| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application ·72·
2019年第4期
欧海波
（广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州 510010）
湖北科技学院学报
摘 要：本文主要是对广州十三号线新—官区间土压平衡盾构隧道遇到特殊的地质情况和施工条件，采用盾构到达钢套筒平衡接收工法解决了盾构机安全到达接收的成功案例，同时就钢套筒接收中存在的“铁板砂”问题进行简述。盾构到达钢套筒接收技术不仅能有效地避免盾构机到达接收井施工过程中出现的涌水、涌砂等风险，确保盾构机接收安全，而且盾构到达钢套筒平衡接收方法的成功运用，提高了盾构机到达接收安全风险预控。关键词：土压平衡盾构机；到达接收；钢套筒；端头加固中图分类号：U455 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）04-0072-02作者简介：欧海波（1982—），男，注册监理工程师，注册一级建造师，研究方向：建筑工程项目管理。
1 工程概况
1.1 工程简介
广州十三号线新—官区间位于新塘广深铁路旁。区间中设置32#盾构始发井，向西为新塘站，向东为官湖站。该区间采用两台土压平衡法三菱盾构机施工，先从32#井往新塘站方向始发，左、右线分别掘进至31#井及新塘站吊出，转场回到32#井二次始发，向官湖站掘进，最后官湖站吊出。
1.2 地质情况及周边施工环境
盾构吊出井位于官湖站前明挖段，盾构吊出井端头为环城路小桥，其下面为一条污水河涌横跨端头上方，河涌宽约25m ，隧道拱顶至河涌底覆土约4m ，隧道范围为中粗砂层和砂质粘性土层，地质条件差。根据补勘资料显示：盾构到达端头的地层自上而下分布如下：河涌部分、<2-4>粉质粘土层、<2-1B>淤泥质土、<3-2>中粗砂层、<5Z-1>砂质粘性土、<5Z-2>粉质粘性土。隧道洞身地层为<3-2>中粗砂层、<5Z-1>砂质粘性土、<5Z-2>粉质粘性土，隧道拱顶埋深7.96m 。
结合现场实际环境，以及盾构到达端头地质条件，盾构到达采用钢套筒平衡到达接收施工工法。
2 盾构到达前准备
为保证盾构机顺利到达，需进行一系列的准备工作，主要包括盾构井主体结构复测、洞门钢筋检查、密闭钢套筒安装及反力架安装、密闭钢套筒耐压试验、钢套筒填料等。宇扬集团
2.1 洞门钢筋及预埋环板检查
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，同时为保证洞门预埋环板A 环与混凝土结构接触的密闭性，用聚氨酯或玻璃胶进行涂刷封堵。
为防止盾构到达时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头，造成刀盘损坏，对洞门圆周一周凿除连续墙的砼保护层，露出玻璃纤维筋，确认洞门范围不存在钢筋。如发现凿除砼保护层后有存在钢筋的现象，则应对侵入洞门范围的钢筋进行割除，确保盾构到达的安全、顺利。2.2 钢套筒组成和安装
钢套筒结构由前后左右支撑、反力架、顶推托轮组、后端盖板和筒体等部分组成。
根据钢套筒安装和调试工期结合现场盾构隧道掘进
施工进度计划，提前安排钢套筒进场安装，吊装及安装顺序为过渡环—A1块—A2块—A3块—B1块—C 块—后端盖—反力架。2.3 过渡环安装
过渡环与洞门预埋环板之间采用焊接连接，焊缝沿过渡环内侧一圈点焊，并在内侧贴遇水膨胀止水条，
在过渡环与环板焊接的外侧涂抹聚氨酯或玻璃胶加强防水，并加焊槽钢进行补强。如过渡环与预埋环板之间个别部位存在较大空隙，需在空隙部位填充钢板并连接牢固，尽可能地将空隙堵住。
3 铁板砂的形成与解决
