地铁盾构钢套筒接收工艺及风险源防控

陈 勇

安徽省公路桥梁工程有限公司 安徽合肥 230000

地铁工程中盾构接收常出现洞门涌水、涌砂或地面沉陷等安全风险，是盾构施工的重要风险阶段。现以合肥地铁3 号线南延线仙霞路站—青年路站区间工程为例，浅析盾构钢套筒接收工艺，以解决盾构在富水和粉土粉砂地层中接收风险大的难题。

1 工程概况

合肥地铁3 号线南延线位于安徽省合肥市肥西县，全长11.3km。仙霞路站—青年路站区间为地下双线隧道，线路出仙霞路站后，沿金寨路向东地下敷设，侧穿规划改建金寨路桥、卞小河进入青年路站。隧道左线长551.017m，右线长549.919m，隧道平面最小曲线半径1000m，竖曲线最大纵坡8.712‰。

本区间接收端隧道穿越地层以（2）3- 1 粉土和（2）3- 2 粉砂为主且接收端靠近卞小河，隧道边线与卞小河挡墙墙踵最小水平距离3.3m，地下水丰富。

2 施工技术分析

2.1 钢套筒施工流程

钢套筒的作用是保证盾构机接收破洞门时，立即进入钢套筒，使原本敞开式接收转换成密闭式接收，避免了盾构破洞门接收时水土流失的重大安全隐患。钢套筒接收流程如图1 所示。

图1 钢套筒接收流程图

2.2 接收端头地层加固

仙霞路站—青年路站区间接收端采用φ850@600搅拌桩+ 三管φ800@600 旋喷桩加固的方式。加固范围为隧道两侧各加固3m，竖向隧道顶以上至隧道底以下均为3m，前者向上进入粘土层1m，后者向下进入中风化砂岩1m。加固体周边设降水井，左右线共有6 口，盾构接收期间保证将地下水降至隧道底以下1m，待洞门弧形板封堵工作完成后，方可停止降水。

严格对照设计要求，对桩体强度进行检查，检查过程可采用钻孔取芯方式，完成取样工作后，将压力设置为0.5M～1.0MPa，通过水泥浆对钻孔进行回罐封闭。完成检测工作后，可以采用水平观察方式了解孔的情况，在盾构接收前需要对加固效果进行孔试验，观察加固强度以及土体含水量等。

2.3 钢套筒设计

本区间接收钢套筒是一端开口的桶状结构，钢套筒总长为11000mm（含过渡环、筒体1 至筒体4、后端盖），洞门钢圈内径6600mm，钢套筒内径6900mm，外径7100mm，由1 个过渡连接环、4 个筒体、1 个后端盖等部分组成。

每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，法兰用40mm 厚的板，上下两半圆以及筒体之间均采用M30、8.8 级螺栓连接，中间加8mm 厚橡胶垫和遇水膨胀止水条。

2.4 钢套筒安装

钢套筒安装之前需要做好前期的准备工作，为了避免筒体之间出现缝隙，通过环形橡胶密封垫和遇水膨胀止水条对其进行密封。具体的安装可以分为三个环节：

（1）需要在结构底板做好相应的标识，方便吊装工作的开展，安装过程中需要进行中心线的复测，确保钢套筒中心线与隧道中心线保持一致。

（2）需确保钢套筒的过渡连接板和洞门钢环焊接完成，反力架支撑体系焊接安拆，通过超声波进行焊接后的探伤。安装完成后，采用水密性试验进行密封性检查，寻找钢套筒漏水部位，做好标记并处理，保证其密封质量符合要求。

（3）面盾构机进入钢套筒期间，为防止钢套筒产生扭转和左右移动，需在安装完成后的钢套筒两侧等间距加焊横向水平支撑和斜向防扭支撑。

2.5 钢套筒接收

2.5.1 施工准备

施工前期的准备工作至关重要，接收前100 环时需要复测控制点，确保数据精准，然后在此基础之上，对盾构机自动测量系统进行调整，最后50 环需要完成隧道轴线的复核，保证钢套筒能够安全接收。

2.5.2 盾构接收段推进施工

第一阶段：盾构接收地连墙前正常段掘进施工。盾构接收，正常段掘进施工时应严格控制盾构姿态，确保盾构平面、高程偏差控制在允许范围内，确保在进入钢套筒内，使得盾构沿设计轴线进行掘进施工。根据盾构各项施工参数，调整盾构掘进速度，准备进入第二阶段的推进。接收最后12 环管片，在脱出盾尾后及时用槽钢进行连接拉紧，避免管片出现较大沉降。

第二阶段：进钢套筒掘进。参数设置：推速＜5mm/ min，推力＜8000kN，土压＜1bar，视实际推力大小，以不超过此值为原则。钢套筒内掘进以管片拼装模式掘进，盾构机在钢套筒内掘进前土仓需建立适当压力，提高拼装模式的推力，如果推力不具备将盾体向前顶推的能力，则采用掘进模式，刀盘转速控制在0.8r/ min 以下，刀盘转动前，要与钢套筒外部进行联系，确认人员及设备安全后，才能进行掘进模式。盾构机在钢套筒内掘进过程中，要确保与外界联系，密切观察钢套筒的情况，一旦发现变形或有渗漏时，必须立即停止掘进，及时采取补救措施。

