盾構(gòu)鋼套筒接收施工工藝

淺析盾構(gòu)到達(dá)采用接收鋼套筒施工工藝和相關(guān)問(wèn)題摘要：結(jié)合具體的工程實(shí)例，探討了盾構(gòu)到達(dá)采用接收鋼套筒的施工過(guò)程和相關(guān)問(wèn)題，經(jīng)實(shí)踐證明該工藝有效避免盾構(gòu)到達(dá)過(guò)程中漏水、涌砂等風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)到達(dá)安全。l引言盾構(gòu)到達(dá)在盾構(gòu)法隧道施工中占有極其重要的位置，確保盾構(gòu)以正確的姿態(tài)順利到達(dá)，防止出現(xiàn)塌陷等事故是施工的重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)使用的盾構(gòu)到達(dá)方式有到達(dá)端頭地層加固、化學(xué)漿加固法、凍結(jié)法、挖填法、豎井加氣法等。盾構(gòu)到達(dá)直接地面加固（一道素混凝土連續(xù)墻）+接收鋼套筒是城際軌道廣州至佛山段某盾構(gòu)工程的盾構(gòu)到達(dá)方式，該方案在廣州地鐵二、八線延長(zhǎng)線某工程也成功應(yīng)用。2到達(dá)方案概述車站到端頭隧道拱頂部位覆蓋土層從下到上依次為〈3-2＞中粗砂層、〈4—1〉粉質(zhì)粘土層、〈4-2＞淤泥質(zhì)土、〈3—1〉粉細(xì)砂層和雜填土層〈3-2〉中粗砂層和〈3—1＞粉細(xì)砂層很厚，且地下水豐富，拱部覆蓋層穩(wěn)定性差，必須進(jìn)行端頭加固。盾構(gòu)到達(dá)采用直接地面加固（一道素混凝土連續(xù)墻）接收鋼套筒，端頭加固區(qū)域大大縮小，盾構(gòu)到達(dá)時(shí)，加固體不能把整個(gè)盾構(gòu)機(jī)包含在內(nèi)，破除洞門后，盾構(gòu)掘進(jìn)出洞時(shí)洞門密封很難保證抵抗得住地下水壓力，一旦地下水擊穿洞門密封，密封失效，地下水將夾雜地層中的砂土漏出，導(dǎo)致地層流失，造成地面塌方等事故，盾構(gòu)不能順利到達(dá)。為確保盾構(gòu)順利到達(dá)接收，采用密閉接收裝置接收方案，即在洞門外，采用特制鋼套筒與洞門預(yù)埋鋼套筒連接.鋼套筒安裝之前，先鑿除洞門車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用低強(qiáng)度材料回填，安裝完鋼套筒后在鋼套筒內(nèi)回填砂土壓實(shí)，接收鋼套筒內(nèi)預(yù)加一定壓力，與土倉(cāng)切口壓力相同，然后泥水盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)到鋼套筒內(nèi)，在盾尾補(bǔ)充注漿，等漿液凝固后，依次拆解鋼套筒和盾構(gòu)機(jī)并吊出，完成到達(dá)施工。到達(dá)接收方案如圖1所示。圖1鋼套筒接收示意圖3預(yù)埋洞門鋼套筒為了避免洞門施工時(shí)由于施工困難等因素導(dǎo)致洞門處混凝土澆筑存在缺陷，擬定在車站洞門施工時(shí)，在洞門內(nèi)預(yù)埋一環(huán)形鋼套簡(jiǎn)鋼套筒長(zhǎng)度與車站結(jié)構(gòu)厚度一致，商接作為洞門環(huán)形模板，結(jié)構(gòu)面處與洞門設(shè)計(jì)預(yù)埋環(huán)板一致，用于lj接收鋼套筒連接。套筒內(nèi)徑為6500mm,長(zhǎng)肢為900ram，在套筒內(nèi)設(shè)置筋板，確保其剛度，同時(shí)在套筒內(nèi)環(huán)形預(yù)留兩排~22mm鋼筋孑L，用于插入鋼筋加強(qiáng)與車站結(jié)構(gòu)的整體性。