盾構隧道采用鋼套筒始發下穿既有線施工技術

盾構隧道采用鋼套筒始發下穿既有線施工技術。鋼套筒廠家小編摘要分享資料如下：

1工程概況

盾構機盾尾拖出時管片和土體之間存在較大間隙， 容易形成流水通道，造成始發洞門涌水涌砂。在盾構始發階段，僅采用橡膠簾板進行洞門密封，盾構機難以保壓，盾尾也無法用水泥砂漿或水泥-水玻璃雙液漿密封，發生涌水涌砂后難以處理，容易引起周邊構筑物沉降塌陷。

深圳地鐵 9 號線梅村站- 上梅林站區間左線長635.612m，右線長636.500 m，埋深約9.1~16.8 m。該區間隧道采用盾構機施工，盾構機由上梅林站西端始發至梅村站東端吊出，盾構始發端頭井與既有地鐵4號線隧道水平距離為16.7~19m，與4 號線最小垂直凈距為2.5 m，下穿影響區域基本位于礫質黏性土層、全風化花崗片麻巖層(圖 1)。原設計盾構始發端頭井采用深層攪拌樁加φ108 mm 大管棚加固方案，因盾構始發井距離既有4 號線較近，若仍采用傳統的始發方案，存在洞門涌水涌砂及4 號線運營安全風險，經多方論證確定將大管棚加固方案調整為鋼套筒始發方案。

2鋼套筒始發技術

鋼套筒始發技術是根據平衡原理研發的新型盾構始發技術，與傳統盾構始發技術相比安全性能大幅度提高。通過在盾構機外部安裝一個鋼套筒，在盾體、鋼套筒、負環管片、加強環梁之間形成封閉空間，并在封閉空間內用充填物填充密實，在始發前先進行保壓處理。通過鋼套筒這個封閉空間使盾構機在始發前創造穿越土層時的壓力環境，有效防止破除洞門時涌水涌砂情況的發生，實現安全始發掘進。

2.1鋼套筒簡介

(1)筒體制作。整個鋼套筒結構由筒體、過渡連接環、加強環梁、反力架等部分組成。筒體部分總長9.9m，內徑為6.5m。筒體采用Q235鋼材制作，按縱向分為3段，每段又分為上下2 個半圓環，每段筒體的連接處均焊接法蘭盤并采用螺栓連接，法蘭盤間加橡膠墊以保證密封效果。在筒體底部安裝基座，基座與筒體焊接成一體(圖2)。

每段筒體頂部設置1個600mm 圓形加料口，在每段筒體底部預留3根φ30mm 帶閥門注排漿管，排漿管等間距布置，盾構機有磕頭趨勢即可在下部注漿回頂。在鋼套筒下方90°圓弧內安裝2根38kg/m鋼軌，鋼軌從鋼套筒后端鋪設至過渡連接環處，鋼軌兩側通長焊接。為保持盾構機始發時抬頭的趨勢，靠近洞門端鋼軌墊高20mm。

(2)安裝過渡連接環。過渡連接環根據現場實測洞門上預埋環板的實際平整度定做，洞門環板與過渡連接環采用滿焊連接。

(3)安裝鋼套筒下半圓環和反力架。鋼套筒的安裝位置必須精確，過渡連接環與筒體采用螺栓連接，安裝反力架時應根據始發井大小、鋼套筒長度、洞門標高等確定水平位置和標高，反力架緊靠加強環梁安裝，反力架斜撐與底板預埋件采用焊接連接(圖3)。

(4)第一次鋼套筒內填砂。在鋼套筒底部 2 根鋼軌之間鋪砂并壓實，每個位置的鋪砂高度高出相應鋼軌的頂面15mm，待盾構機放上去后進一步壓實，確保底部砂層提供充足的防盾構機扭轉摩擦反力。

(5)鋼套筒內安裝盾構機。在鋼套筒內組裝盾構機主機，并與連接橋和后配套臺車連接。

(6)安裝鋼套筒上半圓環。第二次回填砂至低于下半圓環頂100mm處，安裝鋼套筒上半圓環，并用螺栓將上、下半圓環筒體連接。

(7)預加壓力。鋼套筒安裝完成后，安裝在反力架和加強環梁之間的液壓千斤頂對鋼套筒施加壓力，使鋼套筒頂緊洞門環板，以保證鋼套筒在有水土壓力時洞門環板處連接螺栓不受拉力。

