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盾构钢套筒接收技术的应用与质量控制要点

发表时间：2021/4/22 来源：《基层建设》2020年第33期作者：张学峰赵振

[导读] 摘要：在使用盾构法施工的过程中，盾构施工的绝大多数风险出现在盾构的始发与到达阶段，特别是遇到不良的地质情况或者加固空间受到制约时，涌水、涌沙等险情出现的概率极高，且风险难以消除。

        内蒙古沁原工程建设监理有限责任公司内蒙古呼和浩特市 010050
        摘要：在使用盾构法施工的过程中，盾构施工的绝大多数风险出现在盾构的始发与到达阶段，特别是遇到不良的地质情况或者加固空间受到制约时，涌水、涌沙等险情出现的概率极高，且风险难以消除。盾构到达采用的辅助施工方法有很多，冷冻法、搅拌桩、旋喷桩、冻结法等多种工法。各种方法都存在一定的局限性，钢套筒接收作为上述方法的一种补充，在可操作性、安全性、经济性以及环保方面具有较大优势，为了进一步推广应用钢套筒接收技术，本文将主要研究盾构钢套筒接收技术的应用与质量控制要点。
        关键词：盾构钢套筒,质量控制
        一、技术应用现状与趋势
        在地铁施工技术不断发展的今天，盾构法越来越多地被国内建筑隧道工程施工中得到应用，盾构到达接收是盾构法施工的最后一道“关槛”，是盾构法施工的重点和难点之一。区间隧道端头一般情况下为浅埋地段，地质条件不佳，自稳性差。以下将对盾构到达钢套筒接收施工中的关键技术进行简要研究探讨，在研究探讨的过程中主要用到的研究方法有观察法、调查法、测验法、经验总结法及案例研究法。
        二、钢套筒结构设计及检算
        1.钢套筒接收工艺流程
        盾构机到达接收时钢套筒接收可作为盾构机到达接收的一种方法，拟模土压平衡盾构机在软土砂层中的掘进，更方便于盾构机的接收。其中施工关键技术操作要点主要包括:
        (1)盾构接收井洞门地连墙凿除、砂浆回填施工、接收钢套筒的制作安装及洞门结构的加强措施;
        (2)接收钢套筒填料及检验;
        (3)盾构机掘进穿越地下连续墙及进入钢套筒施工，盾构机到达后钢套筒拆解的安全保障措施。
        在确定采用钢套筒工艺后，首先应根据采用的盾构机型号设计合适尺寸的钢套筒，钢套筒出厂前应进行试拼装，并检查其气密性。在盾构到达前，于竖井内组装钢套筒，钢套筒定位应满足精度要求，保证隧道中心线和筒体中心线重合。钢套筒组装完毕后向筒内填砂、加水和封闭钢套筒，期间注意钢套筒和洞门的连接。检查钢套筒的气密性，合格后才能进行接收，否则应对漏气点进行修复处理。
        盾构机进入钢套筒后，盾尾尚未完全出洞前，应对盾尾后5环管片进行二次注浆，直至确保隔断端头与钢套筒的水力联系后，排空钢套筒内泥浆，打开加料孔试水，最后拆解钢套筒吊出盾构机。
        2.钢套筒圆度
        使用前对整体钢套筒的圆度进行检查，确保其圆度，避免盾构机进入钢套筒时与钢套筒间距不均，导致盾体与钢套筒碰撞使钢套筒发生位移变形等意外。
        3.钢套筒的密封性
        钢套筒分多块组成，各组成块之间均须加垫橡胶垫，对橡胶垫必须严格控制质量，防止损坏，或有漏洞，避免出现漏浆泄压。另外，钢套筒各部件之间连接均采用螺栓连接，对螺栓连接面也应进行检查，对连接面出现变形或破坏的部位进行修复，避免出现漏洞。连接螺栓是保证各部分连接紧密的重要构件，使用前应确保连接螺栓质量和数量，保证各部分连接的强度。
        钢套筒密封性检验：钢套筒组装完成后，在筒体内加水检查其密封性，水压为0.3MPa，若在3小时内，水压保持在0.28MPa上，则可满足钢套筒接收要求，如果小于，找出漏水部分，检查并修复其密封质量，然后再次进行试压，直至满足试压要求。
        4.钢套筒焊缝
        钢套筒由钢板焊接而成，使用前必须全面检查钢套筒各个部位的焊缝，对有损伤的焊缝进行补焊，确保焊缝质量，保证整个，钢套筒的整体性。并进行探伤试验。
        5.接收钢套筒的填料及检验
        接收钢套筒填料及检验工序作为确保盾构到达接收顺利推进的重要保证，增强了土压平衡盾构施工的整体保压性能。

