富水砂层盾构短钢套筒始发技术应用

富水砂层盾构短钢套筒始发技术应用

张海强 

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司  江苏省无锡市  214000

摘要：本文介绍了富水砂层盾构短钢套筒始发技术的原理及设计要求，并详细阐述了该技术在富水砂层盾构施工中的应用流程和关键环节。通过短钢套筒的使用，施工安全性得到提高，掘进速度与效率也得以提升，工程造价降低。本文的研究对于提升富水砂层盾构施工的技术水平具有重要的参考价值。

关键词：富水砂层；盾构短钢套筒；应用

引言

随着城市地下空间的开发利用，盾构技术在地铁、隧道等项目中得到广泛应用。然而，富水砂层地质条件对盾构施工带来了一定的挑战，其中一项关键问题是如何在富水砂层中进行始发施工。短钢套筒始发技术应运而生，有效解决了盾构施工中的问题，具有很大的实际应用价值。

一、短钢套筒始发技术原理及设计要求

1.1短钢套筒始发技术原理

短钢套筒始发技术是一种用于富水砂层盾构施工中的特殊技术。其原理是在盾构机前方安装一段短钢套筒来抵挡水流和砂石的进入，确保盾构机能够在富水砂层中顺利地开始掘进。在富水砂层中，土层含水量高且土层饱和度高，如果盾构机在没有采取措施的情况下直接掘进，水流和砂石会不断涌入盾构机内部，导致机器故障、掘进阻力增大等问题。为了解决这个问题，短钢套筒始发技术被引入。在施工过程中，需要按照富水砂层的地质条件进行套筒长度的确定。根据盾构机的设计和要求，对套筒的结构进行设计，确保其能够承受盾构机的推力和扭矩。同时，还需要考虑套筒与盾构机、管片的密封设计，以确保在掘进过程中不会发生水流和砂石的泄漏。短钢套筒始发技术的设计要求还包括套筒的材质选择、套筒与盾构机的耦合方式以及盾构机的调试等。在选择套筒材质时，需要考虑其强度和耐蚀性能，同时还要满足盾构机的施工要求。而套筒与盾构机的耦合方式则需要保证其紧密连接，以确保始发掘进的稳定性和安全性。在盾构机的调试过程中，需要确保机器的正常运行，同时还要对套筒与盾构机、管片的密封性进行测试。

1.2设计要求

1.2.1套筒长度的确定

根据富水砂层地质条件的调查和分析，确定最大渗水深度和水位变化范围。根据水位变化范围，确定套筒长度，保证套筒能够有效地阻挡地下水进入盾构机。根据盾构机的起始位置确定套筒长度，使得套筒能够完全覆盖盾构机的前部，阻挡水流和砂石的进入。根据盾构机的掘进速度确定套筒长度，以保证在掘进过程中套筒能够有效地阻止水流和砂石进入盾构机。综合考虑这些因素，确定套筒长度，通常应略大于预计的最大水位变化范围，短钢套筒的长度一般为50-100cm远远小于盾构机长度。

1.2.2套筒结构设计

套筒的结构设计是为了确保其能够承受盾构机的推力和扭矩，并保持稳定的工作状态。套筒由高强度钢材制成，能够承受较大的推力和扭矩。套筒的结构通常是圆筒形，通过焊接或螺栓连接形成整体结构。在套筒内部增设加固结构，如加强筋、横向支撑等，以提高套筒的抗弯强度和稳定性。在套筒的连接部分设计密封结构，确保套筒与盾构机和管片之间的连接处具有良好的密封性，防止水流和砂石的泄漏。在套筒结构设计过程中，需要进行强度和稳定性的计算分析，以确保套筒设计满足盾构机的施工要求和富水砂层地质条件。

1.2.3套筒与盾构机、管片的密封设计

套筒与盾构机、管片之间的密封设计是为了防止水流和砂石的进入，保证盾构机的正常运行。增加短钢套筒内的密封刷，密封刷为两道钢丝刷，中间形成一个油腔，始发时注盾尾油脂进去，形成密封效果。套筒与盾构机前部之间的接口需要设计紧密连接，可采用密封带、橡胶垫等材料进行密封。套筒与管片之间的连接处需要设计密封结构，常见的做法是在套筒上设置O型密封圈，确保连接处具有良好的密封性。通过对连接处进行密封和监测，可以及时发现泄漏情况，并采取相应的措施进行修补，防止水流和砂石的泄漏。在密封设计过程中，需要充分考虑实际施工条件和盾构机的工作要求，以确保套筒与盾构机、管片之间具有良好的密封效果，阻止水流和砂石进入盾构机。