鋼套筒設(shè)計(jì)如圖2所示.4接收鋼套筒的安裝及檢測(cè)4.1鋼套筒設(shè)計(jì)筒體部分長(zhǎng)9600mm，內(nèi)徑6500mm。分三段，每段分為上下兩半圓。筒體材料用16mm厚的A3鋼板。每段筒體的外周焊接縱、環(huán)向筋板以保證筒體剛度，筋板厚20m，高150ram，間隔約550x600mm.每段簡(jiǎn)體的端頭和上下兩半圓接合面均焊接圓法蘭，法蘭用24mm厚的A3板，上下兩半圓以及兩段簡(jiǎn)體之間均采用M30、8.8級(jí)螺栓連接，中間加3mm厚橡膠墊。在筒體底部制作托架，托架分三塊制作，之間用螺栓連接。每段又分為三件.托架承力板用24mmA3板，筋板用20mmA3板,底板用24mmA3鋼板，底部用200x200mm工字鋼焊接成為整體。托架與下部簡(jiǎn)體焊接連成一體，焊接時(shí)托架板先與簡(jiǎn)體焊接，再焊接橫向筋板，焊接底板和工字鋼。托輪組裝完后，工字鋼底邊與車站底板預(yù)埋件焊接，托架須用型鋼與車站側(cè)墻頂緊.（2）后端蓋由冠球蓋和平面環(huán)板組成，冠球蓋和平面環(huán)板材料用30ram鋼板，平面環(huán)板加焊36個(gè)厚30mm、高500ram的鋼板筋板，環(huán)向均布排列焊接。后蓋邊緣法蘭與鋼套筒端頭法蘭采用M30、8.8級(jí)螺栓連接。冠球蓋用30ram鋼板整體沖壓焊接成形，后蓋平面環(huán)板與冠球蓋外緣內(nèi)外焊接成整體.制作完工要在球蓋內(nèi)側(cè)加焊型鋼或鋼管井子玄，防止變形。4.2簡(jiǎn)體部分連接（1）安裝第一節(jié)鍘套筒的下半段，使鋼套筒的中心與事先確定好的井口盾體中心線重合，在下半段的鋼套筒左右兩邊的法蘭處放好6mm厚的橡膠密封墊，在與第二節(jié)的下半部連接過(guò)程中要注意水平位置與縱向位置的一致，確保螺栓孔對(duì)位準(zhǔn)確，并用M30的高強(qiáng)螺栓連接緊固.（2）將下半部連接好以后，再將第1節(jié)上半部連接，然后再將過(guò)渡連板與第1節(jié)鋼套筒對(duì)接。依次將第2、3節(jié)上半塊連接，將各個(gè)連接螺栓緊固.4.3后端蓋的連接后端蓋由冠球蓋與后蓋板兩部分組成，安裝后端蓋時(shí)應(yīng)在地面上把這兩部分連接好再吊下井，后蓋板與冠球蓋之間加6ram厚的橡膠板后用M30螺栓?（8.8級(jí)）上緊在鋼套筒后法蘭上。后端蓋在地面上將橢圓蓋板與后蓋板連接緊固后與第3節(jié)連接法蘭連接，后端蓋板與法蘭連接過(guò)程中底部的連接螺栓已經(jīng)將螺母點(diǎn)焊在法蘭盤的后面，只需直接將連接螺栓緊固即可4.4反力架的安裝反力架采用類似盾構(gòu)始發(fā)反力架安裝方式，反力架緊貼鋼套筒后蓋，冠球部分不與反力架接觸，而且其與盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)反力架的最大不同之處是：它不是與后端蓋的平面板直接接觸傳遞力，而是通過(guò)內(nèi)外2排M30的壓緊螺桿（共128顆）傳遞力（這樣能通過(guò)調(diào)整各顆螺桿的長(zhǎng)度來(lái)更好地保證到反力架各處都能與后端蓋頂緊，消除了平面之間貼不緊造成受力不均勻的影響）。反力架與后蓋板的平面圖,如圖3所示。圖3反力架與后蓋板的平面圖反力架的支撐：反力架上下位均布4根10寸鋼管與洞口墻體頂緊，兩側(cè)中的一側(cè)均布三根10寸鋼管與洞口墻體頂緊，另側(cè)用兩根直徑500mm鋼管斜支撐。支撐斜撐與底板預(yù)埋件焊接要牢固，焊縫位置要檢查，確保無(wú)夾渣、虛焊等隱患.反力架斜撐安裝好以后，需進(jìn)行壓緊螺栓的調(diào)整。安裝好反力架后，分別上緊每個(gè)壓緊螺栓，上緊時(shí)分別采用對(duì)角上緊，保證后蓋的均勻受力。