盾构到达施工方案刚套筒

目录

1．工程概况 (1)

2．到达端头概况 (1)

2．1端头地质条件及原端头加固设计 (1)

2．2到达端头施工情况 (3)

3．拟定变更到达施工方案 (3)

3．1变更原因 (3)

3．2方案变更 (3)

4．施工方案 (6)

4．1预埋洞门钢套筒 (6)

4．2端头加固 (7)

4．3洞门凿除施工 (10)

4．4钢套筒设计 (12)

4．5钢套筒的检查 (14)

4．6钢套筒的安装及试压 (15)

4.6.1安装流程 (15)

4.6.2安装过程及步骤 (15)

4．7盾构机到达掘进 (20)

4．8钢套筒和盾构机拆解、吊出 (23)

5．安全文明施工 (23)

5．1防坍塌应急预案 (23)

5．2安全文明保证措施 (24)

1．工程概况

珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程盾构4标祖庙站~普君北路站区间盾构工程采用两台海瑞克泥水盾构机掘进，盾构从普君北路站始发，沿建新路掘进至祖庙站后拆解吊出则完成该区间的隧道施工。该区间工程概况如图1所示。

图1 本区间工程概况

2．到达端头概况

2．1端头地质条件及原端头加固设计

祖庙站到达端头隧道洞身范围主要地层为<3-2>中粗砂层、<7>强风化岩层，隧道拱顶部位覆盖土层从下到上依次为<3-2>中粗砂层、<4-1>粉质粘土层、<4-2>淤泥质土、<3-1>粉细砂层和杂填土层，<3-2>中粗砂层和<3-1>粉细砂层很厚，且地下水丰富，拱部覆盖层稳定性差，必须进行端头加固。原端头加固设计采用搅拌桩和旋喷桩以及全封闭连续墙进行加固，搅拌桩在加固体内部区域，外部采用600mm素混凝土连续墙整体包围，连续墙接缝及搅拌桩与车站围护结构间采用旋喷桩止水。加固区沿隧道方向为10 m，宽度为25.2m，加固深度搅拌桩为20.1m，旋喷桩为21.1m。端头处地层及原端头加固设计如图2、图3所示。

图2 端头加固平面布置图

旋喷桩

600mm连续墙

500@375搅拌桩

图3 端头地层及端头加固纵剖面图

2．2到达端头施工情况

目前车站正在开挖施工中，按照盾构施工计划及车站施工进度，盾构机将于2009年11月初到达祖庙站，为确保到达的安全，端头加固搅拌桩、连续墙和旋喷桩必须有3个月龄期，才能满足施工安全的要求，而端头加固本身需要约50天的施工工期，按照工期计划要求，车站施工单位必须在7月上旬移交端头加固场地，根据车站目前的施工进度，以及与车站施工单位协调结果，车站无法按照要求移交端头加固施工场地。

3．拟定变更到达施工方案

3．1变更原因

根据目前到达端头实际情况，按原方案加固，工期上不能满足要求，而端头地层较差，若不进行处理，不能满足到达施工要求，而本工程工期紧，必须在2009年年底完成区间主体工程施工。根据现有条件，在保证安全的情况下，为确保按照业主工期要求完成本区间工程，拟定改变盾构到达施工方案，同时相应的改变端头加固方案。

3．2方案变更

盾构到达拟采用盾构密闭接收装置方案，该方案在我司施工的二八线延长线工程中已成功应用。

（1）端头加固

为缩短端头加固工期，避免与车站施工互相影响，根据新的到达接收方式，把原设计端头加固搅拌桩和旋喷桩更改为一幅1.2m厚的素混凝土连续墙，每个洞门一幅，长度为9m，深度到达隧道底以下2.5m，并至少进入强风化岩层2m，连续墙紧贴车站围护结构，在施工中确保与维护结构接触面必须紧贴，防止地下水从外界通过缝隙渗透进来，为确保达到止水效果，在连续墙两端采用两排旋喷桩进行止水。端头加固如图4、图5所示。

