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鋼護筒在盾構接收井中的應用

文檔作者：余遠紅文檔來源：中鐵十八局集團第四工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年10月18日
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軌道交通與地下工程器
Track Traffic＆Underground Engineering
余遠紅
(中鐵十八局集團第四工程有限公司天津地鐵項目部，天津300200)
摘要：針對天津地鐵5號線張興莊站一志成路站區間的特殊工程地質條件及復雜環境，采用鋼護簡明洞接收解決了施
工難題。介紹了鋼護筒的結構組成，論述了鋼護簡明洞接收施工工藝。鋼護筒明洞接收技術的優越性，決定了其在難度較
大的盾構接收施工中具有廣泛地應用前景。
關鍵詞：地鐵；盾構接收；冷凍加固；鋼護筒
中圖分類號：U 455．43 文獻標志碼：B 文章編號：1009—7767(2016)02—0075—04
Application of Steel Casing in Shield Receiving Pit
Yu Yuanhong
隨著城市地鐵建設規模的擴大，盾構法廣泛應用
于地鐵區間隧道工程中。盾構到達接收是盾構法施工
的一個關鍵環節。始發與到達接收發生的事故占一半
以上，再加上穿越房屋、鐵路及既有地鐵等建(構)筑
物，更是盾構施工中的難點和最大風險點。目前，對于盾
構接收施工方式的選擇沒有統一規定，盾構接收工序
經常會存在較大風險．容易發生事故。對于盾構到達的
安全措施，傳統工藝主要采用端頭注漿加固、冷凍法、
水中到達等方式。筆者認為為確保盾構接收的安全性，
宜采用地面垂直冷凍加固+鋼護筒明洞接收工藝【l-31。
1盾構接收技術概述
1．1盾構接收技術分類
盾構接收技術可分為3類：土體加固、洞門密封、
壓力平衡。
土體加固是指通過土體加固改良技術(如注漿、旋
噴、攪拌、素混凝土地下連續墻、素混凝土圍護樁、凍
結法、降水固結等技術)，對盾構接收端的軟弱土體進
行加固改良。提高土體自穩能力，以消除盾構機進洞
時由于土質軟弱所帶來的風險。
洞門密封是指在盾構接收端設置密封裝置。以封
閉盾構機進洞時引起的盾體或管片與預留洞口間的
間隙。防止發生噴涌事故，以保證盾構機進洞安全。
壓力平衡是指在盾構進洞時，采用豎井內外水土
壓力平衡的原理．使豎井外側水土處于相對平衡穩定
狀態，不至于發生向井內噴涌的情況，使盾構安全進洞。
以上3種方法基本能保證盾構接收時土體的穩定，
抑制噴涌事故的發生，但容易出現質量缺陷。同時地層
加固加大了盾構掘進的難度，延長了工期，提高了造價；
這些工藝在施工中存在著不利于環保的因素，對環境影
響較大。如何既安全又經濟，既不冒險也不保守，順利
完成盾構的接收工作，需要在此基礎上進行新的探索。
1．2鋼護筒盾構接收技術
盾構施工時經常會遇到接收端加固效果不滿足
要求或失效的問題．并且傳統的盾構接收技術還存在
著安全性低和成本較高的缺點。鋼護筒盾構接收技術
很好地解決了這個難題。鋼護筒是直徑比盾構略大、
長度比盾構略長的圓筒狀鋼結構，一端開El、另一端
封閉，開El端預埋在洞門內，從而形成封閉系統。在鋼