(8)安裝負環管片。鋼套筒、反力架安裝完畢且盾構機調試完成后，向前推進盾構機并安裝負環管片， 刀盤面板貼緊洞門掌子面但不切削掌子面，通過千斤頂整體向后頂使負環管片緊貼加強環梁。

(9)第三次鋼套筒內填砂。盾構機向前推進至刀盤面板貼緊洞門掌子面后，通過鋼套筒頂部進料口向筒內進行第三次填砂，本次將整個鋼套筒填滿并適當加水讓砂密實。

(10)負環管片壁后注漿。為保證負環管片與鋼套筒之間的密封效果，在盾構機刀盤貼緊洞門掌子面后， 通過靠近反力架兩環管片的吊裝孔進行壁后注漿，在管片后面形成一道密封防滲環。

2.2鋼套筒始發技術

2.2.1施工監測

盾構下穿 4 號線時，在 4 號線隧道內距新建 9號線隧道兩側50 m范圍內選擇若干監測斷面，自動化監測隧道和軌道變形，并將變化數據實時傳送到監控中心。監測斷面及監測點布置見圖4，0~30m范圍15m設置1 個監測斷面;30~50m范圍20 m設置1 個監測斷面;每個監測斷面在拱頂、拱腰和軌道上共布置5 個監測點，監測頻率為1 次/h。根據監測到的4號線變形和管片接縫張開量，及時調整盾構機掘進參數并進行二次注漿。

2.2.2既有線洞內壁后注漿

在 4 號線的蓮花北站-上梅林站區間與 9 號線交界點以外9m范圍，打開管片吊裝孔，對壁后進行雙液漿(水泥-水玻璃)注漿，以加固土體增強其穩定性(圖 5)。左線、右線同期由南至北進行注漿，注漿斷面縱向間距為2.4 m。注漿壓力控制在0.3 MPa以下(小于二次注漿壓力)，漿液初凝時間控制在10min 左右。

2.2.3鋼套筒壓力測試和滲漏檢測

(1)通過加水孔向鋼套筒內加滿水后檢查壓力， 如果壓力能夠達到300k Pa，則停止加水并維持壓力穩定;如水壓無法達到300 kPa，則利用空壓機向鋼套筒內加壓，直至壓力達到300kPa為止，并檢查各個連接部位有無漏水和焊縫脫焊情況。

(2)逐級加壓及穩壓監測時間。0~100kPa每級加壓時間控制在10min左右，穩壓監測 10 min;100~200kPa每級加壓時間控制在15 min左右，穩壓監測25 min;200~250 kPa 加壓時間控制在25 min 左右，穩壓監測45 min;250~300 kPa加壓時間控制在45 min左右，穩壓監測120 min。加壓監測過程中一旦有滲漏情況，馬上卸壓，加固處理完后再進行加壓，直至壓力穩定在300kPa并未發現有滲漏時方可確認鋼套筒的密封性。

2.2.4鋼套筒位移檢測

在加壓檢測前，在洞門環板與鋼套筒上安裝應力計，以檢測鋼套筒的受力情況。在加壓過程中，一旦發現應變或位移過大，立即卸壓并采取補強措施。

2.2.5盾構掘進參數

推進時采用土壓平衡模式盡量減少對土體的擾動，以保證土體穩定。推進中， 全程加強對 4 號線和地面的沉降監測，及時調整掘進參數，實現平穩均勻快速下穿4 號線。

(1)土倉壓力。在采取土壓平衡模式掘進時，必須密切關注土倉壓力的變化。主要通過嚴格控制掘進速度與出土量關系， 使切削入土倉土量與出土量之間達到動態平衡，從而保持土倉壓力與掌子面之間的平衡狀態，保證掌子面的穩定，防止因超排土或欠排土導致地層失穩造成沉降或隆起。鋼套筒始發土壓保持在90kPa左右，隨著進入深度增加呈上升趨勢，在下穿4號線時土壓基本穩定在16~200kPa之間。

(2)油缸推力。盾構始發階段，推力過大容易造成反力架變形和鋼套筒滲漏，推力應控制在7000~9000kN范圍內。推力隨著進入深度增加呈上升趨勢，油缸整體推力逐步提高到10000~16000kN。