图4 端头加固平面示意图

图5 端头加固纵剖面示意图

（2）接收方案变更

由于端头加固区域大大缩小，盾构到达时，加固体不能把整个盾构机包含在

内，破除洞门后，盾构掘进出洞时洞门密封很难保证抵抗得住地下水压力，一旦地下水击穿洞门密封，密封失效，地下水将夹杂地层中的砂土漏出，导致地层流失，造成地面塌方等事故，盾构不能顺利到达。为确保盾构顺利到达接收，拟定采用密闭接收装置接收方案，即在洞门外，采用特制钢套筒与洞门预埋环板连接，钢套筒长9.6m，内径6.5m，在远离洞门一端设置一圆形端盖，用反力架和钢支撑撑在车站结构上，确保钢套筒不会在盾构推力作用下发生位移等事故。钢套筒安装时，确保其整体的密封性和耐压性。钢套筒安装之前，先凿除洞门车站围护结构，采用低强度材料回填，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，然后盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和盾构机并吊出，完成到达施工。到达接收方案如图6所示。为了避免洞门施工时由于施工困难等因素导致洞门处混凝土浇筑存在缺陷，拟定在车站洞门施工时，在洞门内预埋一环形钢套筒，钢套筒长度与车站结构厚度一致，直接作为洞门环形模板，套筒内径6500mm，结构面处与洞门设计预埋环板一致，用于与接收钢套筒连接。

图6

钢套筒接收示意图

（3）方案可行性分析

该方案在我司施工的广州市轨道交通二八线延长线工程中已试行应用，目前两台盾构机在端头条件很不利的条件下成功完成到达接收工作，避免了到达接收风险，创造了巨大的效益，可见该方案是可行的。

4．施工方案

4．1预埋洞门钢套筒

（1）钢套筒设计

钢套筒的作用主要是防范洞门施工质量问题，避免在洞门处出现漏浆、漏水状况。套筒内径为6500mm ，长度为900mm ，在套筒内设置筋板，确保其刚度，同时在套筒内环形预留两排Φ22mm 钢筋孔，用于插入钢筋加强与车站结构的整体性。

钢套筒设计如下图所示。

A向

1,2,3,4位置剖面

图7 预埋钢套筒设计图

（2）钢套筒安装

钢套筒安装时，其中心应与隧道中心一致，测量进行定位，钢套筒在地面先拼装成整体，再吊下安装。定位完成后，在预留的钢筋孔插入长300mmΦ22的钢筋，并焊牢。如图8所示。

车站围护结构

图8 钢套筒安装示意图

4．2端头加固

变更后的端头加固内容包括连续墙的施工和旋喷桩施工。

（1）连续墙施工

连续墙为本端头加固的重要内容之一，应起到确保洞门凿除时的稳定，并隔绝外部地下水，该连续墙分两段，两个洞门分别为一槽段，每个槽段长9m，即在洞门中心线两侧4.5m范围，厚1.2m，深度到达隧道底以下2.5m。连续墙紧贴车站围护结构施工，应确保其与车站围护结构的连接紧密，防止地下水从车站围护结构与新施工连续墙间渗漏。

①施工工艺流程

素混凝土连续墙施工工艺流程如图9所示：

图9 素混凝土地下连续墙施工工艺流程图

②施工要点

A、测量放线

根据业主提供的基点、导线和水准点，在施工场地内设立施工用的测量导线网和水准点，经复核无误后方可使用。施工期间应经常复测并注意保护。根据测量控制点，准确测放出连续墙中轴线，经复核验线后，开始导墙基槽开挖。

B、基槽开挖和导墙修筑

按照测量放线结果，从地面开挖基槽，并施做导墙，导墙水平方向应平直，竖直方向确保垂直。

C、成槽施工

采用冲桩成槽工艺，成槽时按划分槽段的油漆标志，按顺序进行。入岩后，继续采用冲击式钻机冲钻成孔方法进行入岩成槽，直至终槽。成槽时应及时补浆，保持槽内的泥浆液面高度不得低于槽池顶面300mm，防止槽壁坍塌。

D、清槽及接头缝处理

成槽过程中用泥浆循环法清渣，即将皮管通向孔底并泵进新浆，使泥渣上浮；对于粗颗粒的岩渣则用专用抽渣筒清除；最后清槽时，采用空气吸泥法反循环清孔，即通过4″皮管压下6～8Kg／cm2压缩空气至槽底的吸泥装置，将泥砂吸上，同时槽孔上部补充新鲜泥浆，保持所要求的泥浆液面高度。清孔后保证沉渣厚度＜100mm，1小时内槽底泥浆比重＜1.15。