每顆螺栓的壓緊力為54000N（總計(jì)反力架的預(yù)加反力約為700T力），上緊后用鎖緊螺母鎖住，這樣能保證鋼套筒在有水壓時(shí)洞門環(huán)板處連接螺栓不受力。上緊的過(guò)程中注意檢查反力架各支撐是否松動(dòng)，各段法蘭連接螺栓是否松動(dòng).4.5鋼套筒的過(guò)渡連接板與預(yù)埋鋼套筒的連接鋼套筒的過(guò)渡連接板與預(yù)埋鋼套筒相接觸后，要檢查兩個(gè)平面是否全部能夠連接，由于洞門環(huán)板在預(yù)埋的過(guò)程中可能出現(xiàn)變形或平面度偏差較大的情況，所以有可能出現(xiàn)過(guò)渡連接板有些地方無(wú)法與洞門環(huán)板密貼的情況，這時(shí)就需在這些空隙處填充鋼板并與過(guò)渡板焊接牢固，務(wù)必將空隙盡可能地堵住。在確定洞門環(huán)板與過(guò)渡板全部密貼后將過(guò)渡板滿焊在洞門環(huán)板上.焊接過(guò)渡板過(guò)程中，上半部分只焊外側(cè)，下半部分內(nèi)外側(cè)滿焊。4.6鋼套筒檢測(cè)試壓鋼套筒安裝完成后，向鋼套簡(jiǎn)內(nèi)填充泥砂，在填充過(guò)程適當(dāng)加水,保證砂的密實(shí)，然后加水至完全充滿鋼套筒。填料完成后，即可進(jìn)行鋼套筒檢測(cè)試壓。滲漏檢測(cè)從加水孔向鋼套筒內(nèi)加水，如果壓力能夠達(dá)到3bar，則停止加水，并維持壓力穩(wěn)定。如無(wú)法通過(guò)水壓達(dá)到3bar，則利用空壓機(jī)加氣，直至壓力達(dá)到3bar為止,對(duì)各個(gè)連接部分進(jìn)行檢查，包括洞門連接板、鋼套簡(jiǎn)環(huán)向與縱向連接位置、后端蓋板的連接處有無(wú)漏水，檢查反力架支撐的各個(gè)焊縫位置有無(wú)脫焊情況。鋼套筒位移檢測(cè)對(duì)鋼套簡(jiǎn)應(yīng)進(jìn)行位移檢測(cè)，在試水、加壓測(cè)試前，在鋼套筒與洞門環(huán)板連接的部位分區(qū)安裝應(yīng)變片，在鋼套筒表面安裝百分表，在加壓過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)變超標(biāo)或位移過(guò)大，必須立即進(jìn)行泄壓、分析原因并采取解決措施。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，位移量控制最嚴(yán)格的位置是洞門環(huán)板與鋼套筒的連接位置，允許變形量在1.52mm。另一位置是后蓋橢球體的中心圓點(diǎn)位置，此處受壓力最大，必須監(jiān)測(cè)其變形量，最大允許變形量為5mm。5盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前，通過(guò)實(shí)際測(cè)量計(jì)算出盾構(gòu)刀盤碰端頭加固連續(xù)墻的里程。盾構(gòu)機(jī)在到達(dá)此里程即進(jìn)入到達(dá)掘進(jìn)狀態(tài)，以每天兩次的頻率監(jiān)測(cè)地面的沉降情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采取補(bǔ)漿等措施.在到達(dá)前3O環(huán)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)核，并確保盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)出洞.碰壁前推進(jìn)設(shè)置：在盾構(gòu)機(jī)碰壁以前，就必須注意盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)的選擇，防止糾偏過(guò)急以及通過(guò)正確的管片選型，保證盾構(gòu)機(jī)碰壁時(shí)良好的盾構(gòu)姿態(tài).