(3)推進速度。堅持平穩均勻快速推進的原則，推進速度不宜太慢，避免在4 號線下停機。推進速度太慢、停機時間過長，不利于土體穩定性，增加4號線下沉風險;推進速度過快，則有可能同步注漿未能及時填充管片與土層之間的空隙，造成土體下沉。推進速度宜控制在30~50mm/min左右，每日推進3~4環，做到勻速推進。

(4)刀盤扭矩。正常情況下，刀盤扭矩應控制在一個合理的范圍。刀盤扭矩過大反映了刀盤切削過程中受到的摩阻力和抗力過大，將加劇對土體的擾動，不利于盾構機的正常掘進。出現刀盤扭矩過大時，可以通過減少油缸推力、降低推進速度和刀盤轉速來控制刀盤扭矩。在盾構下穿過程中，刀盤扭矩應控制在1700~2000kN·m。

(5)刀盤轉速。在掘進中，根據現場情況采用大推力高轉速或小推力低轉速的組合，盡量避免采用大推力低轉速或小推力高轉速組合，刀盤轉速控制在1.5~1.7轉/min即可。

(6)盾構機姿態。盾構機應盡量勻速直線推進， 減少過多的糾偏，急于糾偏可能加劇盾構姿態不良，影響管片拼裝質量，嚴重時造成盾構機停機，對地層的擾動加大。

(7)同步注漿。在下穿4號線推進過程中，堅持“掘進時注漿，不掘進不注漿”的原則。采用同步注漿可以有效彌補盾尾拖出管片造成的盾尾空隙，減少地層損失，從而控制4 號線的變形。同步注漿主要從注漿壓力、注漿量和初凝時間等3個方面控制。注漿壓力過大容易造成管片的變形，嚴重時引起管片滲水，過小則漿液沒有填充飽和，因此注漿壓力宜保持在200~400kPa。足夠的注漿量才能有效填充土層與管片之間的空隙，根據理論計算，實際注漿量應該為空隙的130%左右，每環注漿量至少應保證6 m3。初凝時間太長難以對土體穩定性形成有效支撐，初凝時間太短容易堵塞注漿管無法注漿，初凝時間一般設置在8 h 左右。同步注漿也應根據現場監測情況做出相應調整，增加同步注漿量保證土體的穩定。

2.3注意事宜

(1)鋼套筒始發裝置變形。對反力架、鋼套筒連接處和筒體進行監測，根據可能出現的不同情況采取針對性措施:①洞門環板與鋼套筒位置出現變形量過大時，要加大反力架和加強環梁之間的液壓千斤頂對鋼套筒的預壓力，并對變形開裂處進行補焊;②鋼套筒連接處出現變形量較大時，在變形量較大處補焊加強肋板;③反力架斜撐出現位移量過大時，要分析可能出現的原因，增加斜撐的數量。

(2)盾構機防扭轉。盾構機在鋼套筒內掘進相當于隧道的常規掘進， 應嚴格控制扭矩不超過控制值2000kN·m。若盾構在切削玻璃纖維筋連續墻時產生的扭矩超限，可向鋼套筒內加壓處理，同時在鋼套筒兩側每間隔2 m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20 工字鋼制作。

(3)零環滲漏。盾構機掘進一定距離后需拆除負環和鋼套筒，此時洞門位置0 環管片與外側土體之間無橡膠簾板，容易出現滲漏而引起地面沉陷。為此，在洞門側墻上安裝4 個注漿管，在1~5環管片上各設置3 個注漿孔(含吊裝孔)，通過注漿管進行注漿，注漿飽滿后方可拆除負環和鋼套筒、施作洞門。

3結論

(1)采用大型鋼套筒始發裝置，可解決“盾構端頭不具備地上地下加固條件，建筑物和管線遷改難度大、工期長，隧道埋深較深且地下水位較高或含有承壓水的砂性加固效果差或始發即穿越既有運營線”等采用常規始發技術難以施展的瓶頸難題，降低了盾構始發風險。

(2)采用鋼套筒始發技術比傳統盾構始發技術更具安全性、可行性和經濟性，且循環利用率高、工期可控。

(3)通過自動化監測技術對既有線隧道進行動態控制，及時在既有線隧道內注漿，阻止了水流通道的形成，解決了上覆土體下沉等問題，有效控制了多次擾動既有地鐵運營隧道引起的沉降。