深埋富水卵石地层盾构钢套筒接收与始发技术应用
Application of Receiving and Starting Technology of Steel Sleeve of Shield Tunneling in
Deep Water Rich Pebble Stratum
田中胜1，姚爱敏1，胡俊杰1，史桂溪2，丰晓文1
（1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京100101；2.国网汇通金财（北京）信息科技有限公司，北京100053）
TIAN Zhong-sheng 1,YAO Ai-min 1,HU Jun-jie 1,SHI Gui-xi 2,FENG Xiao-wen 1
(1.Beijing Urban Construction Exploration &Surveying Design Researchi Institute Co.Ltd.,Beijing 100101,China;
2.State Grid Huitongjincai (Beijing)Information Technology Co.Ltd.,Beijing 100053,China)
【摘要】在深埋富水卵石地层中，常规的盾构端头加固、止水方法难以达到预期效果，容易造成洞口涌水、涌砂事故，并可能由此引
发次生风险事件。采用钢套筒密闭装置进行盾构始发与接收的施工工法能够变局部密封为整体密封，大幅降低盾构始发、接收的涌水、涌砂风险。该技术在北京地铁8号线工程永定门外站盾构接收、始发中的成功应用，可为类似工程提供参考。
【Abstract 】In deep-buried water-rich pebble stratum,the conventional methods of shield end reinforcement and water stopper are difficult to
achieve the expected effect,and they are easy to cause water gushing and sand gushing accidents at the entrance,which may lead to secondary risk events.The construction method of shield initiation and reception using steel sleeve sealing device can change the partial seal into the whole seal,and greatly reduce the risk of water gushing and sand gushing caused by shield initiation and reception.The successful application of this technology in shield receiving and initiating of Yongdingmenwai Station of Beijing Metro Line 8can provide reference for similar projects.
【关键词】卵石地层；盾构钢套筒；地铁工程
【Keywords 】pebbleformation;shield steel sleeve;subwayproject 【中图分类号】U452.12
【文献标志码】B
【文章编号】1007-9467（2022）01-0130-03
【DOI 】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2022.01.240
【作者简介】田中胜（1988~），男，山东枣庄人，工程师，从事地铁工程
建设研究。
1工程概况
北京地铁8号线3期工程永定门外站位于永定门外大街与京沪铁路的立交路口南边，永定门外大街沙子口路口北边。车站主体采用明挖顺做法施工，围护结构为厚1200mm 的地下连续墙结构。
考虑到车站两端盾构隧道接收、始发均位于富水卵石地层，隧道顶部埋深超过25m ，常规端头加固方法难以确保其加固及止水效果，且加固范围受周边既有结构和管线影响，长度无法满足设计要求，故而选取钢套筒盾构接收、始发方法。利用钢套筒代替常规帘布橡胶洞门密封装置，变局部密封为整体密封，最大限度地降低洞门涌砂、涌水的可能性，确保了盾构接收、始发的安全。
2钢套筒盾构接收
2.1钢套筒及反力架安装
第1台盾构机刀盘直径6180mm ，盾体直径6150mm ，盾构主机9780mm ；第2台盾构机刀盘直径6180mm ，盾体直径6150mm ，盾构主机长9800mm 。为确保盾构机顺利进入钢套筒，结合盾构接收井尺寸，设计钢套筒筒体长度为10m ，过渡环长0.5m ，
钢套筒设计耐压为0.5MPa 。钢套筒由过渡环、筒体、受力架、受力柱等主要构件组成，其中，筒体由4节传力架组成，每节传力架分为上、下2部分。钢套筒的设计内径为6780mm ，外径7140mm ，其中，受力架长度为600mm 。
钢套筒筒体外径7140mm ，内径6780mm ，总长10000mm ，
130
.com.cn. All Rights Reserved.
