CN112796773A - 钢套筒施工工艺和装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钢套筒施工工艺和装配方法，涉及盾构领域，包括钢套筒始发施工工艺以及钢套筒接收施工工艺；所述钢套筒始发施工工艺包括以下工艺流程:洞门检查、盾构后配套台车下井；安装过渡环；安装钢套筒下圆和反力架；安装定位钢轨、导轨；第一次钢套筒内填料；钢套筒内安装盾构机。本发明的钢套筒施工工艺和装配方法在过渡环360度布置球阀，1寸1和2寸球阀2各12个，球阀之间呈交叉布置，用于防止洞门涌水，提高连接的密封性；在钢套筒与洞门的接口处，增加遇水膨胀止水条，在过渡环焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，或者加焊槽钢进行补强，提高连接的密封性。

Description

钢套筒施工工艺和装配方法

技术领域

本发明涉及盾构领域，尤其涉及钢套筒施工工艺和装配方法。

背景技术

传统的盾构法施工端头加固方案有地层搅拌、旋喷、注浆等方式，这些加固方式在地铁施工过程中均有采用。

但在一些区间施工过程中，受地质，水文，围护结构，隧道埋深，特殊场地、业主工期及周边环境，加固范围管线等条件的限制，传统的地层加固方式不能确保加固效果，地层强度、渗透性不能达到安全指标，为盾构始发、到达施工埋下了安全隐患。

我国东部沿海由于海陆相土层的交互分布，许多地区在较深范围内形成多层隔水层、含水层分布，其中隔水层由夹杂若干粉土、粉细砂等相对渗透系数较大的薄层，导致隔水层在水平向、竖向的渗透性存在一定的差异，且隔水层可能存在不同含水层之间的越流问题，水文地质条件极为复杂，从而导致钢套筒装置变形，钢套筒与洞门预埋环板连接处开裂，钢套筒与洞门钢环之间密封不好，盾构始发、接收时引起钢套筒压力泄漏，导致内外水土压力不平衡，进而引起地面沉降。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供钢套筒施工工艺和装配方法。

本发明采用如下技术方案：

包括钢套筒始发施工工艺以及钢套筒接收施工工艺；

所述钢套筒始发施工工艺包括以下工艺流程:

洞门检查、盾构后配套台车下井；安装过渡环；安装钢套筒下圆和反力架；安装定位钢轨、导轨；第一次钢套筒内填料；钢套筒内安装盾构机；盾构机0位复测；安装钢套筒上半圆；预加反力；安装负环，盾构机刀盘推进至掌子面；刀具复紧；第二次钢套筒内填料；负环壁后注浆；钢套筒压力测试，若不合格，将钢套筒连接紧固、密封好，若合格，始发节点验收，若不合格，进行整改，若合格，盾构机始发；

所述钢套筒接收施工工艺包括以下工艺流程:

场地移交；技术方案准备；洞门钢环安装；钢套筒填料、加压并封闭检测；反力架安装；刀盘掘进至围护桩；盾构机掘削通过围护桩进入钢套筒；盾尾补充注浆；排空钢套筒中泥浆；打开加料孔试水；打开钢套筒上半部；吊出盾构机。

优选的，所述钢套筒包括过渡环、拼接筒体、后端盖、立柱以及支撑组成，在所述过渡环360度布置球阀，设有1寸和2寸球阀，所述1寸和2寸球阀之间呈交叉布置。

优选的，在始发施工工艺中对洞门检查具体包括:

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，为防止盾构始发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。

优选的，在始发施工工艺中对洞门检查具体包括:

在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环，注浆压力不大于3.0Bar。

优选的，在始发施工工艺中，在钢套筒与洞门的接口处，增加遇水膨胀止水条，在过渡环焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，或者加焊槽钢进行补强。

优选的，所述钢套筒后端通过加强环梁和负环管片连接，连接处设置止水橡胶圈，负环管片外侧与钢套筒之间的间隙通过管片壁后注双液浆进行密封，如盾构在切削玻璃纤维筋连续墙时产生扭矩超限，可向钢套筒内加压，增加防扭转的抵抗扭矩。

优选的，在所述接收施工工艺中，在盾构进洞段的推进施工分为三个阶段，第一阶段：盾构机自倒数20环开始，推进到刀盘距加固体1m时；第二阶段盾构机刀盘进入加固体；第三阶段：进入钢套筒掘进。