在即將碰壁之前，速度提前一環(huán)減d,Nd，于10mm/min，推力〈12000kN；到碰壁前5Ocm時(shí)，速度減小到5mm/min；推力減小到10000kN以下；刀盤轉(zhuǎn)速〈1.5?2rad/min；環(huán)流流量控制在500600m3/h之間，以便順利帶出渣土。出洞推進(jìn)設(shè)置：①參數(shù)設(shè)置：推速＜10mrdmin;推力＜10000kN；刀盤轉(zhuǎn)速(1.5?2rpm；②出洞時(shí)姿態(tài)控制：為了防止出洞時(shí)盾構(gòu)機(jī)載頭，要求盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭高于軸線2—3cm，呈略抬頭向上姿勢(shì)。進(jìn)鋼套筒掘進(jìn)參數(shù)設(shè)置:參數(shù)設(shè)置:推速＜5mm/min；推力〈8000kN,視實(shí)際推力大小，以不超過(guò)此值為原則:在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)以管片拼裝模式掘進(jìn)，先利用環(huán)流對(duì)土倉(cāng)進(jìn)行清洗，再提高拼裝模式的推力，如果推力不具備將盾體向前頂推的能力，則采用掘進(jìn)模式，刀盤轉(zhuǎn)速控制在0：5?l.Orpm,刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)前，要與鋼套筒外部進(jìn)行聯(lián)系，確認(rèn)人員及設(shè)備安全后，才能進(jìn)行掘進(jìn)模式.盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)過(guò)程中，要確保與外界聯(lián)系，密切觀察鋼套筒的情況，一旦發(fā)現(xiàn)變形量超量或有滲漏時(shí)，必須立即停止掘進(jìn),及時(shí)采取補(bǔ)救措施。進(jìn)套筒時(shí)姿態(tài)控制：必須以實(shí)際測(cè)量的鋼套筒安裝中心線為準(zhǔn)控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，要求中心線偏差控制在~2cm之內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入鋼套筒內(nèi)之后，要注意姿態(tài)控制和頂推托輪組的適時(shí)調(diào)整。如圖4、5所示，在刀盤通過(guò)第一個(gè)托輪組之后，即立刻將第一組托輪頂起，根據(jù)原來(lái)標(biāo)定的零位，將托輪頂推出125mm，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證托輪頂住盾體為原則。按圖中所示分布共12組托輪組，每邊6個(gè)，在刀盤通過(guò)每個(gè)托輪組之后，立即將托輪項(xiàng)升至支撐盾體，確保盾體不出現(xiàn)栽頭.圖5頂推盾體托輪組安裝分布示意圖托輪組按后附圖中尺寸設(shè)計(jì)制作，每組托輪組按可承載力50t設(shè)計(jì),托輪組是一種主動(dòng)防止盾構(gòu)栽頭的措施，即在盾構(gòu)機(jī)刀盤一旦完全通過(guò)托輪組后，立即將托輪組頂升出來(lái)。由于鋼套筒的內(nèi)徑與盾體的外徑單邊間隙是125mm，所以托輪組頂升行程不得超過(guò)理論值125mm.