具备盾构机到达前安全出洞的条件，待左右线洞门水平加固完成合格后，应在接收端头范围内进行降水作业，保证接收端头范围内地下水位降至底板以下1 m，避免水下出洞的风险。确定在左右线加固区中央南北向间距4 m成型两孔深度为25 m的降水井，另外在右线加固区东侧人工探槽并成型降水井2孔。场地内降水井合计布设4孔。

3)在盾构机刀盘碰触地连墙以前，就必须注意盾构机掘进参数的选择，防止纠偏过急以及通过正确的管片选型，保证盾构机碰触地连墙时良好的盾构姿态。在即将碰壁之前，速度提前一环减小到小于10 mm/min，推力小于10 000 kN；到碰触地连墙前50 cm时，速度减小到5 mm/min，推力减小到7 000 kN以下；刀盘转速应小于1.5 r/min；土压力控制在1.8 bar之间，贯入度调整到3 mm/min以内，螺旋机转速保持在7 r/min左右以便顺利带出渣土，在此参数基础上，操作手应在顶触地连墙之前将主动铰接全部伸出100 mm，为进套筒前姿态调整做好准备。

4)当破除洞口剩余20 cm厚地连墙时依靠钢套筒内土体背压，在刀盘旋转时将地连墙磨碎，之后将土仓压力加压至1.8 bar左右，混凝土块顺利进入土仓，只要能够进入土仓，就不会对掘进造成较大影响。出洞推进设置：a.参数设置：推速小于10 mm/min；推力小于5 000 kN；刀盘转速小于1.5 rpm；贯入度调整到2 mm/min以内。b.出洞时姿态控制：为了防止出洞时盾构机栽头，要求盾构机机头高于轴线2 cm～3 cm，呈略抬头高于出洞上坡25‰ 的向上姿态。洞门破除清渣完成后，对筒体连接螺栓进行一次彻底的复紧，鉴于连接螺栓为高强度8.8级的M27螺栓，要求其复紧扭矩应达到1 570 Nm，采用双弹簧垫片来加强其防松动性能。

5)进入钢套筒掘进的相关参数设置。

参数设置：推速不大于5 mm/min；推力不大于4 000 kN，以不超过此值为基准；在钢套筒内以管片拼装的模式进行掘进，刀盘转速控制在1.0 rpm以内。刀盘转动前，要与钢套筒外部进行联系，确保人员及设备安全、测量监测人员就位后，才能进行掘进。盾构机在钢套筒内掘进过程中，随时和外部观测人员联系，一旦发现有渗漏或变形量超过设计值时，立即停止掘进，及时采取相对应的措施。

6)注浆封堵。在盾体出洞、盾尾通过洞口的过程中，每环均应双液注浆，在盾尾通过连续墙后，及时在盾尾部位的管片注双液浆，注浆量为管片与洞门和隧道间隙的180%。随时检查钢套筒是否有形变、渗漏等情况，如有形变过大或渗漏等情况发生，可以采取调低或停止注浆，并减小推速等措施。

7)盾构机整个通过洞门并完成盾尾密封后，刀盘应低速运转，并开大螺旋机转速加大土仓出土量，然后逐步泄压，将钢套筒土仓中的浆液通过螺旋机抽走。

8)打开钢套筒底部的排浆管，排出剩余的浆液，并检查钢套筒是否渗漏。在盾尾双液浆凝固后，在稳定安全的情况下，才可开始拆除钢套筒。

9)测量与监测：盾构机到达掘进过程时加大测量监测的频率，并复核控制点，确保盾构机出洞的姿态正确。在盾构机出洞前布置监测点，在端头连续墙、地面及周围建筑物布置沉降观测点，围护结构及钢套筒、洞门周围布置形变监测点。监测点布置完成后采集测量初始值，盾构机出洞过程中每12 h监测1次，若变形较大，增加监测频率并及时通报项目部采取处理措施。进钢套筒过程中，设置观测钢套筒变形装置，发现异常情况立即停机处理。

盾构机全部进入钢套筒后，使用螺旋出土有意降低土仓压力，等待8 h～10 h后，通过观察土仓压力是否回升，或者通过胸隔板上土仓闸门进行观察判断洞门是否密封完好。此时打开管片上部预留的注浆孔球阀、钢套筒过渡连板上预留的观测管，如观测出水量较大时，则继续通过预留注浆管注浆，直至打开球阀无水流出，方可拆解钢套筒。钢套筒拆除前在确保土仓压力无变化时，利用套筒尾端的泄压阀门进行泄压，以保障套筒拆除时的安全。