浅谈钢套筒在地铁盾构隧道临近排洪渠接收的应用

浅谈钢套筒在地铁盾构隧道临近排洪渠接收的应用

张清坤林金华薛华坤

中交一公局厦门工程有限公司

中国交建厦门轨道交通2号线总承包部项目部

摘要：地铁盾构隧道在临近排洪渠接收，容易出现漏水、涌砂等风险。以厦门地铁2号线某区间工程左线土压平衡盾构法隧道施工中采用钢套筒为辅助装置进行盾构接收为背景，介绍钢套筒的结构组成和盾构接收方案，采用钢套筒装置能有效避免盾构到达接收过程中漏水、涌砂等风险，确保盾构到达接收的安全。

关键词：排洪渠；钢套筒；盾构接收

一、前言

在地铁施工过程中，盾构接收常出现涌水、涌水或地面沉陷等事故，是盾构施工的重要风险阶段。厦门地铁2号线某盾构区间，设计接收端端头加固型式为采用旋喷桩配合搅拌桩，靠近车站端头采用单排φ800@600旋喷桩，搅拌桩采用φ850@600三轴搅拌桩，无侧限抗压强度qu≥0.8MPa。先施工搅拌桩，后施工靠近车站端头的旋喷桩，并辅助施工4口降水井。实际施工13口降水井，水位依旧无法降低至隧道底。在复杂工程地质条件下，盾构到达采用钢套筒措施辅助接收突破了一贯的接收方式，有效提高了盾构接收的风险可控性。

图1钢套筒接收工艺流程图

二、接收端工程概况

厦门地铁2号线某区间左线最小曲线半径R=400m，隧道埋深约为9.07m～16.85m。接收端隧道洞身范围地质为粉质粘土、中砂、残积砂质粘性土。接收端北侧临近排洪渠，距离排洪渠仅10.2m。排洪渠宽度约60～90m，勘察期间实测排洪渠水面标高1.9m，水深约1.2～1.3m。距离场地北则500m附近为海域，湾内地表水主要受附近海域补给。地表及周边环境主要穿越六道管路管线，分别为DN800、DN700污水管、DN500给水管、3*1.5污水箱涵、排洪渠。

对端头加固实际抽芯检测加固体搅拌桩水泥土抗压强度标准值为1.62Mpa，满足强度要求。实际施工13口降水井和一个观测孔，每口井降水泵功率1.1KW，7m3/h抽水量（3、6、7号、12号、13号降水井内安置两个降水泵，其余均为一个泵），大部分降水井水位均在20～25m，距隧道底4～9m，13口降水井总计降水量为62m3/h，但在降水期间顶部水平探孔及其他水平探孔的水流量及水压力均未变小（约33m3/h），加固区内设置了一口水位观测孔，水位在6.5～7m之间。水位观测孔经两次用自吸泵降水，水位未下降，均在6.5～7.6m之间，抽水流量在4.5m3/h。

综合考虑接收条件的风险，为增加盾构到达接收的安全性，降低涌水、涌沙的风险，决定采用钢套筒辅助接收盾构机的施工方案。

图2钢套筒组装流程图

三、钢套筒接收概述

3.1、设计原理

在盾构接收井内施做一个能完全包住盾构机机身的钢套筒结构，在钢套筒内模拟出隧道正常开挖的的土层压力条件，在盾构破除洞门过程中建立起正常掘进的压力，并把洞门环与钢套筒密闭连接，防止盾构接收中涌水、涌沙进入到盾构井，引起地表沉陷，有效的保证盾构接收的安全。