连续墙与围护结构接缝部位必须用接头刷清理干净。

E、水下混凝土灌注

该连续墙混凝土采用C20素混凝土。水下混凝土灌注导管底端离槽底0.4m，首批入槽混凝土量应不小于5.0 m3，以保证开塞后导管埋管深度不小于0.5m。要求混凝土面上升速度不小于2m/h，槽内混凝土面高低差小于0.3m，中途因故停顿时间小于30min，导管埋深控制在2～4m之间，导管间距不大于3m，导管距槽段两端不大于 1.5m。在浇捣混凝土的过程中，严格控制混凝土的坍落度在18～22cm之间，以保证混凝土的强度及抗渗等级满足设计要求。

（2）旋喷桩施工

①本加固方案中旋喷桩位于连续墙的两端处，其作用是对连续墙的防水作用进行补充，深度与连续墙深度一致，有效桩长一直至地面，确保整个连续墙与围护结构接触面的止水效果。

②旋喷桩施工工艺流程

图10 旋喷桩施工工艺流程图

③施工要点

A．钻机就位

钻机设置在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1% 。

B．钻孔

钻孔时钻机要平衡，开孔孔位要准确，钻孔垂直度偏差≤0.5%，确保旋喷管能顺利导入孔底。根据钻孔桩施工的地层情况，在砂层等不利地层处钻孔时，采用泥浆护壁，泥浆的主要性能指标控制为：比重1.2~1.3，粘度25~30S，含砂量<5%。

C．浆液配制与喷射作业

水泥浆液采用42.5号普通硅酸盐水泥和自来水配制，水灰比为1.0~1.5。然后以设计要求的技术参数进行旋喷。在旋喷过程中，经常检查水泥浆泵压力，旋喷管提升速度及孔口冒浆情况，并随时做好记录。旋喷注浆如中途发生故障，立即停止提升和喷射，待检查排除故障后再继续施工。

D．冲洗

喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆，通常将浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管以及软管内的浆液全部排除。

4．3洞门凿除施工

（1）在洞门上打观察孔，观察土体稳定和渗漏情况。

为了了解洞门里面土体稳定及渗漏情况，防止凿除洞门时发生喷涌，在盾构机碰壁以后，洞门凿除前需要在洞门上打观察孔，根据观察孔确定前方土体的

稳定性及透水性，观测孔按上多下少方式布置，深度为1.2米，穿过围护结构连续墙，先用水平地质钻钻过围护结构，孔径50毫米，在洞门边缘的钻孔斜向布置，朝向洞门范围外，取出芯样观察围护结构的完整性，及原围护结构与新增连续墙体的连接情况，墙体之间的间隙和是否存在失稳或透水的情况，如果不存在，则继续下一个钻孔；如果存在，在该孔附近20厘米左右再钻取几个观察孔，确认是否确实存在失稳或透水的情况，不存在，则继续下一个钻孔，如仍然发现前方加固体有失稳或大量透水则停止凿除，通知监理、业主，并采取措施处理。并采用注入聚氨酯或注入双液浆的方式封堵钻孔，待处理安全后，再凿除洞门混凝土。观察孔位置如图11所示：

图11 观察孔布置图

（2）凿除混凝土和钢筋、回填素混凝土。

首先凿除洞门批荡和围护结构的保护层，露出围护结构的第一排钢筋网，人工把连续墙第一排钢筋逐根切割后吊出，钢筋切割范围要大于刀盘范围5cm以上，然后用炮机凿除连续墙第一排与第二排钢筋之间的混凝土，直至露出第二层钢筋网，凿碎第二层钢筋与里层混凝土接触的部分，割除漏出部分的第二层钢筋网然后人工拉出，并及时回填M7.5的水泥砂浆。洞门凿除完成后，立即进行场地清理，以确保盾构出洞安全。

其它注意事项：在凿除过程中，严格注意端头加固体的状态，发现异常现象，立即撤走所有的施工人员。洞门凿除后在加固体上设位移观测点，每天监测洞门的安全状态。严格按高空作业的要求施工，高于2m以上的作业都必须佩带安全绳。