优选的，所述第一阶段中，在刀盘转动过程中土仓内及刀盘前加注泡沫剂进行润滑和改良土体。

优选的，所述第二阶段中，从管片上预留的注浆孔向管片外侧注双液浆，及时施做闭水环箍。

优选的，所述双浆液包括水玻璃和水泥浆，所述水玻璃与水泥浆的混合体及比为3:1-1:1。

本发明具有以下有益效果:

1、在过渡环360度布置球阀，1寸1和2寸球阀2各12个，球阀之间呈交叉布置，用于防止洞门涌水，提高连接的密封性。

2、在钢套筒与洞门的接口处，增加遇水膨胀止水条，在过渡环焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，或者加焊槽钢进行补强，提高连接的密封性。

附图说明

下面结合附图对本发明作优选的说明：

图1为本发明钢套筒始发施工工艺流程结构示意图；

图2为本发明钢套筒接收施工工艺流程结构示意图；

图3为本发明过渡环结构示意图。

附图标记为:1、一寸球阀；2、二寸球阀。

具体实施方式

如图1-3所示，为本发明的钢套筒施工工艺和装配方法，包括钢套筒始发施工工艺以及钢套筒接收施工工艺；

如图1所示，所述钢套筒始发施工工艺包括以下工艺流程:

洞门检查、盾构后配套台车下井；安装过渡环；安装钢套筒下圆和反力架；安装定位钢轨、导轨；第一次钢套筒内填料；钢套筒内安装盾构机；盾构机0位复测；安装钢套筒上半圆；预加反力；安装负环，盾构机刀盘推进至掌子面；刀具复紧；第二次钢套筒内填料；负环壁后注浆；钢套筒压力测试，若不合格，将钢套筒连接紧固、密封好，若合格，始发节点验收，若不合格，进行整改，若合格，盾构机始发；

钢套筒始发原理:

盾构密闭始发工法是根据EPB-TBM平衡原理开发的新型盾构始发工法。采用密闭始发工法施工时在盾构掘进前，在盾构始发井内安装钢套筒，盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构机在钢套筒内实现安全始发掘进。

钢套筒设计耐压0.2Mpa，满足要求，钢板选择：Q235B，板厚δ＝20mm，整个钢套筒结构由过渡环、筒体、后靠及斜撑和左右支撑等部分组成。

(1)筒体

筒体部分长10000mm，直径(内径)6800mm，外径为7040mm，钢套筒的整体高度为7220mm。分四段，每段又分为上下两半圆。筒体材料用20mm厚的钢板。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，筋板厚20mm，高130mm，间隔约585*600mm。

每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，法兰用40mm厚的钢板，上下两半圆以及两段筒体之间均采用M30、8.8级螺栓连接，中间加10mm厚橡胶垫。在筒体底部制作底部框架，底部框架分四件制作。底部框架承力板用20mm板，筋板用20mm板。框架与下部筒体焊接连成一体，焊接时托架复板先与筒体焊接，再焊接横向筋板。

(2)过渡环

在原洞门环板预埋板的基础上，钢套筒与洞门环板之间设一过渡环(厚度为20mm)，过渡连接板的长度可以根据盾构接收井的长度进行调整，这里过渡环的长度设置为800mm，洞门环板与过渡环采用烧焊连接。如图3所示，在过渡环360度布置球阀，1寸1和2寸球阀2各12个，球阀之间呈交叉布置，用于防止洞门涌水。

(3)底部框架(具备整体顶升、平移功能盾构机，钢套筒，管片，600T)

在钢套筒底部焊接托架，筒体中心到底部的距离为3700mm，承力板用20mm钢板，筋板用20mm钢板，底板用20mm钢板，托架与下部筒体焊接连成一体，焊接时托架板先与筒体焊接，再焊接横向筋板，最后焊接底板，托架须用型钢与车站侧墙顶紧。

(4)后端盖

后端盖为平面盖，材料用30mm厚的Q235B钢板，平面环板加焊4道厚30mm、高500mm的钢板筋板，井字形焊接在后端盖上。

(5)钢环(分为内侧钢环1和外侧钢环2)

钢环宽400mm，钢环精度要求：环面平整度5mm，使砼管片受力均匀。钢环1的内外径的尺寸等同于管片的内外径尺寸，外侧通过8*8方钢焊接密封槽，安装时槽内安装橡胶密封。钢环2通过螺栓跟筒体连接。在钢环1的内侧，安装1寸球阀，球阀呈360度等分布置，共10个。