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        填料饱满后主要对钢套筒进行渗漏、加压和位移检测，确保钢套筒密闭性和整体结构稳定性。这个过程中主要采用了调查法和测验法，填料及位移检测主要包括:
        （1）需根据盾构工法(土压或泥水)类型及特点选择适宜的填料，填料选择应以密实度高、易于施工、易于盾构机螺旋输送器、皮带输送机外运处理的物料为主(尽可能做到模拟天然地质情况)
        （2）应特别注意确保填料充填度，填料不密实或不满，不能提供足够的压力，将导致内外压力失衡，造成水土流失，发生安全风险。填料饱满后，必须根据隧道埋深、周边环境、地质条件制定并选择合理的检验参数和设备，掘进过程中保持一定的水压，达到内外水压平衡的目的。
        （3）钢套筒加压检测采取逐级加压及停留保压的方法。加压检测过程中一旦发现有渗漏或连接不密实情况，必须马上进行卸压，并及时处理，确保钢套筒的保压性能。维修完成后重新进行检验。
        （4）位移检测，即在渗漏、加压测试前，在盾构机到达施工过程中易发生位移位置进行检测。本工程在钢套筒与洞门预埋钢环板连接的部位分区域安装监测点，已测试位移情况
        三、反力架安装
        反力架分为主梁、支撑和预埋件三大部分，三大部分之间通过焊接连接。反力架的设计依据盾构机达到掘进反力支承需要，按照盾构机掘进反向力进行设计及检算。分析各杆件的类型，计算出各杆件的临界荷载；对于反力架进行受力分析，确定出支撑点的最佳位置，使反力架整体变形最小；布置好支撑位置后，验算反力架工字钢的强度与刚度，保证二值在规范允许范围内；对支撑本身进行加固，形成一个桁架结构，使整个支撑可看成一个刚体，确保整体稳定性。
        四、洞门密封及其质量检查
        盾构接收推进过程中，洞门密封是至关重要的一个环节，是接收成功与否的关键因素，为了保证洞门密封的质量，采取以下措施对洞门进行封堵：
        （1）盾构推进时同步注浆严格按照技术交底进行，填充好施工间隙。
        （2）当盾尾刷处在结构侧墙外边里程时，盾构机停止掘进，从管片吊装孔向管片背后注入双液浆封堵洞门（注浆压力不大于0.5MPa），注浆为沿隧道纵向长6米，管片背后2米范围，浆液选用双液浆水泥浆（水泥：水=1:1）：水玻璃（水玻璃：水=1:1）=1:1（质量比），待双液浆凝固洞门封堵完成后，首先对隧道内管片进行开孔检查，确认二次注浆壁后填充密实后，再通过钢套筒过渡环预留的泄水孔检查钢套筒内的渗漏水情况，对漏水部位进行洞内补注浆。
        （3）时刻检查钢套筒是否有漏浆、形变等情况，如有漏浆或者形变过大等情况发生，可以采取调低水压，减小推速等措施。
        （4）使用前对整体钢套筒的圆度进行检查，确保其圆度，避免盾构机进入钢套筒时与钢套筒间距不均，导致盾体与钢套筒碰撞使钢套筒发生位移变形等意外，并在出厂前进行加压试验，以保证钢套筒自身的密封性完好。
        （5）盾构机全部进入钢套筒后，打开管片上预留的注浆孔的球阀、钢套筒过渡连板上预留的观测管，观察出水量，若水量较大，则继续通过预留注浆管、注浆孔注浆，直至打开球阀无水流出后，方可拆解钢套筒。
        五、盾构机顺利到达钢套筒的安全保障措施
        盾构到达前，应选择合适位置对盾构机进行检查，使盾构机处于最佳状态。在达到前100m范围、掘进至围护结构及在钢套筒内掘进的各个阶段得出相关参数，严格控制土仓压力和出土量，实现盾构在钢套筒内完成顺利接收。盾构机进入钢套筒到达指定里程停机后，由于盾构机仍然在筒体内部，盾尾脱离洞门结构，洞门注浆体封堵渗漏通道效果无法判断，施工风险依然存在。盾尾环箍注浆和洞门密封是盾构钢套筒接收至关重要的环节，是接收成功与否的关键因素。盾构拼装至最后5环时，在盾尾后部的管片进行注浆，同时利用盾构掘进同步注浆和盾壳注聚氨酯等方法作为辅助措施。
        六、推广应用前景及社会、经济效益分析
        钢套筒接收技术使用范围广，在洞门端头地质条件差，端头加固或加固范围受限的工况下，更体现了传统出洞方法所无法比拟的优势；以及它的施工成本低，与传统工艺相比在经济效益方面尤为突出。其次是随着钢套筒辅助出洞工法的成功应用，极大丰富了盾构出洞施工工法，为应对日益严格的文明施工和环境安全要求提供了更优的解决方案。