土压平衡盾构始发密闭钢套筒辅助施工技术

钢套筒在实际的工作应用中普遍性越来越高，那么对于土压平衡盾构始发密闭钢套筒辅助施工技术又有哪些呢？下面钢套筒厂家小编袋大家来看看吧。

1 采用密闭钢套筒始发的必要性

 盾构始发与到达之所以风险较大，主要是受地层条件限制，尤其是在软弱地层及富水地层中始发与到达更是风险控制重难点。南宁地铁1号线一期工程土建施工11标火朝区间始发端头隧道洞身范围内的地层主要为圆砾，透水系数较大。根据南宁市轨道交通1号线相邻标段类似工程实践，证明圆砾地层端头加固全范围采用袖阀管注浆加固质量，难以保证盾构始发需要，且盾构始发端头距32层高楼（天成一品大楼）建筑物围护结构水平距仅0.84m，距建筑物结构水平距离为5m，隧道顶部距地面19m，隧道顶部有3m厚圆砾以及4m厚粉细砂层，端头管线较多，施工环境复杂，施工风险高。加之受火车站周边房屋拆迁滞后的影响，车站主体施工工期极其紧张，加固区域正处于车站施工场内的唯一施工便道区域，盾构始发前施工场地无法提供，因此，必需采用密闭钢套筒始发。

2 盾构始发密闭钢套筒辅助工法的应用

2.1 密闭钢套筒辅助工法盾构始发技术

  盾构机始发密闭钢套筒辅助工法由于增设了密闭始发钢套筒,盾构机始发施工工序也相对繁杂。施工关键技术操作要点主要包括：

（1）始发洞门背水面钢筋保护层凿除钢筋割除及检查；

（2）过度环下半圆环板、钢套筒下半圆和反力架定位安装；

 （3）钢套筒内安装钢轨；

（4）第一次钢套筒内底部填砂（钢轨之间铺砂、压实）；

（5）盾构机主机钢套筒内组装与调试；

  （6）过度环上半圆与下半圆及洞门钢环连接；

（7）钢套筒上半圆与下半圆安装连接固定；

（8）预加反力设置及反力架钢套筒各部件检查；

（9）负环安装、盾构机刀盘推进至洞门掌子面；

 （10）钢套筒与盾构机之间第二次填砂；

（11）钢套筒压力测试；

（12）负环管片安装及同步注浆；

 （13）盾构机在钢套筒内始发。

2.2 盾构密闭始发施工关键控制点的分析与对策

2.2.1 始发装置变形

    1）重难点分析：钢套筒与洞门预埋环板连续处开裂，钢套筒变形过大及反力架变形过大引起结构破坏。

    2）对策：

    （1）钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，必要时须进行植筋加固；

    （2）在反力架和环梁之间设置预压力螺栓，通过预压力螺栓对钢套筒施加预压力，使钢套筒顶紧洞门环板；

    （3）钢套筒和反力架制造前进行严格的受力计算；

    （4）钢套筒靠近反力架端设置加强环梁；

    （5）盾构始发掘进前对安装好的成套装置进行压力测试，压力测试合格后方能进行盾构始发掘进。

    对钢套筒与洞门环板连接处和反力架进行监测，对钢套筒本体的连接处及筒体进行观测，根据可能出现的不同情况采取针对性措施：

    （1）如果出现钢套筒与洞门环板位置出现变形量过大时，要加大钢套筒与反力架之间的预加反力，然后将洞门环板与钢套筒连接端面变形量稍大的地方进行补焊；

    （2）如果出现钢套筒本体连接端面法兰处出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作；

    （3）如果反力架斜撑任何位置出现位移量过大时，要分析可能出现的原因，并增加斜撑的数量，同时在另一侧要增加直撑的数量。

2.2.2 盾构机防扭转

    1）重难点分析：盾构机在破除洞门连续墙后，洞门外水土压力传递至钢套筒内，盾构机在钢套筒内掘进相当于中间隧道的常规掘进，钢套筒内填充物和盾构机自重足以提供防扭转的反力；但在洞门连续墙去除前，盾构机切削连续墙时产生较大扭矩，此时钢套筒是一个独立的封闭空间，防扭转的扭矩主要来自于盾构机自重与钢套筒下部砂石之间的摩擦反力，因此，在掘进过程中需严格控制扭矩不超过控制值。刀盘切削扭矩发生较大波动，会造成盾构机盾体和钢套筒整体发生扭转和倾覆。

