机械法联络通道无加固钢套筒接收施工技术

程文锋

中铁上海工程局集团城轨分公司 上海 200443

地铁联络通道施工是在“洞中打洞”，作业面小，不便大型机械设备操作，目前国内地铁联络通道施工多采用矿山法开挖，通过注浆、冻结等工法对开挖周边一定范围进行加固。以上方法施工造价高，工期长，风险高。

针对以上不足，首次提出了以“微加固、可切削、严密封、强支护”为主要特征的地下空间联络通道机械法施工技术理念，即，在地层微加固的情况下，采用隧道掘进机直接破除既有管片的方式，实现联络通道的一次掘进成型。该工法具有施工快、成本低、安全性高、环境影响小的优点。

盾构到达接收施工工艺很多，传统的有旋喷桩（搅拌桩）加固法，常见的还有冻结法、钢板桩置换法、水中到达法、深井到达法、化学注浆加固法、挖填法、竖井加气法等。由于以上工法，均要求对洞门端头进行各种施工，或者对基坑围护结构要求较高，难以应用于微加固状态下的机械法联络通道施工中。

为了确保机械法联络通道在无加固状态及不利地质条件下的安全施工，采用了钢套筒接收技术，不仅契合了机械法联络通道“短、平、快”的施工特点，同时成为了确保复杂地质条件下机械法联络通道安全接收的有效施工措施。

1 机械法联络通道钢套筒设计

掘进机接收钢套筒是一端开口的桶状钢结构构件，整个钢套筒结构由上筒体、下筒体、后端盖板、月牙形前端和托架等部分组成，构件材料采用30mm厚的Q345B钢板，每段筒体的外周焊接纵、环向筋板保证筒体刚度，筋板厚度20mm，高45mm，间隔约300×350mm，钢套筒整体设计见图1。筒体内径与洞门直径相同，长度上需要确保掘进机主机在完全脱离洞门时完全包裹在套筒内。

2 机械法联络通道钢套筒接收施工

机械法联络通道采用土压平衡盾构机或土压平衡顶管机进行施工，接收洞门位置地质条件多变，且未进行土体改良加固，施工风险大，故各工序的衔接较为紧密，如图3所示。

2.1 施工关键技术操作要点

机械法联络通道钢套筒接收施工关键技术操作要点包括：①特殊钢-砼复合管片预制及拼装；②管片接缝的封堵及焊接；③接收钢套筒的制作安装；④接收钢套筒填料及压力；⑤掘进机穿越洞门及进入钢套筒施工；⑥掘进机到达后钢套筒拆除的安全保障措施。

2.2 填充物及填充压力

接收套筒填料及检验工作是确保接收顺利的重要保证。填充物是为了提供一定水土压力平衡，保证开挖面的稳定性，同时防止掘进机“栽头”导致机体与套筒内壁接触。本工程结合土压平衡特点，提出了填充物的要求：高承载力、低收缩率、低离析率、假固性（即当填充物静止时，填充物具有较好的假固性，类似固体，不发生流失。即浆液注入套筒空隙后，不容易由自身的流动性使得填充物向开挖面压力舱内窜入流失，且易被刀盘切削，利于出渣）、流动性、经济性。

结合上述要求，比选了多种材料：泡沫混凝土、水泥砂浆、惰性砂浆、膨润土浆液，最终选择改良粘性土作为填充物。土体改良后的指标为：液性指数 1＜ IL＜ 1.4，塌落度控制在100-140mm。

填充压力，必须根据隧道埋深、周边环境、地质条件和推进参数制定并选择，对接收套筒密封效果及焊接效果进行检验，检验过程中一旦发现漏水、焊缝脱落情况，必须立即泄压，并及时处理，紧固螺栓或重新焊接，确保钢套筒的保压性能。

2.3 掘进机切削洞门及进入钢套筒施工

钢套筒接收中，钢套筒的安装精度、质量以及掘进机破洞进套筒的参数是成败的关键控制因素。施工过程中以预控为主，须严格控制各阶段参数，并加强地表隆沉、管片形变监测。

（1）在刀盘切削洞门混凝土管片前，必须及时调整注意盾构机掘进参数，防止纠偏过急；然后通过正确的管片选型，保证盾构机碰壁时良好的盾构姿态。推进速度不大于5mm/min；盾构机机头姿态高于轴线20-30mm，呈略抬头向上姿势；水平姿态处于±20mm以内。

（2）刀盘开始切削洞门混凝土管片时，降低推进速度，推速＜ 2mm/min；刀盘转速1.5-2.0rpm，推力结合现场扭矩变化调整，控制扭矩＜ 550kN·m；盾构机机头姿态高于轴线20-30mm，呈略抬头向上姿势；水平姿态处于±20mm以内。

切削混凝土管片过程中要注入TAC材料或泡沫剂改良渣土，配合比为：TAC：水：水玻璃=420kg/m3：839L/m3：50L/m3，先加TAC和水搅拌均匀后加入水玻璃，通过搅拌一小时后可使用。

（3）混凝土管片切削完成后，刀盘已完全进入套筒内部，继续采用掘进模式推进，控制推速＜5mm/min；推力＜2000kN；刀盘转速控制在0.5-1.0rpm。在切削管片过程中，进尺较慢，刀具与管片的摩擦以及土仓内土体与胸板的摩擦将会使渣土温度升高，热量易集中于土仓内，无法消散。故，切削过程中务必渣土改良。

（4）刀尖即将抵制套筒端部，如图5所示，此时视为接收完成。为防止因施工误差、精度控制不准导致刀盘抵制套筒端部，目标值最后50mm时，应严格控制推进速度1mm/min。根据里程，认真判断刀盘是否抵制套筒端部，刀盘具体位置以最新实测管片里程与油缸形成计算为准。

2.4 钢套筒拆除安全保障措施

掘进机进入钢套筒到达指定里程停机后，由于主机仍然在筒体内部，开挖间隙的封堵效果较难判断，施工风险依然存在。为有效抑制钢套筒拆除过程的潜在施工风险并准确判断洞门封堵的质量，应主要注意如下几方面：①通过管片注浆孔探孔判断洞门封堵情况；②通过接收套筒泄压阀探孔判断洞门封堵情况；③拆除前必须将所有管路接好，做好应急注入聚氨酯准备。

3 结语

本技术经宁波市、无锡市多次工程实践，均取得了理想效果，有效地控制了地表沉降，保证了施工安全。参考改进建议如下：（1）作为临时结构的待切削洞门，强度可适当降低，可加快进洞工效，减少地层扰动，提高功效。（2）钢套筒接缝密封采用O型圈密封，较难做到全密封，应配合密封胶使用，可加强接缝防水。（3）在切削洞门混凝土过程中，易出现较大块混凝土剥落而导致螺旋机卡死，可以考虑在刀盘上增设格栅，限制进入土仓的混凝土块粒径。（4）接收过程中套筒的保压至关重要。在刀尖贯穿洞门，其余刀具尚在切削管片过程中，出土量较难控制，土层扰动极大，要加强监控。