(6)进料口和注排浆管

筒体中部右上角设置600×600进料口，在每段钢套筒底部预留1个2寸带球阀注排浆管，左右各2个，一旦盾构机有栽头趋势头，即可在下部注双液浆回顶。

(7)始发反力架

盾构反力架由后盾框及钢支撑组成，后盾框用56#二榀工字钢制作，钢环与后盾框之间焊接固定并用Φ530mm钢管支撑，盾构掘进时的后座反向力，通过钢支撑传递至主体结构的底板和侧墙上，钢支撑焊接在预埋的钢板或植筋钢板上。

(8)接收反力架

反力架为三根立柱，单根为采用20mmQ235B钢板焊接而成的箱式结构。反力架与筒体端盖接触位置，在端盖上中下三处焊接有9个传力钢板，反力架与传力钢板秘贴，存在空隙的位置采用钢板进行垫实。每根反力架顶部采用3块40mm厚钢板与中板结构垫实，反力架与车站结构底板之间设置9根钢管斜撑，斜撑采用Φ530mm(壁厚10mm)钢管。在以上作业前，需将反力架的位置确定好，再用两组100t分离式液压千斤顶顶紧支撑体系，消除洞门到后盖板的安装间隙，承力钢管(直径A530mm)两端用钢板垫设并焊接成型。

具体的，钢套筒始发工艺包括:

(1)洞门检查

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。为防止盾构始发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，确保盾构始发的安全、顺利。

(2)安装钢套筒下半圆、钢环下半部分以及反力架下半部分

1)在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动。

2)吊下第一节钢套筒的下半段，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10mm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。

3)钢套筒底部铺马镫

钢套筒下半圆安装好以后再底部安装马镫，然后铺上台车和电瓶车轨道。安装盾构机后配台车部分。

4)钢套筒内安装钢轨

台车安装好以后，拆除马镫，在筒体内部安装钢轨，在钢套筒下方50度圆弧内安装2根43公斤钢轨，钢轨从钢套筒后端铺设至跑洞门围护结构2m位置，钢轨两侧通长焊接。为保持盾构机始发时抬头的趋势，靠近洞门端钢轨垫高20mm，盾尾端钢轨不垫高。

5)钢套筒底部回填砂

在钢套筒底部2根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放上去之后，进一步压实，确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力。

6)钢套筒内安装盾构机

在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接。

7)安装钢套筒上半圆

盾构机主体安装好后，安装钢套筒上半圆，安装好以后，需进行压紧螺栓的调整。检查各部连接处，对每一处联结安装的地方进行检验，确保其连接的完好性，尤其是对于钢套筒的上下半圆和节与节部分之间联结的检查，发现有隐患，要及时处理。

8)反力架安装

钢套筒上半圆安装好以后，开始安装反力架以及钢环上半部分。

反力架的安装与常规盾构始发反力架安装一致。

安装反力架时，应根据始发井大小、钢套筒长度、洞门标高等确定水平位置和标高。

反力架的支撑：反力架上下位均布4根10寸钢管与洞口墙体顶紧，两侧中的一侧均布三根10寸钢管与洞口墙体顶紧，另一侧用二根直径600mm钢管斜支撑。为确保反力架的稳固性，水平支撑底部设置3道，抗浮支撑设置3道，沿掘进方向右侧设置4道支撑均用HN450mm的型钢，直接用支撑顶在主体结构墙面，与墙面接触处加入钢垫板，保证支撑与侧墙的接触面积。钢套筒每边共设置3道横向支撑，在钢套筒底部焊4个吊耳防止钢套筒左右位移。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。

9)安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面

钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后，安装负环、盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面。第一环负环在盾尾内拼装成型后，通过千斤顶整体向后顶推至紧贴反力架。

10)钢套筒内回填砂

盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内填砂，将整个钢套筒填充满。在填充的过程中适当加水，保证砂的密实。

11)钢套筒检查

如果出现钢套筒本体连接端面或者筒体本身出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作。

12)洞门密封及质量检查

钢套筒的过渡连接板与洞门环板相接触后，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。

13)负环管片壁后注浆

为保证负环管片与钢套筒之前的密封效果，在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环，注浆压力不大于3.0Bar。

在以上步骤中，需要注意的是，

(1)采取有效措施保证钢套筒与洞门接口处的密封性，例如增加遇水膨胀止水条，在过渡环焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，或者加焊槽钢进行补强等。