護筒內填人經試配的膨潤土、粉煤灰、砂漿填料。形成
一個外延接收體，密閉后以平衡地下水土壓力，最終
完成盾構接收。
鋼護筒盾構接收技術具有以下優點：
1)鋼護筒采用分節拼裝，有利于快速施工，可以周
轉重復使用：
2)通過對鋼護筒進行密封處理，可以使盾構接收
過程完全密閉。以抵抗后部地下水土壓力：
3)鋼護筒內的填充料提高了鋼護筒接收施工的速
度及可操作性：
4)相對于其他接收工藝，鋼護筒造價及安裝成本
較低：
5)施工安全性好．可在大深度、高水壓條件下進
行盾構接收工作。
ZOZ6年$2_(3一)第34毫．事葒投木75
萬方數據
器軌道交通與地下工程
Tmek Tra怖c＆Underground Engineering
隨著我國沿海一線城市(天津、上海、深圳等)地
鐵交通建設步伐的加快，沿海地區普遍存在著的砂石
含量多、富水程度高、承壓能力弱等不良地質條件對
施工提出了巨大挑戰，盾構施工被廣泛采用以克服這
些問題。鋼護筒盾構接收工藝有效地解決了盾構接收
中的涌水、涌砂等災害，可適用于超深地層、富水、土
體強度低等惡劣工程條件，保證了盾構的順利接收和
地表建筑的安全。能夠有效降低施工風險和工程成本。
2工程概況
天津地鐵5號線張興莊站一志成路站區間為單
洞單線隧道。區間線路起于張興莊站，沿規劃均富路
敷設，下穿北環線鐵路、宜興埠鎮到達志成路站。區間
無聯絡通道。該區間隧道采用盾構法施工，左右線先后
采用1臺盾構機從志成路站始發，在張興莊站接收。
張興莊站為天津地鐵5號線與3號線換乘站，T型
換乘。5號線張興莊站為地下3層站，3號線張興莊站
為地下2層站，換乘節點于2009年施工完成，預留盾
構接收條件。盾構到達3號線張興莊站后，在站內空推
橫穿3號線張興莊站，在5號線站端盾構接收井處吊
出。接收端頭井臨近北環線鐵路，區間左線接收井距
離北環線鐵路16．81 m，右線接收井距離北環線鐵路
18．34 m(見圖1)。
圖1 區間隧道穿越北環線鐵路平面圖
盾構接收端處于粉土微承壓含水層，穩定性差，在
盾構接收過程中容易產生涌水、涌砂；盾構接收端在
北環線鐵路的運行影響范圍內。盾構機接收風險很大。
為規避風險、確保施工安全和施工質量，采用鋼護筒
盾構接收技術【41。
3盾構接收工藝
該工程采用“地面垂直冷凍加固+鋼護簡明洞接
收”工藝。
盾構接收端頭井土體加固受施工場地的限制，水
平凍結加固無法施工，故采用水平注漿，垂直凍結法
加固地基的施工方法151，使洞IS]范圍內的土體凍結成
強度高和不透水的板塊，為破洞門提供條件。盾構接收
施工流程如圖2所示。
76辛葒笈木2016 No．2(Mar．)V01．34
3．1鋼護筒施工方法
鋼護筒明洞接收是利用與既有車站接收井洞門
外端連接護筒，l臨時制作1個密閉型箱體，并將箱體
內臨時填充黏土等材料，以此來平衡盾構推出隧道
洞門時漏水涌砂壓力，盾構機推入密閉箱體隧道洞
El注漿封閉后，拆除密閉箱體，完成盾構接收的施工
措施。
3．1．1鋼護筒設計制作
鋼護筒內徑勿6 700 mm，外徑矽7 124 mm，長12 m，
分為6節，每2 m為1節，每節分為上下2塊半圓，簡
體材料采用12 mm厚的Q235B鋼板，每段筒體的外周
焊接縱、環向筋板形成網狀以保證簡體剛度，鋼護筒
簡體如圖3、4所示。
萬方數據
盾構機姿態復核