當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)破除素混凝土連續(xù)墻時(shí)由于洞門鑿除后有回填的水泥砂漿，所以在破除連續(xù)墻時(shí)可以確保切削下的混凝土塊能夠順利被刀盤擠碎并進(jìn)入土倉(cāng)，在進(jìn)入排泥口前經(jīng)過(guò)碎石機(jī)和隔柵，所以大塊的混凝土塊是無(wú)法進(jìn)入管道內(nèi)的。當(dāng)破除回填洞門處的水泥砂漿時(shí)，由于鋼套筒內(nèi)已經(jīng)回填了密實(shí)的砂，并加壓至2.0bar左右，在刀盤破除洞門回填混凝土?xí)r，依靠鋼套筒背壓，完全能夠?qū)⑺嗌皾{擠碎，并順利進(jìn)入土倉(cāng)，只要能夠進(jìn)入土倉(cāng)，就不會(huì)對(duì)掘進(jìn)造成較大影響.盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至盾體上的注脂孔到達(dá)端頭加固連續(xù)墻時(shí)，停機(jī)在盾體內(nèi)預(yù)留的注脂孔往外注入聚氨脂，聚氨脂與盾體外的地下水反應(yīng)形成聚合物填充盾體與連續(xù)墻之間的空隙，防止加固體外的地下水進(jìn)入刖萬(wàn)。注漿封堵：在盾體出洞，盾尾通過(guò)洞口過(guò)程中，每環(huán)均補(bǔ)充雙液注漿，在盾尾通過(guò)新增連續(xù)墻后，要在盾尾部位的管片注雙液漿，注漿量為管片與洞門和隧道間隙的180%。時(shí)刻檢查鋼套筒是否有漏漿、形變等情況，如有漏漿或者形變過(guò)大等情況發(fā)生，可以采取調(diào)低氣壓，減小推速等措施。盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)體推到位置并完成盾尾密封后，開環(huán)流清洗土倉(cāng)。然后逐步泄壓，并通過(guò)環(huán)流將鋼套筒土倉(cāng)中的漿液抽走。排出剩余的漿液并檢查簡(jiǎn)體的漏漿情況，待盾尾雙液漿凝固后，開始拆除鋼套筒。6總結(jié)盾構(gòu)到達(dá)采用接收鋼套筒主要有安全、工序簡(jiǎn)單、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn).從以上的鋼套筒施工工藝及工程實(shí)踐來(lái)看，鋼套筒經(jīng)過(guò)多次裝拆、吊運(yùn)，而且鋼套筒下部由于焊接量大，時(shí)間長(zhǎng)后會(huì)因自然時(shí)效產(chǎn)生變形，導(dǎo)致鋼套筒變形。因此，主要注意以下幾點(diǎn)：使用前對(duì)整體鋼套筒的圓度進(jìn)行檢查，確保其圓度，避免盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入鋼套筒時(shí)與鋼套筒間距不均，導(dǎo)致盾體與鋼套簡(jiǎn)碰撞使鋼套筒發(fā)牛位移變形等意外。鋼套筒分多塊組成，各組成塊之間均須加墊橡膠墊，對(duì)橡膠墊必須嚴(yán)格控制質(zhì)量，防止損壞，或有漏洞，避免出現(xiàn)漏漿泄壓，導(dǎo)致泥水壓力不能建立。另外，鋼套筒各部件之間連接均采用螺栓連接，對(duì)螺栓連接面也應(yīng)進(jìn)行檢查，對(duì)連接面出現(xiàn)變形或破壞的部位進(jìn)行修復(fù)，避免出現(xiàn)漏洞。連接螺栓是保證各部分連接緊密的重要構(gòu)件，使用前應(yīng)確保連接螺栓質(zhì)量和數(shù)量，保證各部分連接的強(qiáng)度。鋼套筒焊縫由鋼板焊接而成，使用前必須全面檢查鋼套筒各個(gè)部位的焊縫，對(duì)有損傷的焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊，確保焊縫質(zhì)量，保證整個(gè)鋼套筒的整體性。確保