(2)应采取有效措施，保证钢套筒分块的连接处的密封性，例如采用橡胶密封圈等方式。

(3)钢套筒后端通过加强环梁和负环管片链接，连接处设置止水橡胶圈，负环管片外侧与钢套筒之间的间隙通过管片壁后注双液浆进行密封；如盾构在切削玻璃纤维筋连续墙时产生扭矩超限，可向钢套筒内加压，增加防扭转的抵抗扭矩。

(4)钢套筒后盖和反力架连接，钢套筒安装完成后向钢套筒内填砂，将整个钢套筒填充满，在填充过程中适当加水，保证砂的密实。

(5)为防止盾构机盾体和钢套筒整体发生扭转、倾覆，在钢套筒两侧每间隔2m安装一根工字钢横撑和三角架，每侧安装4个，横撑和三角架采用20工字钢制作。

(6)应严格控制盾构土压力，一般情况下不得大于0.3MPa。

钢套筒压力测试

1、钢套筒完全安装好以后，在筒体上方焊接6分的球阀，通过空压机向钢套筒内加气压，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，钢套筒环向与纵向连接位置，钢套筒的钢环与反力架的连接处有无漏水；

2、利用盾构机的同步注浆，向钢套筒内注入膨润土，加入空气，直至压力达到3bar。

如图1所示，所述钢套筒接收施工工艺包括以下工艺流程:

场地移交；技术方案准备；洞门钢环安装；钢套筒填料、加压并封闭检测；反力架安装；刀盘掘进至围护桩；盾构机掘削通过围护桩进入钢套筒；盾尾补充注浆；排空钢套筒中泥浆；打开加料孔试水；打开钢套筒上半部；吊出盾构机。

具体包括以下步骤:

(1)主体部分连接

1)在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口隧道设计中心线，也就是钢套筒的安装基准位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动。根据设计隧道管片姿态对正安装钢套筒的过渡环；钢套筒过渡环的上半部坡口开在套筒外侧，下半部套筒坡口开在内侧，经过步骤(3)确保过渡环定位准确后，将过渡环烧焊焊接于洞门钢环之上。

2)下放安装第一节标准钢套筒的下半段，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10mm厚的橡胶密封垫，采用定位销将法兰盘连接定位，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性，确保螺栓孔对位准确。并用M30的高强螺栓连接进行初次紧固，重复以上方法将第2、3、4节标准段的下半部套筒及后端盖下半部安装到位。

3)将套筒下半部连接安装好以后，再将第1节上半部吊装下井，采用定位销定位好上下两半套筒的位置，用高强度螺栓紧固好法兰板及橡胶密封板，然后再将过渡连环与第1节钢套筒对接。依次吊装下井第2、3、4节上半块及后端盖上半块并将其连接完成。最终将各个连接螺栓紧固到位。

在进行后端盖板与法兰连接过程中，其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。

(2)钢套筒的过渡连接板与洞门环板的连接

钢套筒安装完成后，对中心线复测，确认无误后，将洞门环板与过渡连接板进行焊接。

钢套筒的过渡环与洞门环板相接触后，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环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环焊接牢固，务必将空隙全部堵住。在确定洞门环板与过渡连接板全部密贴后将过渡连接板满焊在洞门环板上。焊接好以后，进行磁粉探伤。

过渡连接板Φ7150mm，宽度为150mm，板厚16mm，分段下料。

(3)反力架安装

安装反力架立柱时，首先应在基坑里定好位，然后根据井口面与筒体端盖的中心标高来确定。

反力架的支撑：反力架面对车站结构侧，设置均布9根A530mm(壁厚10mm)钢管支撑，其中3根水平钢管斜支撑设置于车站结构底板上表面，反力架底部横梁采用三根直径A530mm(钢管顶紧车站底板台阶横梁。反力架顶部设置三道支撑，撑于中板处。中板及底板支撑、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、无虚焊等隐患。

安装好反力架后，上紧端盖与筒体的连接螺栓。紧固时，分别采用对角上紧，保证后盖的均匀受力，总计反力架的预加反力约为700T。完成后，检查各部连接处，尤其是对于钢套筒的上下半圆和节与节部分之间联结的检查，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的焊接,看是否存在着点焊或浮焊，发现有隐患，要及时处理。

