浅析盾构始发与接收钢套筒施工工艺

浅析盾构始发与接收钢套筒施工工艺

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摘要:随着城市化建设进程的不断深入,地铁交通凭借安全、高效、环保等特点应用愈发广泛,地铁建设行业发展迅速。地铁施工过程中,受地质条件多变性、复杂性影响,施工难度较大且不确定性大,应用盾构隧道技术进行施工,可有效提高地铁工程施工的安全性和质量。笔者从盾构施工入手,就其工作基本原理、施工工艺和施工控制,发表几点看法,以供相关单位参考。

关键词:盾构始发;盾构接收;钢套筒;施工工艺

随着现代化城市不断发展,地铁交通凭借安全、高效等优势,得到越来越广泛的应用,地铁建设工程数量不断增加。盾构始发和接收在盾构施工中占据重要地位,施工风险大,对于施工技术和工艺有着较高且严苛的要求。传统施工工艺中,在正式盾构进出洞施工前,需对端头土体进行加固处理,以提高土体的强度和稳定性,并在一定的洞口范围内,形成止水帷幕,降低地下水的影响。传统的端头加固施工工艺对场地有一定要求,但实际施工过程中,地铁施工大多在城市中心地区进行,周边交通流量大,建构筑物多,征地困难,地下管线复杂,管线迁改难度大,各类加固处理技术的应用具有较大的局限性。钢套筒盾构始发和接收技术的应用,有效解决了传统工艺的局限性问题,并且凭借适用性强、安全经济等特性,得到越来越广泛的应用。

一、盾构钢套筒施工技术基本原理概述

(一)盾构钢套筒施工技术简述

盾构始发钢套筒是两端开口的筒状结构,整个盾构始发钢套筒装置由过渡环、筒体、反力调节装置、反力架和前后左右支撑组成;盾构接收钢套筒是一端开口的筒状结构,整个盾构钢套筒接收装置分为过渡环、筒体、后端盖、反力调节装置和前后左右支撑组成;

钢套筒筒体共有上下两个部分,通常情况下使用30mm钢板材料分段卷制支撑,同时焊加环向和纵向筋助。装置整体使用橡胶密封圈和法兰完成连接,始发及接收钢套筒如下图所示。

(二)工作基本原理分析

就盾构始发及接收施工而言,其风险主要表现于因开挖面与盾构机之间存在间隙、密闭性不足,导致开挖面渗漏或欠压问题,最终造成地面沉降及土体变形风险。使用钢套筒辅助盾构始发及接收,通过应用合理技术措施平衡洞门结构内外的水土压力,防止盾构机始发或接收时出现漏水、漏砂的情况,从而有效降低施工风险,提高施工安全性和施工效率。

使用钢套筒进行盾构始发时,首先需保障洞门侧墙与钢套筒一端紧密连接,而钢套筒另一端则借助由千斤顶组成的反力平衡装置与反力架连接,同时在套筒内部完成负环管片的拼装。待通过组装测试后,使用预留注浆孔,在盾构与钢套筒中间空隙中填充料、水等物质,逐渐在钢套筒内形成稳定的掌子面压力,操作人员可结合施工实际需求调节压力,在始发切削连续墙过程中平衡墙后水土压力,在此状态下,即使未对墙后土体进行加固处理,也不会造成渗漏或严重的土体变形问题。同理,在接收盾构时,同样需保持洞门地下连续墙与钢套筒一端紧密相连,同时另一端完成后盖板安装后,借助反力调节装置与反力架连接。待通过组装测试后,使用预留注浆孔,注入水和填充料,控制墙后水土压力与筒内压力基本相同,以保持盾构破墙后的压力平衡,降低接收施工风险。

二、钢套筒盾构施工工艺分析

(一)钢套筒盾构始发工艺分析

1、施工前准备

正式施工前,需将洞门过渡钢环植筋锚固于端头连续墙上,控制调整过渡环安装端面的轴线精度和平整度,在侧墙与过渡环间的缝隙中,应填充砂浆材料,以确保接缝密封完好、无泄漏问题。