过渡环是将钢套筒筒体与洞门预埋钢环进行连接的构件，外径7140mm，内径6780mm，长500mm，过渡环与洞门钢环焊接连接，并与螺栓固定在钢套筒筒体上。在过渡环的2、4、8、10点位置，设4个观测孔(带球阀)，方便后期检查洞门封堵注浆效果。
受力架为平面盖，材料用30mm厚的Q235A钢板，平面环板上加焊2道横向I56a工字钢和3道竖向I56a工字钢，工字钢连接处共焊接9块400mm×400mm×40mm的钢板作为受力板，用来将盾构推力传递至受力柱及支撑系统。受力架边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M30×1308mm的8级螺栓连接。
受力柱布置在受力架后方，通过头部支撑柱和楔块与受力架进行连接，受力柱共有3根，截面尺寸为800mm×500mm，采用16mm厚钢板焊接加工制作而成，单根长度为7800mm。受力柱与车站底板预埋件之间采用钢支撑作为支撑系统。受力柱定好位置后，先用200t千斤顶顶受力架和受力柱，消除洞门到受力架的安装间隙后，受力柱上、中、下均布3道300mm×300mm的方形钢与受力架平面板顶紧，承力头部支撑柱两端用楔形块垫实并焊接[1]。
2.2钢套筒密封性检查及填料
2.2.1密封性检查
钢套筒的密封性对盾构机接收起重要作用。在使用前应对整体钢套筒的各个重要部位进行检查。待套筒组装完成后，应向筒体内注水并检查其密封和密封质量，没有渗漏后再进行试压，确认满足试压要求后可进行施工。
2.2.2填料
向钢套筒内填料时，应先用中粗砂填至套筒高度的2/3处，再用膨润土、粉煤灰等惰性浆液填满套筒剩余的1/3。
2.3盾构机到达掘进
2.3.1第1阶段
第1阶段——
—最后10m盾构掘进，该阶段参数设定如下：1）推力及速度。在盾构机刀盘进入接收端头玻璃纤维筋地连墙前10m时，应降低推力和推进速度，以减小对地连墙
和地层的扰动。推力和推进速度应分别控制在10000kN以下和10~20mm/min。
2）盾构姿态。在刀盘切削地连墙前，应将前盾、中盾和尾款调整成一条直线。盾构机必须以水平垂直姿态推进，推进过程中水平姿态控制在±15mm以内，垂直姿态控制在10~ 20mm。
3）上部土仓压力。结合永定门外站接收端头的地质水文情况，上部土仓压力控制在0.1~0.12MPa。
2.3.2第2阶段
第2阶段——
—盾构机切削玻璃纤维筋地连墙施工。根据地连墙的实测里程和操作界面显示的里程关系，提前降低盾构推力、推进速度和刀盘转速，保证盾构机以低推力、低速度、低贯入度的原则切削地连墙。其主要掘进参数为：（1）推力控制应在8000kN以下；（2）推进速度应控制在2~3mm/min；（3）刀盘转速应控制在1.2~1.3r/min；（4）刀盘扭矩宜控制在1000~2000kN·m。
2.3.3第3阶段
第3阶段——
—进钢套筒掘进阶段的参数设定如下：1）推进速度控制在10~20mm/min，推力控制在12000kN 以下，在保证速度的前提下，尽量减少推力。
2）盾构姿态控制。必须以实际测量的钢套筒安装中心线为准来控制盾构机姿态，要求盾构水平姿态和垂直姿态偏差均控制在±20mm以内。
3）土仓压力。以不低于接收端头的水压力为设定原则。
4）同步注浆。注浆以压力控制为主，压力控制在0.05~ 0.1MPa。
2.4洞门封堵施工
盾构进入钢套筒到位后，需对最后10环管片进行整环二次注浆（至少对每环均布5个点位进行注浆），二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，而双液浆配合比为：（1）水∶水泥=1∶1（质量比）；（2）水泥浆∶水玻璃=1∶1（体积比），二次注浆压力控制在0.3~0.5MPa。
洞门封堵注浆完成后，要对最后10环管片的所有点位进行开孔检查，确认无水无砂后，再打开钢套筒过渡环上预留的检测孔球阀，观察出水量，若水量较大，则继续通过管片注浆孔注浆，直至打开球阀无水流出后，方可割除过渡环并拆解钢套筒。
131
.com.cn. All Rights Reserved.