(4)横向支撑的加固安装

钢套筒安装完毕后，检查确认后，即进行安装横向加固支撑。横向支撑采用工30b的型钢支撑在基坑侧墙与底板上翻纵梁的结构上，支撑在侧墙、纵梁的型钢端面上要加20mm厚的钢板封盖，保证支撑与侧墙的接触面积。钢套筒每边共设置8道横向支撑，间隔1600mm布置，高度要求支撑在距离钢套筒托架底部300mm处。另外反力架也要安装横向支撑，上下共四根支撑，上部支撑在中板结构上，避免反力架出现横向位移。

(5)钢套筒压力测试

渗漏检测

钢套筒上设置检查孔，在筒体1、2块下方，每块设置一个200mm检查孔。

从加水孔向钢套筒内加水，至加满水后，检查压力，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，则将水管解开，利用空压机向钢套筒内加气压，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、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架的连接处有无漏水。

每级加压过程及停留保压时间说明：0～1.0bar每级加压时间控制在10min左右，停留检测时间10min；1.0～2.0bar每级加压时间控制在15min左右，停留检测时间25min；2.0～2.5bar加压时间控制在25min左右，停留检测时间45min；2.5～3.0bar加压时间控制在45min左右，停留检测时间120min。

加压检测过程中一旦发现有漏水或焊缝脱焊情况，必须马上进行卸压，并及时处理，上紧螺栓或重新焊接。完成后再进行加压，直至压力稳定在3bar并未发现有漏点时方可确认钢套筒的密封性。

(6)钢套筒位移检测

在盾构机组装过程中要安装各种测量用具，主要是测试钢套筒有无变形，以及钢套筒环向和纵向连接位置的位移等。

在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区域安装应变片，在钢套筒表面安装百分表，量程在3～5mm左右，可控制变形量或位移量精度在0.5mm左右。在加压过程中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行卸压、分析原因并采取解决措施。

应急解决措施：

①如果出现钢套筒本体连接端面法兰处出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作。

②如果反力架斜撑任何位置出现位移量过大时，要分析可能出现的原因，并增加斜撑的数量，同时在另一侧要增加直撑的数量。

(7)砂浆基座

在钢套筒底部60°范围内浇筑15cm后的C20砂浆基座，并保证砂浆基座伸入洞门内与加固土体相接，以防止刀盘出加固体时扎头。

(8)填料

当钢套筒检查完毕后，向钢套筒内填料，主要是填盾构掘进出来的渣土，盾构掘进出的渣土，全断面为细砂层，且内部填充有泡沫剂等渣土改良剂，流动性好，填充钢套筒内土体较密实，另外在填料时增加彭润土对渣土进行改良。

为了将砂料输送至钢套筒内，需要从地面引一条输送管道至钢套筒上，采用管路连接，地面设置一个漏斗，将填料直接从漏斗输送至钢套筒内。填料过程中如果出现填料输送不够顺畅时，可以采用冲水方式，将填料冲下去，可以起到将填料密实的作用。

在进行现场安装时需要注意的是:

一、盾构机到达掘进

(1)施工准备工作

1)在盾构机进洞前100m和50m时，对控制点各进行一次复核测量，确保控制点精确无误，同时对进洞端洞门中线进行测量复核，确定洞门中心精确位置。根据测量结果，调整盾构机自动测量系统，在最后50环推进过程中，对隧道轴线进行多次复核，确保轴线准确，保证盾构机安全进入洞门圈。

2)盾构机在推进最后50环过程中，根据定向测量和联系测量成果，有计划地进行纠偏工作，推进纠偏严格按照小量多次的原则进行，使盾构机姿态控制在水平±15mm以内，垂直方向在+20～+30mm，以保证隧道的顺直度。

3)在盾构机推进最后50环的过程中，及时压注盾尾油脂，避免盾尾渗漏，压注量控制在60-80kg/环。

(2)盾构进洞段的推进施工

盾构进洞段的推进施工分三个阶段，

第一阶段：盾构机自倒数20环开始，推进到刀盘距加固体1m时，刀盘距加固体1m时，盾构停机检查，要求盾构机处于最佳状态。

在第一阶段的推进过程中，需要注意以下事项：

1)推进过程中严格控制推进速度和总推力，避免掘进速度过快引起同步注浆分布不均，二次注浆时无法形成封闭环。

2)在刀盘转动过程中土仓内及刀盘前加注泡沫剂进行润滑和改良土体。

3)严格把握二次注浆时间、注浆压力和注浆量，防止盾尾固结。

4)合理分布注浆孔，以保证二次注浆均匀。

第二阶段：盾构机刀盘进入加固体，

待钢套筒填充完毕，再启动盾构机。当盾构机刀盘进入加固体时，倒数20环刚好进行二次注浆，此时要严格控制注浆孔位置、注浆压力和注浆量。

在第二阶段的推进过程中，需要注意以下事项：

1)推进过程中严格控制推进速度和总推力，避免贯入度过大引起的刀盘被卡。推进速度在10～20mm/min为宜，推力<8000KN，土仓压力0.6-0.8bar，在刀盘转动过程中土仓内及刀盘前加注润滑剂改良土体。