4．4钢套筒设计

1、筒体

筒体部分长9600mm，直径（内径）6500mm。分三段，每段3200mm，每段又分为上下两半圆。筒体材料用16mm厚的A3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150mm，间隔约550*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24mm厚的A3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3mm厚橡胶垫。在筒体底部制作托架，托架分三块制作，之间用螺栓连接。每段又分为三件。托架承力板用24mmA3板，筋板用20mmA3板，底板用24mm A3钢板，底部用200*200mm工字钢按“托架图”相应的尺寸焊接成为整体。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，焊接底板和工字钢。托轮组装完后，工字钢底边与车站底板预埋件焊接，托架须用型钢与车站侧墙顶紧。筒体具体形状如图12所示。

图12 接收钢套筒筒体

2、后端盖

后端盖由冠球盖和平面环板组成，冠球盖和平面环板材料用30mm钢板，平

面环板加焊36个厚30mm、高500mm的钢板筋板，环向均布排列焊接。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M30、8.8级螺栓连接。

冠球盖用30mm钢板整体冲压焊接成形，后盖平面环板与冠球盖外缘内外焊接成整体。制作完工要在球盖内侧加焊型钢或钢管井子玄，防止变形。

后端盖形状如图13所示。

后端盖

图13 接收钢套筒端盖

3、反力架

采用盾构始发反力架紧贴后盖平面板安装，冠球部分不与反力架接触。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500mm钢管斜支撑（由于没有墙体承力)。反力架定好位置后，先用400t千斤顶顶住墙体和反力架，消除洞门到后盖板的安装间隙，承力钢管（10寸钢管）两端用楔形块垫实并焊接。

4、筒体与洞门的连接

在原洞门环板预埋钢筋基础上，每组加焊二根直径20mm圆钢，一端焊接在车站侧墙钢筋，另一端焊在洞门环板上，用于加强洞门环板与侧墙的连接强度。钢套筒与洞门环板之间设一过渡连接板，洞门环板与过渡连接板采用烧焊连接，钢套筒的法兰端与过渡连接板也采用烧焊连接。

5、进料口和注排浆管

每段筒体中部右上角设置600*600进料口，在每段钢套筒底部预留三个3吋带球阀注排浆管,共9个等间距布置，一旦盾构机有栽头趋势头，即可在下部

注双液浆回顶。

4．5钢套筒的检查

由于接收钢套筒曾用于2次盾构接收，并经过几次的转场运输，可能因此而影响其因此使用前必须对其进行检查，检查内容如下：

（1）钢套筒圆度

使用前对整体钢套筒的圆度进行检查，必要时由制造厂家进行检查，确保其圆度，避免盾构机进入钢套筒时与钢套筒间距不均，导致盾体与钢套筒碰撞使钢套筒发生位移变形等意外。

（2）钢套筒的密封性

钢套筒分多块组成，各组成块之间均须加垫橡胶垫，对橡胶垫必须严格控制质量，防止损坏，或有漏洞，避免出现漏浆泄压，导致泥水压力不能建立。另外，钢套筒各部件之间连接均采用螺栓连接，对螺栓连接面也应进行检查，对连接面出现变形或破坏的部位进行修复，避免出现漏洞。连接螺栓是保证各部分连接紧密的重要构件，使用前应确保连接螺栓质量和数量，保证各部分连接的强度。

（3）钢套筒焊缝

钢套筒由钢板焊接而成，使用前必须全面检查钢套筒各个部位的焊缝，对有损伤的焊缝进行补焊，确保焊缝质量，保证整个钢套筒的整体性。

4．6钢套筒的安装及试压

4.6.1安装流程

图14 接收钢套筒安装流程

4.6.2安装过程及步骤

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) 在地面把三节钢套筒下半段的最底部法兰边缘处割去约30～50 mm，因为钢套筒的托架已分别焊接在各节钢套筒的下半段上，而钢套筒下半段底部的法兰边缘比托架的底部要高，切割高度要根据实际测量出来的底板标高与洞门中心的标高定。

(3) 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6 mm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。

(4) 将下半部连接好以后，再将第1节上半部吊下井并连接，然后再将过渡连板与第1节钢套筒对接。依次将第2、3节上半块吊下并连接。将各个连接螺栓紧固。

2、后端盖的连接

后端盖由冠球盖与后盖板两部分组成，安装后端盖时应在地面上把这两部分连接好再吊下井，后盖板与冠球盖之间加6㎜厚的橡胶板后用M30螺栓（8.8级）上紧在钢套筒后法兰上。