二、短钢套筒始发技术在富水砂层盾构中的应用

2.1短钢套筒始发技术在富水砂层盾构中的应用流程

在富水砂层盾构施工前进行详细的地质勘测，了解富水砂层的渗透情况和水位变化规律。根据地质勘测结果，确定套筒的长度和结构，并进行加工和准备。进行盾构机的调试，确保机器能够正常工作。在盾构机前方安装短钢套筒，并进行密封处理。按照设计要求进行掘进施工，控制土压和出渣量，并进行渣土改良。在施工过程中进行监测，及时发现和处理问题。在施工结束后进行维护和保养。

2.2短钢套筒始发技术的关键环节

2.2.1套筒加工与安装

套筒制造需要根据设计要求，选择合适的钢材进。钢材应具有高强度和耐腐蚀性，以满足在富水砂层中的施工要求。对钢材进行切割、打磨、焊接等加工步骤，确保套筒的形状、尺寸和精度符合设计要求。将加工好的套筒运输到施工现场，并按照要求进行存储，避免受到损坏和腐蚀。在盾构机掘进前，按照设计要求将套筒安装在盾构机前方。安装过程中应确保套筒的稳定性和密封性，可以使用焊接、螺栓连接等方式进行固定。在安装过程中，需要注确保套筒的位置和角度正确，以最大限度地发挥其作用。确保套筒与盾构机的接触面紧密连接，防止水流和砂石进入盾构机。安装完成后，需要进行密封性检查，确保套筒与盾构机、管片之间的连接处具有良好的密封效果。

2.2.2盾构机与套筒的密封

在盾构机和短钢套筒之间需要采取有效的密封措施，防止水流和砂石进入盾构机。常见的密封方法包括使用橡胶垫、密封带等材料进行密封，同时需要保证接口的紧密连接。在施工前，需要进行多次试压试验，确保密封效果良好。还需要对盾构机的其他部位进行密封处理，如盾体与土体之间的间隙、排渣口等部位，以确保整个施工过程的密封性。

2.2.3盾构掘进过程中的土压控制

土压控制需要考虑地层的渗透性、刀盘扭矩、出土量等因素。可以通过调整掘进速度、推力、出土量等参数来控制土压。还需要对土压进行实时监测，根据监测数据调整掘进参数，确保土压保持在合适的范围内。过大的土压可能导致刀盘磨损加快，过小的土压可能导致地面隆起和沉降。因此，需要通过经验积累和数据监测来掌握合适的土压控制方法。

2.2.4出渣控制与渣土改良

在掘进过程中，需要控制出渣量，避免过多的渣土对盾构机造成过大的压力。需要对渣土进行改良，提高其流动性，以便于运输和后续处理。常用的渣土改良方法包括加入泡沫剂、膨润土等材料，以改善渣土的物理性质。还需要对出渣量进行实时监测和控制，以确保盾构机在掘进过程中的稳定性和安全性。同时，对渣土的改良效果也需要进行监测和评估，以便于及时调整改良措施。

三、短钢套筒始发技术在富水砂层盾构施工中的优势及效果

3.1施工安全性提高

由于富水砂层中的水流和砂石会对盾构机造成很大的影响，从而增加施工过程中的风险。短钢套筒始发技术通过在盾构机前方安装短钢套筒，能够有效地阻挡水流和砂石进入盾构机内部，降低了施工过程中遇到的风险，提高了施工的安全性。短钢套筒始发技术还能够提高围岩的稳定性，减小施工对周围环境的影响。由于短钢套筒能够有效地阻挡水流和砂石，减少了盾构机在施工过程中遇到的阻力，从而提高了围岩的稳定性。

3.2掘进速度与效率提升

短钢套筒能够有效地阻挡水流和砂石，减少了盾构机在施工过程中遇到的阻力，从而提高了掘进速度和效率。短钢套筒始发技术还能够提高施工的精度和质量，从而提高了掘进速度和效率。由于短钢套筒能够有效地阻挡水流和砂石，减少了盾构机在施工过程中遇到的阻力，从而提高了施工的精度和质量，减少了后续的维护和修复成本。

结语

短钢套筒始发技术的成功应用为富水砂层盾构施工提供了有力支持，也为相关领域的研究提供了宝贵经验。未来的发展中，可以进一步优化该技术，提升施工效率，推广应用，共同推动盾构技术的发展。

参考文献

[1]杨智麟,刘阳君,尹清锋,赵江,邓志强,陈立.富水砂层土压盾构短钢套筒始发技术应用[J].现代隧道技术,2020,57(S1):969-973.

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[3]姚八五.富水砂层土压盾构短钢套筒始发技术[J].中国高新科技,2019,(18):75-77.