2)严格控制盾构姿态，特别是盾构切口的姿态，控制目标为水平±15mm，垂直+20～+30mm之间。

3)控制盾尾间隙，保证盾尾间隙的均匀。

4)严格控制切口的土压力。

5)推进过程连续均匀，均衡施工，保证土仓内一定土压，防止出空土仓盾构机抬头上浮。

6)推进过程中加强盾尾油脂的压注，防止盾尾漏浆。

7)从管片上预留的注浆孔向管片外侧注双液浆，及时施做闭水环箍，有效封堵开挖土体与管片外壳之间渗漏通道。

8)二次注浆距离盾尾太近，会造成双液浆进入盾尾刷和同步注浆排浆孔，破坏盾尾密封刷和阻断同步注浆管道，因此钢套筒接收时双液浆选择在管片脱出盾尾5环后开始二次注浆。

9)严格控制二次注浆孔位和注浆压力、注浆量，既要保证闭水环箍的质量，又要保证盾尾刷不要补击穿。

10)二次注浆采取隔1环注1环的方式，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，双液浆浆液凝固时间控制在1min左右，要求每环注6个点。另外，经与设计等相关单位沟通，对最后6环管片增加了二次注浆孔，新增注浆孔10个，全环共注浆孔16个，该6环管片每环都要进行二次注浆，每环注16个点，以保证注浆效果。

第三阶段：进入钢套筒掘进

最后一环管片拼装后，盾构机停机，及时将倒数第三环以后的管片进行二次注浆并形成闭水环箍，然后盾构机启动，正式进入钢套筒。

为便于推进，增加一环工作环，将盾构机推到合适位置后停机，待检查没有渗漏，钢套筒泄压后，拆机前先拆除工作环。至此，盾机机完成钢套筒接收，下步转入拆除、吊装阶段。

在第三阶段的推进过程中，需要注意以下事项：

1)参数设置：推速<5mm/min；推力<4000KN，视实际推力大小，以不超过此值为原则；盾构机在钢套筒内掘进过程中，要确保与外界联系，密切观察钢套筒顶部的情况，一旦发现变形量超限或渗漏时，必须立即停止掘进，及时采取补救措施。

2)根据钢套筒顶部安装的压力表的读数，及时调整推进压力，避免推进压力过大。钢套筒密封处出现渗漏状况，压力过大时，打开钢套筒后板盖上的排浆口，进行卸压。

3)进入钢套筒时姿态控制：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±20mm之内。盾构机在进入钢套筒内之后，要注意姿态控制。

4)从管片上预留的注浆孔向管片外侧注双液浆，及时施做闭水环箍，有效封堵开挖土体与管片外壳之间渗漏通道，防止盾尾后的水进入盾尾前方。双液浆的配合比详见下表:

5)盾构机在钢套筒内推到位置并完成洞门密封后，在刀盘不转情况下，出空舱内回填物。

6)打开钢套筒底部的排浆管，排出剩余的浆液，并检查筒体的漏浆情况。在洞门双液浆凝固后，开始拆除工作环和钢套筒。

7)测量与监测：测量与监测：盾构机到达掘进过程中加大测量频率，并复核控制点，确保盾构机到达的姿态正确，在盾构机到达前布置监测点(位移报警器)，在端头连续墙、地面及周围建筑物布置沉降观测点；围护结构、钢套筒及洞门周围布置形变监测点。并测量初始值，盾构机到达过程中每天测量2次，若变形较大，增加测量频率并及时通报项目部采取处理措施。进入钢套筒过程中，设专人观测钢套筒的稳定、变形情况，发现异常情况立即停机处理。

二、盾体通过钢套筒

(1)盾构机在通过钢套筒时的影响

在盾构机进入钢套筒中时，存在着因为地下水土压力过大，同步注浆不饱满引发的安全施工风险。在盾尾离开洞门后，二次补注浆必须及时、充足、密实。避免钢套筒拆除时，洞门涌水涌砂造成质量安全隐患。

