泥水盾构钢套筒接收进掘施工技术

陈国相

中交一公局集团有限公司，北京 100024

1 工程概况

案例项目是热电联产集中供热管网建设项目，该操作项目包含机电安装和管道安装以及穿黄隧道盾构施工三项。盾构隧道全长1938.04m，覆土20～35.06m，线路坡度为-4.95%、-0.3%、4.95%，泥水平衡盾构机从黄河北岸始发，在南岸到达。在此施工流程中，施工技术人员要严格操作钢套筒，以达到控制效果。

2 盾构钢套筒接收进掘施工难点

在该工程钢套筒接收施工中，需要应对一些注意事项及突发状况，如避免作业时出现各部件之间相互磨损的现象，适当控制盾构隧道的轴线、钢套筒安装轴线以及盾构的推进距离。如果遇到洞门封闭性不够好，就要拆除钢套管，但由此洞门会漏水。对于出现的突发状况，技术人员要根据现场施工特点做出可行性的决策并处理。具体提供以下应对措施：

（1）盾构机距离洞口50环的距离时，为了保证各控制点位置精准度，要对其进行一次复核检验测量，并且及时上报有关技术部门做最后验收，确保洞门中心方位各项测量结果都准确、无误差。

（2）在盾构机最后推进过程中，要严格按照各项测量复核结果少量多次地推进，必要时做出及时调整，使施工数据严谨、无误差。为了确保隧道的平滑顺直度，盾构机应保持横向位置控制在±15mm以下，纵向位置为20～30mm。

（3）在施工作业中要加强现象管理，为确定钢套管的精准位置，需对其进行二次复核测量方可固定，确定详细数据后再开始下井施工。在盾构推进过程中，为了保证管片无缝隙，灌浆要严格按照施工技术要求操作。当盾尾进入施工区后，在盾尾进入第7环，使用管片上的注浆孔注入浆液制作止水环[1]。

（4）洞门与钢套筒之间不可存在建筑缝隙，这就要将一块连接板放置在二者之间。二者的连接工艺各不相同，钢套筒用8.8级螺栓与之固定在一起，洞门环板与连接板焊接在一起，保持水土平衡，确保洞门内外水土压力值相等。

3 盾构钢套筒接收进掘施工要点

3.1 钢套筒结构

项目施工作业中对于钢套筒的材料尺寸、结构有具体的要求，选用厚16mm的Q235B钢板制作筒体，长11200mm、内径6800mm的筒体才符合设计要求，筒体结构分为上、下两部分，上、下两部分均分割为3块，切割工艺大不相同，上半部分垂直分割，下半部分则环向分割，把这2段用M27的8.8级螺栓连接起来。

在连接法兰中间加固密封圈，使水泥盾构接收无建筑缝隙。筒体底部框架施工工艺如下：下部筒体与托架焊接成一个整体，两侧要留有必要的安全门和焊接分割口。筒体底部框架结构分别由底部框架承力板、筋板和钢板构成，它们的尺寸和标号分别是20mm Q235B、20mm Q235B和30mm Q235B。

3.2 套筒受力分析

套筒实际尺寸为长11200mm、直径6800mm，材质为Q235B、材料自身可承受的应力为170MPa。项目实际要求：下半壳体在承载复杂的作用压力下，要求其可承受荷载总压强（工作内压+静压）为0.4MPa，该压力不可集中到一点上，要均匀分布。施工作业中可承受的压力值为0.3MPa。

在分析材料具体受力情况后可知，在预设压力值的抗衡下，筋板与底座连接处可以承载1.397×102MPa的压力。端盖的加强筋抗压能力也很强，其结构自身可承受值为170MPa，因此套筒和端盖的结构性能符合项目要求。

3.3 钢套筒安装

（1）钢套筒安装准备。第一，测量复核。精准的复测核对相关尺寸是套筒施工安装作业的重要步骤，要保证洞门圆滑度、实际高度以及井底板高度都要精准无误，反之要适当做出调整。