盾構接收段土體加固卜_————十一——叫洞門及預埋鋼環位置的復核
，
1接收洞門內水平注漿l
t
l接收端頭垂直凍結加固l
盾構推進至離地連墻60 m
破除外層約70％地連墻
安裝鋼護筒并做好止水密封
拔除凍結管路
鑿除剩余地連墻
鋼護筒內回填土方、注漿封閉
盾構連續推進至接收護簡羯晏㈣萋堅卜—[壺I 鋼護筒內繼續注雙液漿或者卜-1檢查注漿止水效果
聚氨醣封閉止水一拆除鋼護筒并清理土力
洞門10環范圍內注雙
液漿封閉止水
洞門圈與管片封閉焊
接，完成接收
3．1．2鋼護筒安裝方法
因盾構接收端張興莊站為地鐵5號線與3號線
換乘站．鋼護筒需從5號線盾構孔吊裝下井組裝完成
后，平推約20m至接收洞門與預埋鋼環連接。平推采
用在端頭井底板滿鋪1 cm厚的鋼板，沿鋼板外邊緣間
軌道交通與地下工程器
Track Traffic&amp;amp;Underground Engineering
距30 cm．采用M20×150的膨脹螺栓與底板錨固，鋼板
上表面抹涂黃油，采用2個100 t的液壓千斤頂，將組
裝完成的鋼護筒頂推至接收洞門。
3．1．3鋼護筒安裝步驟
1)主體部分連接
在開始安裝鋼護筒之前，首先在基坑內確定線路
中心線。鋼護筒定位時，要求鋼護簡架中心線與線路
中心線重合。將加工好的鋼護筒分節吊運至盾構井下，
先進行分塊連接，后進行分段成筒連接，最后安裝后
端封板，連接部位均采用10 mm厚橡膠墊密封。鋼護筒
安裝完成后，對筒體位置進行復測，檢查盾構機中心
線與到達的線路中心線是否重合。
2)后端蓋連接
后端蓋與筒體之間加10 mm厚的橡膠密封墊后，
用M30螺栓(8．8級)緊固在鋼護筒后法蘭上。
3)鋼護筒頂推平移
將已經連接好的鋼護筒向洞門位置頂推平移。利用
2個100 t液壓千斤頂一邊頂在基坑底板上，另一邊頂
在后端蓋的平面位置．將已經連接好的鋼護筒沿隧道
中心線向洞門方向平移，直至鋼護筒端部與洞門鋼環
相接．并保持隧道中心線與鋼護筒中心線不偏離。鋼護
筒頂推平移如圖5所示。
號
線
盾
構
吊
裝、
運營3號線孔
——螽．．．．．．．
W
液壓站
／門?潛輔l一，。厘-鋼j犧k＼、、I‘?一——一—————l—r_—-I{—▲1】 j一 - ● - _ - - ● _ _ - - - - ● - ，／
4)反力架安裝
鋼護筒端部安裝反力架，用于給鋼護筒整體提供
反力．反力架緊貼后端蓋安裝，反力架為“井”字結構形
式。“井”字框架采用500 mln的工字鋼組焊而成。
受車站結構限制，反力架采用鋼管斜撐作用在底
板上。斜撐采用@609 mm、厚14 mm的鋼管。上下橫梁
各設置3道斜撐，左右立柱各設置3道斜撐，斜撐一
端與反力架連接，另一端與錨固在車站底板上的鋼板
焊接．鋼板厚12 mm，通過底板植筋進行錨固，然后澆
筑1．5 mxl mxl ITI的混凝土墩將整個端部固定。
Z016#2期(3一)第34蹇啼葒投木77
萬方數據
器軌道交通與地下工程
Track Tmfflc＆Underground Engineering
5)筒體與洞門的連接
反力架安裝完成后，經對中心線復測確認無誤后，
將鋼護筒與洞門鋼環進行連接。鋼護筒前端連接法蘭
與車站主體結構預埋鋼環通過螺栓連接。接縫處安
裝10mm厚橡膠密封條及2條遇水膨脹膠條。同時將
鋼護筒前端連接法蘭與洞門鋼環里側進行焊接。
6)環向支撐
