土壓平衡盾構始發密閉鋼套筒輔助施工技術

鋼套筒在實際的工作應用中普遍性越來越高，那么對于土壓平衡盾構始發密閉鋼套筒輔助施工技術又有哪些呢？下面鋼套筒廠家小編袋大家來看看吧。

1 采用密閉鋼套筒始發的必要性

 盾構始發與到達之所以風險較大，主要是受地層條件限制，尤其是在軟弱地層及富水地層中始發與到達更是風險控制重難點。南寧地鐵1號線一期工程土建施工11標火朝區間始發端頭隧道洞身范圍內的地層主要為圓礫，透水系數較大。根據南寧市軌道交通1號線相鄰標段類似工程實踐，證明圓礫地層端頭加固全范圍采用袖閥管注漿加固質量，難以保證盾構始發需要，且盾構始發端頭距32層高樓（天成一品大樓）建筑物圍護結構水平距僅0.84m，距建筑物結構水平距離為5m，隧道頂部距地面19m，隧道頂部有3m厚圓礫以及4m厚粉細砂層，端頭管線較多，施工環境復雜，施工風險高。加之受火車站周邊房屋拆遷滯后的影響，車站主體施工工期極其緊張，加固區域正處于車站施工場內的唯一施工便道區域，盾構始發前施工場地無法提供，因此，必需采用密閉鋼套筒始發。

2 盾構始發密閉鋼套筒輔助工法的應用

2.1 密閉鋼套筒輔助工法盾構始發技術

  盾構機始發密閉鋼套筒輔助工法由于增設了密閉始發鋼套筒,盾構機始發施工工序也相對繁雜。施工關鍵技術操作要點主要包括：

（1）始發洞門背水面鋼筋保護層鑿除鋼筋割除及檢查；

（2）過度環下半圓環板、鋼套筒下半圓和反力架定位安裝；

 （3）鋼套筒內安裝鋼軌；

（4）第一次鋼套筒內底部填砂（鋼軌之間鋪砂、壓實）；

（5）盾構機主機鋼套筒內組裝與調試；

  （6）過度環上半圓與下半圓及洞門鋼環連接；

（7）鋼套筒上半圓與下半圓安裝連接固定；

（8）預加反力設置及反力架鋼套筒各部件檢查；

（9）負環安裝、盾構機刀盤推進至洞門掌子面；

 （10）鋼套筒與盾構機之間第二次填砂；

（11）鋼套筒壓力測試；

（12）負環管片安裝及同步注漿；

 （13）盾構機在鋼套筒內始發。

2.2 盾構密閉始發施工關鍵控制點的分析與對策

2.2.1 始發裝置變形

    1）重難點分析：鋼套筒與洞門預埋環板連續處開裂，鋼套筒變形過大及反力架變形過大引起結構破壞。

    2）對策：

    （1）鋼套筒安裝前需對洞門預埋環板進行檢查，必要時須進行植筋加固；

    （2）在反力架和環梁之間設置預壓力螺栓，通過預壓力螺栓對鋼套筒施加預壓力，使鋼套筒頂緊洞門環板；

    （3）鋼套筒和反力架制造前進行嚴格的受力計算；

    （4）鋼套筒靠近反力架端設置加強環梁；

    （5）盾構始發掘進前對安裝好的成套裝置進行壓力測試，壓力測試合格后方能進行盾構始發掘進。

    對鋼套筒與洞門環板連接處和反力架進行監測，對鋼套筒本體的連接處及筒體進行觀測，根據可能出現的不同情況采取針對性措施：

    （1）如果出現鋼套筒與洞門環板位置出現變形量過大時，要加大鋼套筒與反力架之間的預加反力，然后將洞門環板與鋼套筒連接端面變形量稍大的地方進行補焊；

    （2）如果出現鋼套筒本體連接端面法蘭處出現變形量較大時，要立即采取加強措施，在變形量較大處補加加強肋板，加強肋板可利用現場鋼板制作；

    （3）如果反力架斜撐任何位置出現位移量過大時，要分析可能出現的原因，并增加斜撐的數量，同時在另一側要增加直撐的數量。

2.2.2 盾構機防扭轉

    1）重難點分析：盾構機在破除洞門連續墻后，洞門外水土壓力傳遞至鋼套筒內，盾構機在鋼套筒內掘進相當于中間隧道的常規掘進，鋼套筒內填充物和盾構機自重足以提供防扭轉的反力；但在洞門連續墻去除前，盾構機切削連續墻時產生較大扭矩，此時鋼套筒是一個獨立的封閉空間，防扭轉的扭矩主要來自于盾構機自重與鋼套筒下部砂石之間的摩擦反力，因此，在掘進過程中需嚴格控制扭矩不超過控制值。刀盤切削扭矩發生較大波動，會造成盾構機盾體和鋼套筒整體發生扭轉和傾覆。

