盾构钢套筒接收施工工艺.docx

1、盾构钢套筒接收施工工艺浅析盾构到达采用接收钢套筒施工工艺和相关问题摘 要：结合具体的工程实例，探讨 了盾构到达采用接收钢套筒的施工过程和相关问题，经实践证明该工艺有效避免盾构到达过程中漏 水、涌砂等风险，确保盾构到达安全。l 引言盾构到达在盾构法隧道施工中占有极其重要的位置，确保盾构以正确的姿态顺利到达，防止出现塌陷等事故是施工的重点。目前国内使用的盾构到达方式有到达端头地层加固、化学浆加固法、冻结法、挖填法、竖井加气法等。盾构到达直接地面加 固 (一道素混凝土连续墙)+接 收钢套筒是城际轨道广州至佛山 段某盾构工程的盾构到达方式，该方案在广州地铁二 、八线延长 线某工程也成功应用。2 到达方

2、案概述车站到端头隧道拱顶部位覆盖土层从下到上依次为中粗砂层、粉质粘土层、淤泥质土、粉细砂 层和杂填土层中粗砂 层和粉细砂层很厚，且地下水丰富，拱部覆盖层稳定性差，必须进行端头加固。盾构到达采用直接地面加固(一道素混凝土连续墙)接收钢套筒，端头加固区域大大缩小，盾构到达时，加固体不能把整个盾构机包含在内，破除洞门后，盾构掘进出洞时洞门密封很难保证抵抗得住地下水压力，一旦地下水击穿洞门密封，密封失效，地下水将夹杂地层中的砂土漏出，导致地层流失，造成地面塌方等事故，盾构不能顺利到达。为确保盾构顺利到达接收，采用密闭接收装置接 收方案，即在洞门外，采用特制钢套筒与洞门预埋钢套筒连接。钢套筒安装之前，先

3、凿除洞门车站围护结构，采用低强度材料回填，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，接收钢套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后泥水盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和 盾构机并吊出，完成到达施工。到达接收方案如图 1所示。图1钢套筒接收示意图3 预埋洞门钢套筒为了避免洞门施工时由于施工困难等因素导致洞门处混凝 土浇筑存在缺陷，拟定在车站洞门施工时，在洞门内预埋一环形 钢套简 钢套筒长度与车站结构厚度一致，商接作为洞门环形模 板，结构面处与洞门设计预埋环板一致，用于lj接收钢套筒连接。套筒内径为 6500mm，长肢为 900ram，在套筒内设置筋板，确保其

4、刚度，同时在套筒内环形预留两排 22mm钢筋孑L，用于插入钢筋加强与车站结构的整体性。钢套筒设计如图 2所示。4 接收钢套筒的安装及检测41钢套筒设计(1)筒体部分长9600mm，内径 6500mm。分三段，每段分为上下两半圆。筒体材料用 16mm厚的 A3钢板 。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，筋板厚20m，高150ram，间隔约550x600mm。每段简体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，法兰用24mm厚的A3板，上下两半圆以及两段简体之间均采用 M30、88级螺栓连接，中间加 3mm厚橡胶垫。在筒体底部制作托架，托架分三块制作，之间用螺栓连接。每段又分为三件。托架承力板

5、用 24mmA3板，筋板用20mmA3板，底板用24mmA3钢板，底部用200x200mm工字钢焊接成为整体。托架 与下部简体焊接连成一体，焊接时托架板先与简体焊接，再焊接横向筋板，焊接底板和工字钢。托轮组装完后，工字钢底边与车站底板预埋件焊接，托架须用型钢与车站侧墙顶紧。(2)后端盖由冠球盖和平面环板组成，冠球盖和平面环板材料用 30ram钢板，平面环板加焊 36个厚 30mm、高 500ram的钢板筋板，环向均布排列焊接。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M30、88级螺栓连接 。冠球盖用 30ram钢板整体冲压焊接成形，后盖平面环板与冠球盖外缘内外焊接成整体。制作完工要在球盖内侧加焊型钢或

6、钢管井子玄，防止变形。42 简体部分连接(1)安装第一节铡套筒的下半段 ，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重合，在下半段的钢套筒左右两边的法兰处放好 6mm厚的橡胶密封垫，在 与第二节的下半部连接过程中要注意水平位置与纵向位置的一致，确保螺栓孔对位准确，并用M30的高强螺栓连接紧固。(2)将下半部连接好以后，再将第 1节上半部连接，然后再将过渡连板与第 1节钢套筒对接。依次将第 2、3节上半块连接，将各个连接螺栓紧固。43 后端盖的连接后端盖由冠球盖与后盖板两部分组成，安装后端盖时应在地面上把这两部分连接好再吊下井，后盖板与冠球盖之间加 6ram厚的橡胶板后用 M30螺栓 (88级)