当盾构刀盘完成吊出井端头围护结构素连续墙破除后，为确保安全顺利出洞，开始进行停机注浆处理。两天后开始恢复盾构掘进，但掘进时出现刀盘和螺旋机同时被抱死，转不动。
健康快线后经多方专家现场分析得出，因钢套筒填料是砂，以及补填水，水与散粒砂极易形成铁板砂。由钢套筒安装与接收程序不难看出钢套筒内填料的选择对是否形成铁板砂起到了很大的作用，右线出洞过程中钢套筒内填料采用的为河砂，且粒径较小，级配较为均匀。区间右线隧道端头未进行加固处理，隧道范围内以<3-2>中粗砂层、<5Z-1>砂质粘性土、<5Z-2>粉质粘性土等为主，接收端头地面为河涌部分，地下水丰富，进一步提供泥砂和水的来源，补充钢套筒内的砂的级配。铁板砂形成时间主要是在盾构机磨穿官湖站站前明挖段连续墙后继续掘进约1.5m ，停机拼装管片后。
3.1 “铁板砂”对后续盾构到达出洞的影响
（1）螺旋输送机抱死，无法转动。当螺旋机抱死后，最大转矩达到70kN·m ，油压达到溢流阀设定压力28MPa 时仍无法转动。
（2）刀盘抱死，无法转动。刀盘抱死后脱困，最大扭矩达到7400kN·m 时仍无法转动。
（3）钢套筒内泥砂固结形成铁板砂，螺旋机排砂困难。形成铁板砂后，螺旋机、刀盘抱死，且掌子面泥砂难以呈松散状态自然进入土仓，且螺旋机排土受阻，刀盘被泥砂完全裹住，前进阻力增大，掘进所需推力也随之增大。
3.2 螺旋机抱死解决方案
（1）切割螺旋机：因盾构机使用年限较久，螺旋机不能自动伸缩，结合螺旋机存在的异常情况，与正常情况进行参数对比分析，结合现场实际制定对策，对螺固定宽带接入速率测试方法
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旋机中部、底部位置分别进行割孔，上部可以通过打开观察口进行查看检查。
（2）排砂：按照上部、中部、底部等位置的顺序分别进行排砂。排砂过程中要做好安全应急措施，当排砂完成后试转螺旋机检查效果时，应当临时做好封口处理。
（3）泥浆填充：排砂完成后为防止螺旋机再次被砂裹住抱死，可选择往土仓内注入膨润土填充，起到一定的填充和隔离作用。
3.3 钢套筒内部铁板砂处理方案
（1）增加钢套筒外部排砂出口。①排砂位置的确定：排砂位置主要集中在停机后刀盘所在位置的钢套筒，开孔为4点、8点钟位置。②开孔数量：自刀盘位置开每边各开3个孔，共计6个。③开孔采用的材料：排砂开孔后安装单向球阀，须先焊接单向球阀，完成后打开球阀，再进行割孔。④为增加对铁板砂的扰动，使得砂顺利流出，在球阀打开的同时通过盾构机刀盘注入孔进行加水、加气等措施。
（2）辅助措施一：采用虹吸管原理进行排水排砂。
①根据虹吸管原理制作排水、排砂管；②机械选型：采用TA-125系列15kW活塞式空压机。
（3）辅助措施二：采用抽砂泵进行抽水、抽砂。
①抽砂泵选型，采用7.5kW抽砂泵、水管直径4寸；②抽砂泵使用时间，配合前一种辅助措施，在高压气体的作用下，此时钢套筒内砂颗粒与水完全混在一起，采用抽砂泵效果较为明显。
经过15d的处理，以及多种排砂措施的采取，当钢套筒内的砂排剩约1/3时，刀盘和螺旋机均可以正常转动，且各方面的参数均正常，开始恢复盾构在钢套筒内掘进。盾构在钢套筒内掘进，宜采用“慢掘进多注浆”的方式。气体内能
4 盾构到达掘进与注浆控制
4.1 掘进参数控制
盾构出洞段推进施工分：到达围护结构前、破除洞门连续墙出洞、进钢套筒三个阶段分别控制掘进参数和盾构机姿态。
（1）到达围护结构前推进控制。在即将到达围护结构之前，掘进速度提前一环减至10mm/min，推力不大于12000kN。当离围护结构还有500mm时，掘进速度减至5mm/min，推力减至10000kN以下，刀盘转速不大于1.5rpm，土仓压力90～100kPa。