3.2、钢套筒接收工艺流程图

（见图1）

3.3、钢套筒结构

整个钢套筒结构由过渡环、4节筒体、后端盖、反力架、下料管等部分组成。每节筒体长度2.5m，全长10m。筒体直径（内径）6780mm。每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，筒体纵向及上下均采用法兰连接，用高强度螺栓M35*150（8.8级）连接紧固，连接部分采用丁氰橡胶密封圈进行密封。在钢套筒与原洞门预埋钢环之间设一过渡连接筒，洞门环板与过渡连接筒采用烧焊连接并进行探伤检测，钢套筒的法兰端与过渡连接筒采用M35*150（8.8级）螺栓连接。后端盖为平面盖，上下盖板材料采用5cm厚的Q235B钢板，分别加焊5道纵向和3道横向300#工型钢，焊接在后端盖上。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M35*160（8.8级）螺栓连接。反力架由端盖及钢支撑组成，用Φ529mm（10mm）钢管支撑及横支撑以提供盾构掘进时的后座反向力，通过钢支撑传递至主体结构的底板上，钢支撑焊接在车站底板的植筋钢板上。为了满足筒内装土需求，在3#筒正上方设置一个直径为870mm的下料口，安装下料管。

3.4、钢套筒组装

（见图2）

四、关键控制技术

4.1、到达前调整盾构机姿态

根据洞门复测结果，该区间接收端左线洞门中心水平偏差-3mm，高程偏差-18mm。以实测洞门偏差定位钢套筒，复测钢套筒中心线，中心水平偏差为-1mm，高程偏差为-15mm。盾构到达前控制盾构机的掘进姿态为水平在（-5，+5）mm，高程为（+10，+20）mm。到达前50环对盾构机姿态进行复核，确保盾构机按照设定的轴线进入钢套筒。

4.2、钢套筒的密封性

钢套筒的气密性关系到盾构接收稳压及接收过程中安全。组装完成后，对钢套筒进行加水至加满水后，通过钢套筒上安装的压力计检查压力，如果压力能够达到3bar。则停止加水，并维持压力稳定，对各个连接部分进行检查，包括洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架的连接处有无漏水，确保钢套筒的密封性。

4.3、钢套筒内部垫层浇筑控制

防止盾构出加固体时栽头，在钢套筒底部60°范围内浇筑垫层。因钢套筒内径6.78m，刀盘外径6.48m，所以浇筑15cm的C20砂浆基座，并保证砂浆基座伸入洞门内与加固土体相接。

4.4、盾构进入钢套筒的掘进控制

盾构进入钢套筒以后，此段掘进时，推力<10000KN，视实际推力大小，以不超过此值为原则；刀盘扭矩＜1500KN.M，刀盘转速＜0.5r/min；推进速度＜15mm/min。盾构机向前掘进过程中，加大同步注浆量，确保盾尾后部填充密实。

4.5、洞门封堵

盾构进入钢套筒后，对盾尾后10环的管片及时对进行二次注浆形成封闭环。当盾构机全部进入钢套筒后，对洞门和连续墙处的两环管片（835环和836环）通过吊装孔进行注入聚氨酯，增加一道封闭环，有效阻止端头的水土进入钢套筒。

4.6、钢套筒接收监测控制

通过在钢套筒、过渡环及洞门周围布置变形监测点。并测量初始值，盾构机到达过程中每天测量2次，若变形较大，增加测量频率，并采取相应处理措施。机体进钢套筒过程中，设专人值守观测钢套筒的稳定、变形情况，发现异常立即停机处理。此外，加强地表沉降监测及端头管线监测，安排专人值班，加强现场巡视。

五、总结

在地铁盾构隧道临近排洪渠接收中，接收井端头水位高，流量大，易出现涌水、涌沙，导致地面沉陷等风险。利用钢套筒辅助顺利的完成了本区间盾构的接收。体现了钢套筒安全、工序简单、可重复利用等优点。钢套筒接收的缺点在于在钢套筒中接收，无法直观反映盾构机的接收情况，对盾构掘进操作要求高。

此次成功的应用钢套筒接收的技术，成功的解决了临近排洪渠接收水量大的瓶颈。过程中攻克了对钢套筒密封性的控制、盾构机姿态及掘进参数的控制、盾尾封堵密封技术等技术难关，为后续类似工程提高了宝贵的经验和科学依据。