7、上紧在钢套筒后法兰上。后端盖在地面上将椭圆盖板与后盖板连接紧固后与第 3节连接法兰连接，后端盖板与法兰连接过程中底部的连接螺栓已经将螺母点焊在法兰盘的后面，只需直接将连接螺栓紧固即可44 反力架的安装反力架采用类似盾构始发反力架安装方式，反力架紧贴钢 套筒后盖，冠球部分不与反力架接触，而且其与盾构机始发时反力架的最大不同之处是：它不是与后端盖的平面板直接接触传 递力，而是通过内外2排 M30的压紧螺杆 (共 128颗)传递力(这样能通过调整各颗螺杆的长度来更好地保证到反力架各处都能与后端盖顶紧，消除了平面之间贴不紧造成受力不均匀的 影响)。反力架与后盖板的平面图，如图 3所示。图 3 反力架与

8、后盖板的平面图反力架的支撑：反力架上下位均布 4根l0寸钢管与洞口墙体顶紧，两侧中的一侧均布三根 l0寸钢管与洞口墙体顶紧，另侧用两根直径 500mm钢管斜支撑 。支撑斜撑与底板预埋件焊 接要牢固，焊缝位置要检查，确保无夹渣、虚焊等隐患。反力架斜撑安装好以后，需进行压紧螺栓的调整。安装好反力架后，分别上紧每个压紧螺栓，上紧时分别采用对角上紧，保 证后盖的均匀受力。每颗螺栓的压紧力为 54000N(总计反力架的预加反力约为 700T力)，上 紧后用锁紧螺母锁住，这样能保证钢套筒在有水压时洞门环板处连接螺栓不受力。上紧的过程中 注意检查反力架各支撑是否松动，各段法兰连接螺栓是否松动。45 钢套筒的

9、过渡连接板与预埋钢套筒的连接钢套筒的过渡连接板与预埋钢套筒相接触后，要检查两个平面是否全部能够连接，由于洞门环板在预埋的过程中可能出现变形或平面度偏差较大的情况，所以有可能出现过渡连接板有些地方无法与洞门环板密贴的情况，这时就需在这些空隙处填充钢板并与过渡板焊接牢固，务必将空隙尽可能地堵住。在确定洞门环板与过渡板全部密贴后将过渡板满焊在洞门环板上。焊接过渡板过程中，上半部分只焊外侧，下半部分 内外侧满焊。46 钢套筒检测试压钢套筒安装完成后，向钢套简内填充泥砂，在填充过程适当加水，保证砂的密实，然后加水至完全充满钢套筒。填料完成后，即可进行钢套筒检测试压。(1)渗漏检测从加水孔向钢套筒内加水，

10、如果压力能够达到 3bar，则停止加水，并维持压力稳定。如无法通过水压达到 3bar，则利用空压机加气，直至压力达到 3bar为止，对各个连接部 分进行检查，包括洞门连接板、钢套简环向与纵向连接位置、后端盖板的连接处 有无漏水，检查反力架支撑的各个焊缝位置有无脱焊情况。(2)钢套筒位移检测对钢套简应进行位移检测，在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区安装应变片，在钢套筒表面安装百分表，在加压过程 中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行泄压、分析原因并采取解决措施。根据设计计算，位移量控 制最严格的位置是洞门环板与钢套筒的连接位置，允许变形量在 15 2mm。另一位置是后盖椭

11、球体的中心圆点位置，此处受压力最大，必须监测其变形量，最大允许变形量为 5mm。5盾构机到达掘进(1)盾构机到达前 ，通过实际测量计算出盾构刀盘碰端头加 固连续墙的里程。盾构机在到达此里程即进入到达掘进状态，以每天两次的频率监测地面的沉降情况，并根据监测数据，采取补浆等措施。在到达前 3O环对盾构机姿态进行复核，并确保盾构机沿设计轴线推进出洞。(2)碰壁前推进设置 ：在盾构机碰壁以前，就必须注意盾构机掘进参数的选择，防止纠偏过急以及通过正确的管片选型，保证盾构机碰壁时良好的盾构姿态。在即将碰壁之前，速度提前一环减d,Nd,于 10mmmin，推力12000kN；到碰壁前 5Ocm时，速度减小到

12、5mmmin；推力减小到 10000kN 以下；刀盘转速15 2radmin；环流流量控制在 500 600m3h之间，以便顺利带出渣土。(3)出洞推进设置 ：参数设置：推速10mrdmin；推力 10000kN；刀盘转速 (152rpm；出洞时姿态控制：为了防止出洞时盾构机载头，要求盾构机机头高于轴线 2-3cm，呈略抬头向上姿势。(4)进钢套筒掘进参数设置：参数设置：推速5mmmin；推力8000kN，视实际推力大小，以不超过此值为原则：在钢套筒内掘进以管片拼装模式掘 进，先利用环流对土仓进行清洗，再提高拼装模式的推力，如果推力不具备将盾体向前顶推的能力，则采用掘进模式，刀盘转速控制在 0