(2)洞门密封及其质量检查

盾构接收推进过程中，为了保证洞门密封的质量，采取以下措施对洞门进行封堵：

1)盾构推进时同步注浆严格按照技术交底进行，填充好施工间隙。

2)在加固体与原状土的分界界面处联续3～5环注双液浆，及时施做闭水环箍，封堵开挖土体与管片外壳之间渗漏通道。

3)盾尾进入加固体后，在已成型的隧道内，利用管片上预留的注浆孔，向管片外侧注入双液浆，及时施做闭水环箍，时刻检查钢套筒是否有漏浆、形变等情况，如有漏浆或者形变过大等情况发生，可以采取调低气压，减小推进速度等措施。

5)双液浆环箍布设完毕后，需用6mm钢板对洞门进行二次封堵；

6)盾构机全部进入钢套筒后，打开特殊管片(多孔)上预留的注浆孔的球阀、钢套筒过渡环上预留的观测管，观察出水量，若水量较大，则继续通过预留注浆管、注浆孔注浆，直至打开球阀无水流出后，方可拆解钢套筒。

7)使用螺旋出土有意降低土仓压力，等待8～10小时后，通过观察土仓压力是否回升，或者通过胸隔板上土仓闸门进行观察判断洞门是否密封完好。

钢套筒盾构始发-接收是为了在富水沙层或者周边环境复杂时，确保盾构始发时或接收时洞门密封不漏水,土仓内建立起土压力。因此，只依靠洞门橡胶帘布板和洞门压板对洞门进行密封是不够的。在盾构进洞时，采用钢套筒，内径与端墙预留洞口相同，钢套筒与洞门预埋板连成一体，钢套筒后端设有密封装置，以实现盾构机(始发)接收。在上述过程中，可能会发生以下风险，并提出改进措施:

(1)始发后盾构机“栽头”

始发推进后，在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“栽头”的现象，根据地质条件不同有些可能出现超限的情况。

采取措施：采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过的方法尽量避免“栽头”或减小“栽头”的程度。

(2)盾构机防渗漏

钢套筒环向、纵向接缝，钢套筒与洞门环板连接处，钢套筒环梁与管片连接处，负管片接缝处，钢套筒与环梁连接处可能出现泄漏，导致土舱无法维持需要的压力引起掌子面塌陷。

应对措施如下：

1)、为确保钢套筒环向、纵向接缝不渗漏，钢套筒分块连接处均设置两道嵌入式密封圈，确保钢套筒环向、纵向的接缝不渗漏。

2)、钢套筒与洞门环板连接处采用焊接，并在内侧贴止水条，外侧涂抹聚氨酯防渗漏。

3)、钢套筒环梁与管片连接处，负管片接缝处采用三元乙丙橡胶密封垫+遇水膨胀止水条防水，压力测试合格后，盾构机方能在钢套筒内进行始发掘进。

(3)盾构机及设备发生扭转现象

盾构机在破除洞门连续墙后，洞门外水土压力传递至钢套筒内，盾构机在钢套筒内掘进相当于中间隧道的常规掘进，钢套筒内填充物和盾构机自重足以提供防扭转的反力；但在洞门连续墙除前，盾构机切削连续墙时产生较大扭矩，此时钢套筒是一个独立的封闭空间，防扭转的扭矩主要来自于盾构机自重与钢套筒下部砂之间的摩擦反力，因些在掘进过程中需严格控制扭矩不超过控制值。

由于刀盘切削扭矩发生较大波动，可能造成盾构机盾体和钢套筒整体发生扭转、倾覆。

应对措施如下：

1)、盾构始发前，在盾构机与钢套筒之间填充砂料，使之产生足够的防止盾构机扭转的扭矩。

2)、为防止盾构机和钢套筒整体发生扭转、倾覆，在钢套筒基座两侧每间隔2m安装一根工字钢横撑。

(4)洞门凿除过程中的风险分析

始发及接收端洞门在凿除过程中地下水有可能从加固体、止水帷幕及围护桩之间的裂隙渗入洞门，凿除过程中，极易对洞门处的土体产生扰动，导致水流增大。若漏水、漏砂得不到控制会导致端头水土流失过大，造成端头土体坍塌，造成无法估计的损失。