（2）破除洞门连续墙出洞控制。①控制掘进参数：掘进速度不大于10mm/min，推力不大于10000kN，刀盘转速0.8～1.0rpm，土仓压力70～80kPa。②控制出洞时姿态：要求盾构机机头呈略抬头向上姿势，高于轴线1～2cm，防止出洞时盾构机超限“栽头”。
（3）进钢套筒推进控制。①控制掘进参数：盾构刀盘进入钢套筒后逐渐降低土仓压力，掘进速度应不大于5mm/min，推力应不大于8000kN；刀盘转速应控制在0.5～1.0rpm，刀盘转动前，必须与钢套筒外部进行联系，专职安全管理人员确认人员及设备安全后，方可进行掘进。盾构机在钢套筒内掘进过程中，要保证与外界信息联系畅通，密切观察钢套筒的情况，一旦发现有渗漏或变形量超量时，必须立即停止掘进，及时采取措施补救。②控制进套筒时姿态：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约2cm以内。盾构机在进入钢套筒内之后，要加强姿态控
制。
4.2 注浆封堵控制
（1）同步注浆采用水泥砂浆，同步注浆用量控制在6～8m3，注浆压力控制在2.0～3.5bar，最大不要超过4bar。
（2）管片注浆（二次注浆）：①盾尾后10环的管片注浆先每环每孔注纯水泥浆，每孔注入量1方（压力大于5bar时停止注入）。然后再采用纯水泥浆（水灰比1∶1）＋水玻璃，初凝时间20s（配比约5∶1），全部点位（K块除外）补浆，全部点位（K块除外）补浆，压力控制在10bar左右。②补浆顺序，从下到上，对称互补，由于补浆压力比较大，要确保人员的安全。
为了确保封住洞门结构位置，盾构机完全进入钢套筒内之后，洞门结构与盾尾位置立即注入双液浆进行封堵，注浆量为1.5～2倍的理论注浆量。
铜绿山
5 结束语
盾构到达接收是盾构施工中的重大风险点之一。当盾构到达端头施工受客观因素影响，无条件采取常见的加固方法时，为了保证盾构到达施工的安全，采用盾构机到达钢套筒接收工法确保了盾构到达的安全性。钢套筒平衡接收工法目前已在多个工程上得到成功运用，解决了在实际盾构到达接收时所遇
到的难题，有效避免了盾构机接收时的各种风险。虽然钢套筒的设备成本较高，安装精度要求也高，但钢套管可以循环使用，具有较大的推广应用背景和提升空间。本工程使用钢套筒的成功接收案例和铁板砂产生及解决也为以后类似工程提供了实践性的案例，但钢套筒平衡接收施工中仍存在一定的安全风险，通过本工程案例，总结以下方面：（1）钢套筒安装时应保证洞门预埋环板与混凝土结构，过渡环与洞门预埋环板接触的密闭性，安装后应通过耐压试验检测密闭性。（2）合理选用套筒内填料以及各种填料的用量比例，做好防刀盘和螺旋机抱死预控措施。（3）隧道靠近吊出井端头最后10环管片应制作预留较多注浆孔的特殊管片，当盾构机进入钢套筒后，利用特殊管片上的预留的16孔对管片与土体之间的间隙二次注浆，在盾尾形成多道环箍，对洞门进行有效密封。严禁在普通管片上进行破坏性的打孔注浆。（4）接收端零环管片采用预埋背覆钢板的特殊管片，零环管片外露长度宜大于20cm，以便于利用弧形钢板将洞门与背覆钢板管片封堵，防止水压较大击穿后无法立即封堵。（5）合理安排套筒拆除以及盾构机吊出，加快洞门环梁的施工。
参考文献：
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铁道标准设计,2013(8):89-93.
[2]郑石，鞠世健.泥水平衡盾构到达钢套筒辅助接收施工技
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[3]陈珊东.盾构到达接收辅助装置的使用分析[J].隧道建
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