    2）对策：

    （1）盾构机自重与钢套筒下部回填砂石之间产生的用于防扭转的扭矩计算如下：

    式中，T为扭矩，kN·m；μ1为钢与土的摩擦系数取0.3；W为盾构机自重，kN；D为盾构机外径，m。

    盾构机设计额定扭矩为6228kN·m，盾构机自重提供的用于防扭转的扭矩达到盾构机设计额定扭矩的50.2%。盾构机在切削洞门玻璃纤维筋连续墙时的扭矩控制在2000kN·m以下，安全系数为1.5。如盾构在切削玻璃纤维筋连续墙时产生的扭矩超限，可向钢套筒内加压，增加防扭转的抵抗扭矩，当向钢套筒内加压后，刀盘中心位置达到150kPa时，防扭转的抵抗扭矩计算如下：

    式中，T为扭矩，kN·m；μ1为钢与土的摩擦系数，取0.3；Pm为作用于盾构机本体的平均土压力，kN;W为盾构机自重，kN；D为盾构机外径，m；L为盾构机长，m。

    26217kN·m>7447kN·m(盾构机脱困扭矩)，故通过向钢套筒内加压可提供满足盾构掘进所需要的防扭转抵抗扭矩。

    （2）为防止盾构机盾体和钢套筒整体发生扭转和倾覆，在钢套筒两侧每间隔2m安装1根工字钢横撑和三角架，每侧安装4个横撑和三角架，采用I20工字钢制作。

2.2.3 接缝渗漏

    1）重难点分析：钢套筒环向和纵向接缝，钢套筒与洞门环板连续处、钢套筒与管片搭接处出现泄漏，负管片接缝出现泄漏，导致土舱无法维持需要的压力，引起掌子面塌陷。

  2）对策：压力测试合格后，盾构机方能在钢套筒内进行始发掘进。

2.2.4 0环渗漏

    1）重难点分析：盾构机掘进一定环数拆除负环和钢套筒后，洞门位置0环管片与外侧土体之间无帘布橡胶板，施工作洞门拆除0环时，容易出现渗漏，从而可能引起地面沉陷。

    2）对策：在洞门侧墙上、下、左、右各安装1个注浆管，注浆管一端安装球阀；1~5环管片，除K块外（圆管管片分为6部分，分别为A1、A2、A3、B、C、K，其中B，C为连接块，K为楔形块），在每块管片上设置3个注浆孔（包括吊装孔），每环管片的注浆孔均匀布置，通过壁后和侧墙注浆管进行加强注浆，注浆饱满后方可拆除钢套筒负环和施作洞门。

3 辅助始发新工法施工效果及经验总结

    1）新工法施工有效地降低了因盾构始发端头加固条件缺陷和软土不良地质条件而引发的盾构出洞安全风险，省去了端头加固范围内大量管线的迁改工作，并缩减了工期。

    2）新工法在有效减压、保压的同时成功地模拟了土压盾构机在常规地层中的土压平衡掘进，为土压平衡盾构机掘进施工提供了有效的外在保证，提高了始发洞门环管片的防水性及管片的拼装质量，同时省去了安装橡胶帘布、折页压板和始发托架等的工作量。

    3）始发密闭钢套筒可以有效地循环使用，具有较大的经济效益。

    4）新工法成败影响因素较多。盾构始发掘进施工过程中洞门预埋钢环板（A板）受力均衡是工法成败的重中之重。为了有效规避盾构始发掘进施工的安全风险，建议改变钢环板预埋方式（全部预埋到洞门结构墙内），同时提前预埋螺栓连接部件，采用A板与钢套筒过渡板非刚性连接，提高始发密闭钢套筒循环使用效率和连接部位的密闭和抗形变性能。

 5）钢套筒结构作为类似压力容器的加工成品部件，在设计制作方面存在较大的提升空间，其成品检测合格标准及手续、安装质量及密封性能有待于进一步完善和规范。