后端盖在地面上将椭圆盖板与后盖板连接紧固后再吊下与第3节连接法兰连接，后端盖板与法兰连接过程中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。

3、钢套筒顶升及平移

(1) 每节钢套筒下半部已预设4个顶升牛腿，可采用12个20t机械千斤顶同时顶起三段钢套筒，直到钢套筒法兰最下端有足够的空间允许人钻进去拧紧螺栓，用垫木或型钢垫实此空间的六个位置点，待紧固连接螺栓后，再移开垫木或型钢，缓慢并同步松开千斤顶，放下钢套筒。

(2) 将已经连接好的钢套筒向洞门位置平移。利用2个60t液压千斤顶一边顶在基坑底板的站台板上，另一边顶在后端盖板的平面位置，将已经连接好的钢套筒沿隧道中心线向洞门方向平移，直至过渡连接板与洞门环板相接。并保持隧道中心线与钢套筒中心线不偏离。经过测量组对中心线复测，确认无误后，将洞门环板与过渡连接板进行焊接。

(3) 钢套筒的过渡连接板与洞门环板的连接。

①在洞门环板和混凝土预埋钢筋之间加直径20mm的圆钢，并与洞门环板满焊焊接。

②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。焊接过渡板过程中，要求上半部分只焊外侧，下半部分内外侧满焊。

3、反力架及支撑安装

(1) 反力架安装

反力架的安装采用类似盾构始发反力架安装方式，反力架紧贴钢套筒后盖，冠球部分不与反力架接触，而且其与盾构机始发时反力架的最大不同之处是：它不是与后端盖的平面板直接接触传递力，而是通过内外2排M30的压紧螺杆（共128颗）传递力（这样能通过调整各颗螺杆的长度来更好地保证到反力架各处都能与后端盖顶紧，消除了平面之间贴不紧造成受力不均匀的影响）。

安装反力架时，首先应在基坑里定好位，然后根据井口面与洞门中心的标高（这在割去筒体底部边缘时就已测量好），在地面上先割去反力架立柱下端多出的部分（约250 mm）,反力架立柱在设计时就已经有所预长，使其能更好的适用于标高不同的基坑，所以要根据井口面与洞门中心的标高来确定要切割出多长，并在地面上安装好反力架。

反力架与后盖板的平面图，如图15所示。

图15 反力架与后盖板的平面图

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500mm钢管斜支撑。如图7和图8所示，是反力架支撑安装位置及安装图，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。

反力架斜撑安装好以后，需进行压紧螺栓的调整。安装好反力架后，分别上紧每个压紧螺栓，上紧时分别采用对角上紧，保证后盖的均匀受力。每颗螺栓的压紧力为54000N (总计反力架的预加反力约为700T力)，上紧后用锁紧螺母锁住，这样能保证钢套筒在有水压时洞门环板处连接螺栓不受力。上紧的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，各段法兰连接螺栓是否松动。

完成后，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,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。

(2) 横向支撑的安装

钢套筒安装完毕后，检查确认后，即进行安装横向支撑。如图14所示，横向支撑采用125H型钢支撑在基坑侧墙结构上，支撑在侧墙的一端要加钢板封盖，保证支撑与侧墙的接触面积。钢套筒每边共设置6道横向支撑，间隔1600mm布

置，坚向高度要求支撑在距离钢套筒托架底部500mm处。另外反力架也要安装横向支撑，上下共四根支撑，上部支撑在负三层结构上，避免反力架出现横向位移。

图16 钢套筒横向支撑安装位置示意图

支撑的检查,对托架左右、反力架的支撑进行牢固性的检查。

钢套筒的位置检验，对安装好的筒体位置进行复测，与盾构机出洞的中心线是否重合。钢套筒安装过程中要将所有的托轮组调至最低位置，确保托轮表面与钢套筒内壁平齐，并做好零位标记。

4、填料

当检查完毕后，向钢套筒内填料，主要是填砂，并混有一部分的粘土。向钢套筒内填充泥砂，在填充的过程中适当加水，保证砂的密实。从三个填料孔分别进行填料，直至填满。然后加水至完全充满钢套筒。

(1) 砂的来源

砂的来源采用直接从泥浆处理场地内分离出的砂作为填料主体，因为其中含有一定量的粘泥，正符合填料的特征需要，粘泥能够将砂密实更紧密，除低砂的透水性。

(2) 填料过程