盾构姿态以洞门和钢套筒后端盖轴线作为姿态控制轴线，盾构机头高于轴线2～3cm，呈略抬头向上姿势，确保盾构能够顺利推入钢套筒内。

2.5.3 盾构机停机位置

以本区间盾构机为例，主机全长9.47m，钢套筒净长11m，盾构机最终停机位置的选择需保证最后1 道盾尾刷脱出洞门钢圈距离50cm 左右，方便后期弧形板的焊接。

2.5.4 洞门密封及其质量检查

盾构机接收完成后，即可在隧道内施做封闭环箍封堵洞门，采用双液浆和单液浆配合的方式封堵，封堵环号为接收环和接收环后5 环，共计6 环。双液浆配比：水泥浆水灰比1∶1，水玻璃与水泥浆体积比1∶1，水玻璃采用35Be’，注浆压力3～4bar，同时对压力表和盾构机土仓压力进行观测，了解其变化情况。注浆完成后在注浆管片的注浆孔上开孔检查注浆效果，如开孔存在渗漏水现象，表明封堵效果较差，需继续注浆封堵，如开孔无渗漏水现象，表明封堵效果良好，可以准备拆盖。

2.6 钢套筒拆解

（1）钢套筒拆除之前需要让其处于无压状态，拆除前做好压力检测，保证无压力后，再组织拆除工作。

（2）钢套筒拆除过程中，及时对洞门钢环和管片之间的间隙采用弧形板进行焊接封堵，避免土体暴露时间过长发生涌水涌砂。

（3）钢套筒拆除顺序：后端盖拆除→筒体4 的上块拆除→筒体3 的上块拆除→筒体2 的上块拆除→筒体1的上块拆除→过渡连接块上半部分拆除→盾构机拆卸、吊出→筒体4 的下块拆除→筒体3 的下块拆除→筒体2的下块拆除→筒体1 的下块拆除→过渡连接块下半部分拆除→场地清理并移交。

3 风险源防控措施

3.1 盾构接收时洞口土体大量流失风险

土体流失风险是客观存在的，如果洞口土体质量强度不符合要求，钢套筒纵向螺栓连接处出现漏浆漏水问题，都会导致土体流失风险。施工过程中，应该重视土体加固的质量，保证强度和均匀性符合要求。盾构机接收前需要做好相应的准备工作，接收前50 环在隧道内每隔10环施做1 次止水环箍，组段后方来水。同时为了减少水土的流失，同样也可以对洞口进行注浆封堵，若土地流失严重，需要进行紧急撤离并停止施工，保证人员和设备安全。

3.2 地面沉降风险

地面沉降问题的出现，与接收端头的地质条件、环境复杂性有着很大的关系，在接收过程中，难以对地面沉降问题进行有效控制。所以施工前需要做好如下准备：

（1）对各项数据进行时间计算，严格遵守施工过程要求，需要做好相应的压力监视以及进入工作；

（2）严格控制注浆量，加强注浆管理，保证注浆操作符合流程；

（3）盾构掘进时，尽少降低方向的改变，严禁大幅纠偏，严格控制超挖方向，保持土体合理；

（4）施工过程减少地层扰动情况，需要对盾构机进行有效的维修保养，确保盾构机性能得以发挥，及时检查盾构机性能情况以及使用情况，使设备达到最佳的使用状态，降低对地层的扰动；

（5）保证管片拼接的质量，做好拼接施工管理工作；

（6）引进各项信息化技术，对地面监测数据进行动态监测，及时反馈各项数据，不断地对掘进参数进行调整，使及施工参数达到最佳状态。

如果发生沉降，首先应该避免沉降区域做好交通疏散工作，以避免行人，车辆通过，并且做好汇报状况，将相关信息传递至主管部门。如果出现即使坍塌，必须紧急撤离，停止施工。

3.3 钢套筒变形、泄露以及盾构机碰到钢套筒风险

盾构接收过程中，对钢套筒作用力过大就会造成变形、泄露等问题，造成钢套筒变形及扭转从而导致钢套筒泄露、刀盘刮蹭钢套筒等现象。盾构接收前，根据测量实测数据调整好盾构机推进姿态，盾构进入钢套筒过程中通过压力表做好筒体内压力的监测，同时安排监测人员做好对钢套筒的水平倾斜监测，尽早发现现场施工当中的异常情况。钢套筒如果变形较大，必须立即采取措施，如发生泄漏，需要进行补焊修复，同时对钢套筒顶部进行密切观察，一旦出现渗漏，必须停止掘进进行补救。

4 结论

综上所述，盾构钢套筒接收技术在运用过程当中，如果不重视风险管控，会使得该项技术的应用效果不佳。钢套筒辅助装置适用于泥水平衡盾构以及土压平衡盾构，该装置能够适用于环境、水文地质等复杂的条件，保证盾构的安全接收，同时也可对钢套筒进行循环使用，不仅能够节省成本，同时也能够有效降低工程风险，具有实践推广价值。