3钢套筒盾构始发
3.1钢套筒及反力架安装
盾构始发钢套筒及反力架的安装与钢套筒接收内容相似，其部分构件重复利用了小里程端盾构接收后拆除的钢套筒构件。
3.2钢套筒密封性检查及填料
反力架安装完成后，拼装3个负环，进行密封处理后，通过球阀管路向钢套筒内注水加压的方式进行密封性检查，合格后排水，然后进行填料。第一次填料在套筒封闭之前，两轨道之间回填砂浆，之后套筒前后封端之前在两端填满沙袋，第二次填料在盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，添加惰性浆液，确保密实，封上填料口，并连接紧固。
3.3端头加固及洞门凿除
为确保地下连续墙凿除及盾构始发施工期间的安全，盾构始发端采用2排C20混凝土素桩及地表垂直注浆的方法对地层进行加固。混凝土素桩直径为0.8m，桩间距为1m，2排素桩呈梅花形布置。
在盾构隧道范围的地下连续墙采用水下C35混凝土浇筑（实际强度已达到约55.1MPa）并采用玻璃纤维筋替代普通钢筋，幅宽为8.0m、墙厚为1.2m，地连墙深度为47m，锚固深度为13m。
洞门采用人工凿除，凿除施工前先在端墙上按设计尺寸画出洞门轮廓线，将洞门划分为9部分，凿除时按编号顺序先下后上、先中间后两侧进行作业，凿除深度经与设计人员沟通，确定为整体凿除40cm，中心鱼尾刀最深位置凿除70cm。
3.4盾构始发掘进
3.4.1始发掘进控制参数
盾构掘进主要由刀盘和土仓压力、排土量和推进速度、螺旋机转速、千斤顶推力、注浆压力与时间、注浆方式与注浆量、浆液性能、盾构线路坡度、盾构姿态和管片拼装偏差等参数控制。
3.4.2始发掘进控制要点
1）严格控制始发钢套筒、反力架和负环的安装定位精度，保证隧道中心的精度、避免始发支撑系统由于安装偏差而承受过大的侧向力。反力架安装时与理论位置相对应，转动角度一定要符合设计要求，位置误差不能超过10mm，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。
2）盾构机进入洞门以前，应在洞门预埋钢环内安装2根导轨，以免盾构机进入洞门过程中出现栽头现象。
3）始发前，检查始发钢套筒及反力架加固效果，在始发过程中，如发现始发钢套筒及反力架出现变形或移位，应立即停机加固。
4）当盾构机进行掘进纠偏时，管片选型应综合考虑盾构机姿态、铰接千斤顶行程、推进千斤顶行程、盾尾间隙等因素，当盾尾间隙过小时，可通过收放铰接进行调整。
4监测情况分析
4.1钢套筒盾构接收周边环境监测数据分析
盾构接收端周边主要风险为既有地铁14号线风道结构，风道距离接收端头水平净距约6m。2017年7月中旬盾构左线完成套筒内接收，风道测点阶段变形在-2.1~+0.2mm。随后施工单位进行了洞内补偿注浆进行加固，测点呈现上浮，平均阶段变化约+1.5mm。2017年8月底，盾构右线完成套筒内接收，风道结构沉降最终稳定在-2.0~-1.2mm。
4.2钢套筒盾构始发周边环境监测数据分析
对盾构始发端头地表沉降进行监测。自2017年9月左线负环拼装开始，至2017年10月盾构左线始发完成且数据稳定后，地表沉降监测显示累计沉降最大值为-1.7mm。盾构始发端地表沉降主要发生在盾构右线始发过程中，自2017年11月8日至2017年11月18日，盾构右线始发完成，地表沉降累计变形最大值为-8.4mm，右线始发过程中，测点平均变形速率为-0.53mm/d；之后监测数据趋于平稳。盾构始发过程中地表沉降无监测预警。
5结语
采用全密闭钢套筒装置，解决了在深埋富水卵石地层中盾构接收、始发端头加固质量难以保障的施工通病，极大地降低了盾构接收、始发过程中的涌水、涌砂风险。端头无须再进行加固及降水处理，钢套筒部分构件可以重复使用，缩短了施工工期，减少了施工成本，节省了地下水资源。虽然套筒始发顺利完成，指导性方案能够满足现场施工，但在实际施工中，钢套筒密闭系统受钢套筒设计的，渗漏处较多。在后续的施工实践中，应在设计思路
上加强钢套筒的改进。
【参考文献】
[1]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.
【收稿日期】2021-10-09
132
.com.cn. All Rights Reserved.下载本文