鋼護筒安裝完畢經檢查確認后。即可安裝環向支
撐。環向支撐一側與鋼護筒連接，另一側支撐在基坑側
墻(立柱)結構上，支撐在側墻的一端加鋼板封蓋，保
證支撐與側墻的接觸面積。環向支撐每2 m設置1道，
每個環面設置8道，其中4道設置在托架兩側；為增
加護筒的抗扭轉能力，另外4道設置在環面上部+60 o
及環中心兩側，環向支撐安裝如圖6所示。
a)實例l b)實例2
圖6鋼護筒環向支撐安裝實例圖
7)密封性檢查
鋼護筒組裝完成后，在筒體內壓水檢查其密封性，
氣壓為0．2 MPa。若在12 h內壓力保持在0．18 MPa以
上，則可滿足質量要求，如果小于0．18 MPa，需檢查并
修復其密封缺陷，然后再次試壓，直至滿足要求。
8)填料
接收護筒安裝完畢、檢查合格并鑿除洞門地連墻
后，即進行護筒砂漿回填，回填施工一次完成。明洞內回
填采用M1．5砂漿．盾構機推出洞門后繼續切削砂漿，
盾構機在砂漿內接收。因接收井上部封閉，故從5號線
張興莊盾構吊裝孔下料，采用地泵泵送至鋼護筒內。
3．2洞門密封
盾構接收推進過程中．為了保證洞門密封的質量，
采取以下措施對洞門進行封堵：
1)盾構推進時，同步注漿要嚴格按照技術交底進
行，填充好施工間隙。
2)在加固體與原狀土的分界面處連續15環注雙
液漿形成環箍，封堵開挖土體與管片外殼之間的滲漏
通道。
78辛葒投木2016 No．2(Mar．)V01．34
3)盾尾進入加固體后，在已成型的隧道內利用管
片上預留的注漿孔．向管片外側注入雙液漿及時形成
環箍。隨時檢查鋼護筒是否有漏漿、變形等情況．若有
則可采取調低氣壓減小推速等措施。
4)最后1環采用外側預埋背負鋼板管片，待鋼護
筒拆除后，背負鋼板與洞門鋼環之間用L型鋼板焊接。
5)在鋼護筒的安裝和接收過程中，制造廠家技術
人員要全程跟蹤，確保其圓度，避免盾構機進入鋼護
筒時與鋼護筒間隙不均，導致盾體與鋼護筒碰撞使鋼
護筒發生位移變形等意外，并在出廠前進行加壓試驗，
以保證鋼護筒自身密封性的完好。
6)盾構機全部進入鋼護筒后，打開車站側墻上預
留的注漿管以及最后幾環管片上預留的注漿孔的球
閥和鋼護筒上側預留的觀測管，觀察滲漏情況，如有
滲漏，則繼續通過預留注漿管、注漿孔注漿，直至打開
球閥無水流出．方可拆除鋼護筒。
3．3鋼護簡拆除
當洞門封閉后。通過注漿孔轉孑L檢查加固情況，在
確保無風險的情況下開始將套筒端門拆除。首先將上
部鋼護筒從末到前逐次拆除；然后在清理盾構表面填
充料后開始拆除盾構：最后將剩余鋼護筒和基座拆除。
4結論
盾構機鋼護筒明洞接收新工法在天津地鐵5號
線土壓平衡盾構隧道的成功應用，有效地規避了在不
利地質地層進洞過程中的各種風險。鋼護筒明洞接收
工藝所具有的安裝簡便、經濟實用、安全可靠、工期
短、可循環利用的優點，大大降低了富水軟弱地層和
超深地層等不良地質及復雜環境下發生災害的幾率，
有效地降低了施工風險和工程成本。可廣泛用于各類惡劣地質條件下難度較大的盾構接收施工。響
參考文獻：
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收稿日期：2015一ll一27
作者簡介：余遠紅，女，工程師，學士，主要從事工程施工技術工作。

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