2、安装施工

钢套筒下半部分安装应分块进行,分块安装及过渡换与套筒间应使用橡胶垫进行密封,底板与底座间应使用垫块垫实,以确保安装稳固性和精准度。完成下半部分的套筒安装操作后,在下半部分钢套筒内焊接轨道,施工过程中测量人员现场放样,严格控制轨道施工精准度,保障后续盾构机推进姿态可控;根据盾构机设计组装顺序和分块在套筒内部组装盾构机主机,组装工作应分步完成,同时注意校准盾构机的坐标和位置。待组装盾构机主机操作完成后,应及时进行与后配套设施的连接工作;钢套上半部分的安装工作同样分块进行,套筒预推力由液压千斤顶提供,同时紧固装置内所有螺栓。反力架及钢套尾部间的反力调节装置的安装操作,应在液压千斤顶顶紧状态下进行,以减少施工过程出现位移偏差量。同时,为避免后续盾构机切削连续墙造成的筒体震动失稳,用工字钢在钢套筒装置与盾构始发井之间进行连接固定,形成前后左右支撑,确保钢套筒装置的稳定性。

3、始发掘进分析

在钢套筒装置安装及盾构设备调试完成后,进行负环管片拼装,拼装过程中,首先拼装2环负环管片,再推动盾构机至连续墙。盾构机切削连续墙之前,对钢套筒装置进行耐压试验和密闭性试验,即钢筒内进行填充注水分级加压,通过严密测量,监测钢套筒变形情况,并检查钢套筒渗漏情况,确保钢套筒耐压性和密闭性符合要求,如发现钢套筒存在渗漏现象,应及时找出泄露点和泄露原因,并对其进行修复。耐压性试验和密闭试验通过后,开始向管片背后、壁后、以及钢筒内部注浆,盾壳与钢套筒间应选择使用非凝固泥沙材料,建立掌子面压力,并做好相应的盾构机掘进切削连续墙准备。切削连续墙过程中,通过调节反力平衡装置中千斤顶油压,以平衡洞门环板受力,减小洞门环板的变形。同时,始发过程中严格监测钢套筒筒体变形、渗漏及洞门环板的变形情况,确保始发的安全性。前5环管片采用多注浆孔的特殊管片进行拼装,盾构主机进洞之后,操作人员应使用特殊管片进行5环管片补充注浆操作,以保障钢套筒与隔断隧道端头稳定的水力联系。同时需借助观察孔,实时关注设备内部注浆情况,保障注浆作业质量。注浆作业以观察口内无水流出为准,达到此标准后,方可停止注浆操作。

4、持续掘进分析

推进100m左右距离时,待管片背后浆液达到相应强度标准,且洞口管片相对稳固之后,土体与管片间的摩擦力即可支撑盾构的持续掘进作业,此时即可拆除钢套筒、反力架以及负环管片等辅助结构。

(二)钢套筒盾构接收工艺分析

同样需将洞门过渡钢环植筋锚固于端头连续墙上,并严格控制安装精度,通知做好其他相应的准备工作;二,钢套筒下半部分及上半部分同样进行分块安装,安装流程及注意事项与始发工艺要求一致;三,套筒预推力同样由液压千斤顶提供,后续操作与始发工艺一致;四,耐压试验及密闭性试验操作与始发工艺一致;五,盾构开挖产生的渣土由进料口完成向接收套筒的填入,同时注水浸实,以控制水土压力与钢筒内部压力相等;六,盾构即将达到前,操作人员需注意对掘进姿态的控制,并多次复核隧道轴线,以确保轴线准确性,为盾构机安全进入奠定基础。盾构机进入套筒过程应慢速进行,最后阶段使用特殊管片进行补充注浆操作,隔断钢套筒及端头间的水力联系,并借助观察孔观察注浆情况,以确保洞口良好的密封效果;七,完成洞口注浆加固操作后,多余泥浆经由排浆阀排除,即可相继拆除反力平衡装置、反力架等辅助结构,完成盾构机的接收操作。

三、施工控制分析

盾构钢套筒始发及接收施工是一项复杂、系统的工作,对于施工工艺和技术有着较高且严苛的要求,在实际操作过程中,主要需注意安装精度、密闭性、盾构推力、套筒压力以及同步注浆等方面的控制。

结语:

本文围绕盾构钢套筒施工工艺进行了分析,重点探究了盾构始发及接收施工的注意要点,并相应分析了其施工控制要点,以供相关单位参考。

参考文献:

[1]胡爽子.浅析盾构始发与接收钢套筒施工工艺[J].四川建材,2016(06).

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[3]马天文.盾构平衡始发与到达施工技术及其风险控制[J].中国工程咨询,2015(06).

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