应急措施：

1)加强地面监测，根据端头沉降情况，增加监测频率，派专人24小时现场监控，遇到问题及时上报。

2)及时反馈信息，同时请设计方到现场根据现场情况制定出现场加固设计。

3)将情况及时上报监理、业主。

4)及时对渗漏点用双液浆或聚氨酯进行封堵，做到不让渗漏点扩大。风险管控分析及应急处理措施4

(5)盾构掘进风险分析

在盾构机完全进入洞门前，由于盾构掘进对周围土体的扰动，使加固体产生新的裂缝，水、砂沿着裂缝渗入，从盾体外壳和橡胶帘布之间的缝隙流出；在盾构机刚出加固体进入前方正常土体时，由于土体得变化，引起盾构机栽头，及水和砂从盾尾涌入盾构机内，造成管片得不均匀沉降，甚至将管片拉裂。

应急措施：

1)加强地面监测，根据端头沉降情况，增加监测频率，派专人24小时现场监控，遇到问题及时上报。

2)严格控制盾构机掘进参数，减小掘进对土体的扰动。

3)减少洞门凿除时的清渣时间，让盾构机能够尽快顶上掌子面，并让盾构机在顶到掌子面后尽早建立起土压。

4)管片拼装后及时对管片进行拉结加固，增强管片的刚度。

5)盾构机始发出洞后，在盾尾进入洞门，刀盘还未出加固体时，从盾构机中盾上的8个预留注浆孔进行超前注浆，确保能完全将水封住。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于，包括钢套筒始发施工工艺以及钢套筒接收施工工艺；

所述钢套筒始发施工工艺包括以下工艺流程:

洞门检查、盾构后配套台车下井；安装过渡环；安装钢套筒下圆和反力架；安装定位钢轨、导轨；第一次钢套筒内填料；钢套筒内安装盾构机；盾构机0位复测；安装钢套筒上半圆；预加反力；安装负环，盾构机刀盘推进至掌子面；刀具复紧；第二次钢套筒内填料；负环壁后注浆；钢套筒压力测试，若不合格，将钢套筒连接紧固、密封好，若合格，始发节点验收，若不合格，进行整改，若合格，盾构机始发；

所述钢套筒接收施工工艺包括以下工艺流程:

场地移交；技术方案准备；洞门钢环安装；钢套筒填料、加压并封闭检测；反力架安装；刀盘掘进至围护桩；盾构机掘削通过围护桩进入钢套筒；盾尾补充注浆；排空钢套筒中泥浆；打开加料孔试水；打开钢套筒上半部；吊出盾构机。

2.根据权利要求1所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于：所述钢套筒包括过渡环、拼接筒体、后端盖、立柱以及支撑组成，在所述过渡环360度布置球阀，设有1寸和2寸球阀，所述1寸和2寸球阀之间呈交叉布置。

3.根据权利要求1所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于，在始发施工工艺中对洞门检查具体包括:

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，为防止盾构始发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。

4.根据权利要求1所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于，在始发施工工艺中对洞门检查具体包括:

在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用惰性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环，注浆压力不大于3.0Bar。

5.根据权利要求1所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于：在始发施工工艺中，在钢套筒与洞门的接口处，增加遇水膨胀止水条，在过渡环焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，或者加焊槽钢进行补强。

6.根据权利要求1所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于：所述钢套筒后端通过加强环梁和负环管片连接，连接处设置止水橡胶圈，负环管片外侧与钢套筒之间的间隙通过管片壁后注双液浆进行密封，如盾构在切削玻璃纤维筋连续墙时产生扭矩超限，可向钢套筒内加压，增加防扭转的抵抗扭矩。

7.根据权利要求1所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于：在所述接收施工工艺中，在盾构进洞段的推进施工分为三个阶段，第一阶段：盾构机自倒数20环开始，推进到刀盘距加固体1m时；第二阶段盾构机刀盘进入加固体；第三阶段：进入钢套筒掘进。

8.根据权利要求7所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于：所述第一阶段中，在刀盘转动过程中土仓内及刀盘前加注泡沫剂进行润滑和改良土体。

9.根据权利要求7所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于：所述第二阶段中，从管片上预留的注浆孔向管片外侧注双液浆，及时施做闭水环箍。

10.根据权利要求9所述的钢套筒施工工艺和装配方法，其特征在于，所述双浆液包括水玻璃和水泥浆，所述水玻璃与水泥浆的混合体及比为3:1-1:1。

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