    2）對策：

    （1）盾構機自重與鋼套筒下部回填砂石之間產生的用于防扭轉的扭矩計算如下：

    式中，T為扭矩，kN·m；μ1為鋼與土的摩擦系數取0.3；W為盾構機自重，kN；D為盾構機外徑，m。

    盾構機設計額定扭矩為6228kN·m，盾構機自重提供的用于防扭轉的扭矩達到盾構機設計額定扭矩的50.2%。盾構機在切削洞門玻璃纖維筋連續墻時的扭矩控制在2000kN·m以下，安全系數為1.5。如盾構在切削玻璃纖維筋連續墻時產生的扭矩超限，可向鋼套筒內加壓，增加防扭轉的抵抗扭矩，當向鋼套筒內加壓后，刀盤中心位置達到150kPa時，防扭轉的抵抗扭矩計算如下：

    式中，T為扭矩，kN·m；μ1為鋼與土的摩擦系數，取0.3；Pm為作用于盾構機本體的平均土壓力，kN;W為盾構機自重，kN；D為盾構機外徑，m；L為盾構機長，m。

    26217kN·m>7447kN·m(盾構機脫困扭矩)，故通過向鋼套筒內加壓可提供滿足盾構掘進所需要的防扭轉抵抗扭矩。

    （2）為防止盾構機盾體和鋼套筒整體發生扭轉和傾覆，在鋼套筒兩側每間隔2m安裝1根工字鋼橫撐和三角架，每側安裝4個橫撐和三角架，采用I20工字鋼制作。

2.2.3 接縫滲漏

    1）重難點分析：鋼套筒環向和縱向接縫，鋼套筒與洞門環板連續處、鋼套筒與管片搭接處出現泄漏，負管片接縫出現泄漏，導致土艙無法維持需要的壓力，引起掌子面塌陷。

  2）對策：壓力測試合格后，盾構機方能在鋼套筒內進行始發掘進。

2.2.4 0環滲漏

    1）重難點分析：盾構機掘進一定環數拆除負環和鋼套筒后，洞門位置0環管片與外側土體之間無簾布橡膠板，施工作洞門拆除0環時，容易出現滲漏，從而可能引起地面沉陷。

    2）對策：在洞門側墻上、下、左、右各安裝1個注漿管，注漿管一端安裝球閥；1~5環管片，除K塊外（圓管管片分為6部分，分別為A1、A2、A3、B、C、K，其中B，C為連接塊，K為楔形塊），在每塊管片上設置3個注漿孔（包括吊裝孔），每環管片的注漿孔均勻布置，通過壁后和側墻注漿管進行加強注漿，注漿飽滿后方可拆除鋼套筒負環和施作洞門。

3 輔助始發新工法施工效果及經驗總結

    1）新工法施工有效地降低了因盾構始發端頭加固條件缺陷和軟土不良地質條件而引發的盾構出洞安全風險，省去了端頭加固范圍內大量管線的遷改工作，并縮減了工期。

    2）新工法在有效減壓、保壓的同時成功地模擬了土壓盾構機在常規地層中的土壓平衡掘進，為土壓平衡盾構機掘進施工提供了有效的外在保證，提高了始發洞門環管片的防水性及管片的拼裝質量，同時省去了安裝橡膠簾布、折頁壓板和始發托架等的工作量。

    3）始發密閉鋼套筒可以有效地循環使用，具有較大的經濟效益。

    4）新工法成敗影響因素較多。盾構始發掘進施工過程中洞門預埋鋼環板（A板）受力均衡是工法成敗的重中之重。為了有效規避盾構始發掘進施工的安全風險，建議改變鋼環板預埋方式（全部預埋到洞門結構墻內），同時提前預埋螺栓連接部件，采用A板與鋼套筒過渡板非剛性連接，提高始發密閉鋼套筒循環使用效率和連接部位的密閉和抗形變性能。

 5）鋼套筒結構作為類似壓力容器的加工成品部件，在設計制作方面存在較大的提升空間，其成品檢測合格標準及手續、安裝質量及密封性能有待于進一步完善和規范。