13、：51Orpm，刀盘转动前，要与钢套筒外部进行联系，确认人员及设备安全后，才能进行掘进模式。盾构机在钢套筒内掘进过程中，要确保与外界联系，密切观察钢套筒的情况，一旦发现变形量超量或有渗漏时，必须立即停止掘进，及时采取补救措施。进套筒时姿态控制 ：必须以实际测量的钢套筒安装中心线为准控制盾构机姿态，要求中心线偏差控制在2cm之内。盾构机在进入钢套筒内之后，要注意姿态控制和顶推托轮组的适时调整。如图4、5所示，在刀盘通过第一个托轮组之后，即立刻将第一组托轮顶起，根据原来标定的零位，将托轮顶推出125mm，并根据测量数据进行适当调整 ，以保证托轮顶住盾体为原则。按图中所示分布共 12组托轮组，每边

14、6个，在刀盘通过每个托轮组之后，立即将托轮项升至支撑盾体，确保盾体不 出现栽头。图 5 顶推盾体托轮组安装分布示意图托轮组按后附图中尺寸设计制作，每组托轮组按可承载力50t设计，托轮组是一种主动防止盾构栽头的措施，即在盾构机刀盘一旦完全通过托轮组后，立即将托轮组顶升出来。由于钢套 筒的内径与盾体的外径单边间隙是 125mm，所以托轮组顶升行程不得超过理论值 125mm。(5)当盾构推进破除素混凝土连续墙时由于洞门凿除后有回填的水泥砂浆，所以在破除连续墙时可以确保切削下的混凝土块能够顺利被刀盘挤碎并进入土仓，在进入排泥口前经过碎石机和隔栅，所以大块的混凝土块是无法进入管道内的。当破除回填洞门处的

15、水泥砂浆时，由于钢套筒内已经回填了密实的砂，并加压至20bar左右，在刀盘破除洞门回填混凝土时，依靠钢套筒背压，完全能够将水泥砂浆挤碎，并顺利进入土仓，只要能够进入土仓，就不会对掘进造成较大影响。(6)盾构机掘进至盾体上的注脂孔到达端头加固连续墙时，停机在盾体内预留的注脂孔往外注入聚氨脂，聚氨脂与盾体外的地下水反应形成聚合物填充盾体与连续墙之间的空隙，防止加固体外的地下水进入前方。(7)注浆封堵 ：在盾体出洞 ，盾尾通过洞口过程中，每环均补充双液注浆，在盾尾通过新增连续墙后，要在盾尾部位的管片注双液浆，注浆量为管片与洞门和隧道间隙的 180。时刻检查钢套筒是否有漏浆、形变等情况，如有漏浆或者形

16、变过大等情况发生，可以采取调低气压，减小推速等措施。(8)盾构机简体推到位置并完成盾尾密封后 ，开环流清洗土仓。然后逐步泄压，并通过环流将钢套筒土仓中的浆液抽走。排出剩余的浆液并检查简体的漏浆情况，待盾尾双液浆凝固后，开始拆除钢套筒。6 总结盾构到达采用接收钢套筒主要有安全、工序简单、可重复利 用等优点。从以上的钢套筒施工工艺及工程实践来看，钢套筒经过多次装拆、吊运，而且钢套筒下部由于焊接量大，时间长后会因自然时效产生变形，导致钢套筒变形 。因此，主要注意以下几点：(1)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，导致盾体与钢套简碰撞使钢套筒发牛位移

17、变形等意外。(2)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，导致泥水压力不能建立。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。(3)钢套筒焊缝由钢板焊接而成，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。(4)确保盾构机在钢套筒里掘进的姿态控制，预防出现磕头现象导致刀盘旋转刮擦钢套筒，防止刀盘旋转产生的盾体滚动和刀盘在洞门被卡等情况，否则后果不堪设想。因此，盾构机进入钢套筒后腰注意姿态控制和适时顶推托轮组。(5)洞门注浆密封是关键工序之一，也是拆除钢套筒后的安全保障。洞门注浆时因回填砂比较松散，管片处补充的浆液可能会窜流进钢套筒中，使得洞门处的局部位置不能得到有效的封堵，如果注浆压力大可能导致洞门预埋钢套筒与管片之间漏浆、漏水。囚此，洞门注浆需要同孔间隔式多次注浆，使得浆液能够逐步填充满洞门处的盾尾间隙，若出现漏水可适当停止注浆。