泥水盾构始发密封装置改良技术研究

泥水盾构始发密封装置改良技术研究

李俊卿1, 赵建赟2, 牛延平3, 王鑫4

（中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，无锡214000）

摘要： 泥水盾构始发技术是盾构施工环节中的关键工法，受到周边环境制约因素较多，若解决不好这些影响因素，易发生涌水、涌沙、地表沉陷等险情。为降低盾构始发安全风险，保证盾构顺利始发，通过改良洞门处辅助工法密封装置，即在洞门处焊接加长双道钢丝刷、安装延伸环与单道橡胶帘布、锚喷混凝土包裹管片技术手段，有效避免了在粉细砂层、深埋泥水盾构始发泥浆外溢后带来的风险，同时也使洞门处管片壁后填充注浆更加密实，为后续洞门施工及避免成型洞门渗漏水提供了保障，降低了泥水盾构始发风险，以保质保量的兑现计划节点工期。

关键词:环境制约；密封装置；改良技术

1 引言

武汉地铁园林路站～团结大道站区间盾构始发端临近长江、东湖、沙湖等水体，地下水富足，常年水位保持在约7.5m，始发端隧道洞身埋深深，地层为粉细砂透水性较好，地处长江一级阶地，始发端隧道上方为新建换乘通道、西北角为房建开发地块，毗邻地铁运营4号线，区间出园林路站后，下穿换乘通道、运营地铁4号线园林路站，侧穿瑞丰国际大厦、铁机盛世家园、二环线等建构筑物后，继而下穿运营地铁4号线园～罗区间、新建管廊隧道后到达团结大道站接收，线路长度约1.7km，始发端隧道覆土厚度约18.8m，地层结构复杂，详见图1盾构始发端纵剖断面图，见表1始发端洞身地层参数表所示。本工程泥水盾构始发端工程结构复杂，受制于征地及管线迁改、交通疏导等影响因素，造成施工场地受限，为了减少施工隐患，降低安全风险，结合本工程特点，经过对洞门密封装置进行改良，有效避免了盾构始发时泥浆外溢后带来的风险，使洞门处填充注浆更加密实，降低盾构始发带来的风险。

图1盾构始发端纵剖断面图

表1  始发端洞身地层参数表

2 泥水盾构始发密封装置改良技术

盾构刀盘到达开挖面进入土体后，注入泥浆至泥水仓，为达到泥浆护壁支撑土体的效果，开始建立压力，在建压过程中，泥浆将在盾壳与洞门间溢出，为防止泥浆外溢，通过对洞门部位安装密封装置进行改良，即采用焊接加长双道钢丝刷、安装延伸环与单道橡胶帘布、锚喷混凝土包裹管片的方法。见图2始发密封装置图所示。

图2 始发密封装置图

车站端头侧墙结构施工时，提前预埋洞门钢环板，通过测量控制环板中心、垂直度等，保证满足设计安装要求。安装延伸环前应组织验收，确认加工尺寸、圆度符合安装要求。

粉细砂层及深埋泥水盾构始发密封装置改良步骤如下：

⑴第一步安装延伸环：首先对预埋钢环板螺栓孔位进行检查，然后将螺栓孔内清理干净，采用整体吊装安装延伸环的方式，将延伸环与预埋钢环板螺栓孔位对齐后，依次从上到下穿入螺栓并将螺栓进行紧固，最后将预埋钢环板与法兰A进行焊接，焊接质量应满足要求。

⑵第二步安装橡胶帘布及压板：安装按照橡胶帘布、压板、折叠压板的顺序依次进行，并将螺栓穿入孔位后拧紧螺帽。

⑶第三步焊接钢丝刷：焊接人员持证上岗，在圆型洞门钢板上间隔300mm焊接两道加长钢丝刷，当洞门端墙混凝土凿除后，在钢丝刷上手涂油脂应饱满；为防止盾构机进入洞门时，刀盘损坏橡胶帘布，并在橡胶帘布外侧涂抹一定量的黄油。

⑷第四步洞门端墙混凝土凿除：采用“分层、分块”作业，先上后下、先中间后两侧的顺序进行，凿除步骤：第一步，凿除至迎土侧地连墙主筋面，保留主筋和保护层；第二步，盾体推进至洞门约1m，迅速凿除外围残留钢筋混凝土，割除里层钢筋，迅速将刀盘顶至掌子面，尽量缩短洞门土体无支撑暴露时间。

⑸第五步盾构切割洞门加固体：以慢速、低压力为原则，确保盾构机姿态稳定，盾构推进速度控制在10～20mm/min以内，推力小于800t，进浆比重1.08g/cm³为宜。当盾构机切口环通过两道钢丝刷后，利用预留注脂孔向两道钢丝刷间、钢丝刷与橡胶帘布间注入油脂，使油脂填充之间空隙，油脂应对称分次注入，注入量与理论计算量对比判定是否足量，从而使盾构始发时减少地层水土流失。

⑹第六步，当盾尾通过帘布后包裹管片变径时，应对密封装置进行补浆补脂，同时在延伸环外侧环向间隔500mm植入∅20钢筋，挂设钢筋网片，喷射C20混凝土包裹管片，锚喷混凝土时应添加速凝剂快速初凝。

洞门端墙混凝土凿除前，为防止涌水、涌砂、周边地面塌陷等险情发生，通常采取以下措施：

其一、端头加固：盾构井端头采用U型素墙+三轴搅拌桩（桩间套打）+口字型单排三重高压旋喷桩，C20素墙深入强风化岩层不少于1m。纵向加固长度为12m，隧道上、下、左、右至隧道结构外侧3m。

其二、降水方案：沿盾构前进方向布设3排，每排3口降水井，经单井试抽和群井试验验证后达到水位降至隧道底1m的要求。

其三、加固体检查：端头加固施工完毕后，检测加固体28天后无侧限抗压强度，同时布设水平探孔，通过钻孔取芯的方式，检测加固体的完整性、均匀性及止水效果，观察地层流水量，若达不到设计要求，及时采取注水泥浆的弥补措施。

3 技术创新点

通过对洞门密封装置焊接加长双道钢丝刷、安装延伸环与单道橡胶帘布、锚喷混凝土包裹管片等技术手段进行改良，有效避免在粉细砂层、深埋泥水盾构始发泥浆外溢后带来的风险，合理选择加固区监测手段、降水方案等降低涌水、涌沙、地表沉陷等安全风险，保证盾构顺利始发。

4 总结展望

目前，盾构施工进入鼎盛时期，施工技术不断创新，盾构施工多向大直径，超深埋及超浅埋发展，施工区段多处于城区繁华地段，周边环境复杂多变，常受制于征地、房屋拆迁、交通疏解等因素制约，造成施工场地受限，增加了盾构始发风险。且部分始发端临近江河湖海等水体，地下水富足，常年水位较高，隧道洞身埋深深，地层为透水性较好的粉细砂等，盾构始发密封装置改良技术有效避免在盾构始发泥浆外溢后带来的风险，提高工作效率，保证工期，同时可获得业主认可和良好的社会评价，有助于提升公司的形象和知名度。

参考文献

[1]总策划/张宗言,编著/陈馈,王江卡,谭顺辉,廖小春,贺飞,主审/洪开荣,伍军,米晋生,盾构设计与施工 北京:人民交通出版社股份有限公司,2018.

[2] 洪开荣,等.盾构与掘进关键技术[M],北京:人民交通出版社股份有限公司,2018.

[3] 竺维彬,鞠世健,复合地层中的盾构施工技术[M],北京:中国科学技术出版社,2006.