第二，底板调平。在施工作业开始前，要先完成底部调平层浇筑→铺垫钢板→细砂调平施工工艺，以保证接收井底板与安装时钢套筒底部的高度一致，且外表平整、美观。

第三，洞门钢环清理。提前处理钢环浮浆和内部残渣，钢环拼接处有松动或不完善的现象，要及时对焊接部位进行复验补焊，使其外观光滑平整。拼接处安装密封条，检验套筒部件结构尺寸及拼接部件的法兰面，保证安装施工无误差。钢套筒接收示意图如图1所示。

图1 钢套筒接收示意图

（2）钢套筒安装。按照测量放线定位→将过渡环下半部吊装下井定位→过渡环1与过渡环2上半部下井定位→焊接过渡环与洞门钢环→反力架下井定位安装→反力架支撑加固→A块吊装下井定位→对接A块与过渡环并栓接紧固→上盖下井→对接上盖与A块并栓接紧固→平端盖下井→端盖与筒体栓接紧固→筒体与后端墙及反力架支撑施加预紧力→再次紧固筒体连接螺栓→加固后端支撑以及两侧支撑→安装压力检测及位移监测装置→砂浆浇筑基座→回灌砂土和泥浆的思路安装套筒[2]。

测试套筒保压性能良好，使其能正常完成施工作业，要对套筒进行压力测验，完成混凝土灌注作业后，注入可提高套筒内部压力值的压缩空气，使预设压力值大于加压后压力下降速率。

3.4 套筒接收施工

（1）洞门凿除。洞门凿除是一项非常重要的施工项目，其施工工艺也是相当严谨、复杂的。然而，井点降水也是必不可少的。砂浆基座层混凝土浇筑作业完成后，泥水盾只能停止施工作业，等待洞门凿除作业结束后，方可继续掘进。提前12h在隧底以下1～2m对接收端头的降水井进行井点降水。等到测量数值达到洞门凿除标准后开阀检测，汇水量达到施工标准方可进行洞门凿除施工[3]。

（2）接收段掘进。第一，素墙掘进。由于素墙混凝土的强度等级为C20，厚800mm，其强度等级较为薄弱，为了保证在掘进过程中掉落下来的石块顺利循环，要提高循环速率，并且掘进速度要缓慢，其参考值为15～20mm/min，掘进刀盘转动速度也要放慢至1.0～1.2mm/min。要时刻关注掘进情况随时调整参考值。加大泥水循环流量，确保循环管路畅通无阻。

第二，加固区掘进。加固区整体结构成型的特点较为明显，用水泥搭接的加固体，其结构强度等级不高，在掘进过程中会削落大块水泥。但由于水泥的含量较大，掘进时泥浆黏稠度和重量将会有较大的变化，为了使工程施工顺利进行，要时刻要关注其参数的变化。随时调整各项相关指标参数，刀盘转速需达到1.5mm/min，速度需达到25mm/min。为了避免施工因素造成地表沉降等工程故障，在到达凿除后的地连墙前，应及时调整掘进速度至10mm/min，减小刀盘转速至0.5～0.8mm/min。

第三，套筒掘进。套筒在掘进过程中，由于其内部结构的特点，在施工作业中要时刻注意套筒掘进过程中所产生的工程故障，时刻关注套筒内水土压力的变化情况，必要时做适当调整；掘进过程中，支撑面受到破坏，要掌握好转速和推力的作用；及时调整套筒掘进的姿态，保证顺直进行，满足实际姿态值±30mm。此外，特别观察套筒内部，如果听到里面有异常声响，就有刀盘擦到套筒的可能性，影响掘进进度。

4 结束语

钢套管的辅助装置在土压平衡盾构和泥水平衡盾构项目施工方面都有广泛的适用性，而在隧道盾构施工中，该技术也占有很大的优势，既可以保证工程安全顺利进行，又可以保证施工成本，因此钢套管这一辅助装置技术值得同类施工参考。