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钢护筒在盾构接收井中的应用

文档作者：余远红文档来源：中铁十八局集团第四工程有限公司		点击数：	更新时间： 2022年10月18日
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轨道交通与地下工程器
Track Traffic＆Underground Engineering
余远红
(中铁十八局集团第四工程有限公司天津地铁项目部，天津300200)
摘要：针对天津地铁5号线张兴庄站一志成路站区间的特殊工程地质条件及复杂环境，采用钢护简明洞接收解决了施
工难题。介绍了钢护筒的结构组成，论述了钢护简明洞接收施工工艺。钢护筒明洞接收技术的优越性，决定了其在难度较
大的盾构接收施工中具有广泛地应用前景。
关键词：地铁；盾构接收；冷冻加固；钢护筒
中图分类号：U 455．43 文献标志码：B 文章编号：1009—7767(2016)02—0075—04
Application of Steel Casing in Shield Receiving Pit
Yu Yuanhong
随着城市地铁建设规模的扩大，盾构法广泛应用
于地铁区间隧道工程中。盾构到达接收是盾构法施工
的一个关键环节。始发与到达接收发生的事故占一半
以上，再加上穿越房屋、铁路及既有地铁等建(构)筑
物，更是盾构施工中的难点和最大风险点。目前，对于盾
构接收施工方式的选择没有统一规定，盾构接收工序
经常会存在较大风险．容易发生事故。对于盾构到达的
安全措施，传统工艺主要采用端头注浆加固、冷冻法、
水中到达等方式。笔者认为为确保盾构接收的安全性，
宜采用地面垂直冷冻加固+钢护筒明洞接收工艺【l-31。
1盾构接收技术概述
1．1盾构接收技术分类
盾构接收技术可分为3类：土体加固、洞门密封、
压力平衡。
土体加固是指通过土体加固改良技术(如注浆、旋
喷、搅拌、素混凝土地下连续墙、素混凝土围护桩、冻
结法、降水固结等技术)，对盾构接收端的软弱土体进
行加固改良。提高土体自稳能力，以消除盾构机进洞
时由于土质软弱所带来的风险。
洞门密封是指在盾构接收端设置密封装置。以封
闭盾构机进洞时引起的盾体或管片与预留洞口间的
间隙。防止发生喷涌事故，以保证盾构机进洞安全。
压力平衡是指在盾构进洞时，采用竖井内外水土
压力平衡的原理．使竖井外侧水土处于相对平衡稳定
状态，不至于发生向井内喷涌的情况，使盾构安全进洞。
以上3种方法基本能保证盾构接收时土体的稳定，
抑制喷涌事故的发生，但容易出现质量缺陷。同时地层
加固加大了盾构掘进的难度，延长了工期，提高了造价；
这些工艺在施工中存在着不利于环保的因素，对环境影
响较大。如何既安全又经济，既不冒险也不保守，顺利
完成盾构的接收工作，需要在此基础上进行新的探索。
1．2钢护筒盾构接收技术
盾构施工时经常会遇到接收端加固效果不满足
要求或失效的问题．并且传统的盾构接收技术还存在
着安全性低和成本较高的缺点。钢护筒盾构接收技术
很好地解决了这个难题。钢护筒是直径比盾构略大、
长度比盾构略长的圆筒状钢结构，一端开El、另一端
封闭，开El端预埋在洞门内，从而形成封闭系统。在钢
护筒内填人经试配的膨润土、粉煤灰、砂浆填料。形成
一个外延接收体，密闭后以平衡地下水土压力，最终
完成盾构接收。
钢护筒盾构接收技术具有以下优点：
1)钢护筒采用分节拼装，有利于快速施工，可以周
转重复使用：
2)通过对钢护筒进行密封处理，可以使盾构接收
过程完全密闭。以抵抗后部地下水土压力：
3)钢护筒内的填充料提高了钢护筒接收施工的速
度及可操作性：
4)相对于其他接收工艺，钢护筒造价及安装成本
较低：
5)施工安全性好．可在大深度、高水压条件下进
行盾构接收工作。
ZOZ6年$2_(3一)第34毫．事荭投木75
万方数据
器轨道交通与地下工程
Tmek Tra怖c＆Underground Engineering
随着我国沿海一线城市(天津、上海、深圳等)地
铁交通建设步伐的加快，沿海地区普遍存在着的砂石
含量多、富水程度高、承压能力弱等不良地质条件对
施工提出了巨大挑战，盾构施工被广泛采用以克服这
些问题。钢护筒盾构接收工艺有效地解决了盾构接收
中的涌水、涌砂等灾害，可适用于超深地层、富水、土
体强度低等恶劣工程条件，保证了盾构的顺利接收和
地表建筑的安全。能够有效降低施工风险和工程成本。
2工程概况
天津地铁5号线张兴庄站一志成路站区间为单
洞单线隧道。区间线路起于张兴庄站，沿规划均富路
敷设，下穿北环线铁路、宜兴埠镇到达志成路站。区间
无联络通道。该区间隧道采用盾构法施工，左右线先后
采用1台盾构机从志成路站始发，在张兴庄站接收。
张兴庄站为天津地铁5号线与3号线换乘站，T型
换乘。5号线张兴庄站为地下3层站，3号线张兴庄站
为地下2层站，换乘节点于2009年施工完成，预留盾
构接收条件。盾构到达3号线张兴庄站后，在站内空推
横穿3号线张兴庄站，在5号线站端盾构接收井处吊
出。接收端头井临近北环线铁路，区间左线接收井距
离北环线铁路16．81 m，右线接收井距离北环线铁路
18．34 m(见图1)。
图1 区间隧道穿越北环线铁路平面图
盾构接收端处于粉土微承压含水层，稳定性差，在
盾构接收过程中容易产生涌水、涌砂；盾构接收端在
北环线铁路的运行影响范围内。盾构机接收风险很大。
为规避风险、确保施工安全和施工质量，采用钢护筒
盾构接收技术【41。
3盾构接收工艺
该工程采用“地面垂直冷冻加固+钢护简明洞接
收”工艺。
盾构接收端头井土体加固受施工场地的限制，水
平冻结加固无法施工，故采用水平注浆，垂直冻结法
加固地基的施工方法151，使洞IS]范围内的土体冻结成
强度高和不透水的板块，为破洞门提供条件。盾构接收
施工流程如图2所示。
76辛荭笈木2016 No．2(Mar．)V01．34
3．1钢护筒施工方法
钢护筒明洞接收是利用与既有车站接收井洞门
外端连接护筒，l临时制作1个密闭型箱体，并将箱体
内临时填充黏土等材料，以此来平衡盾构推出隧道
洞门时漏水涌砂压力，盾构机推入密闭箱体隧道洞
El注浆封闭后，拆除密闭箱体，完成盾构接收的施工
措施。
3．1．1钢护筒设计制作
钢护筒内径勿6 700 mm，外径矽7 124 mm，长12 m，
分为6节，每2 m为1节，每节分为上下2块半圆，简
体材料采用12 mm厚的Q235B钢板，每段筒体的外周
焊接纵、环向筋板形成网状以保证简体刚度，钢护筒
简体如图3、4所示。
万方数据
盾构机姿态复核
盾构接收段土体加固卜_————十一——叫洞门及预埋钢环位置的复核
，
1接收洞门内水平注浆l
t
l接收端头垂直冻结加固l
盾构推进至离地连墙60 m
破除外层约70％地连墙
安装钢护筒并做好止水密封
拔除冻结管路
凿除剩余地连墙
钢护筒内回填土方、注浆封闭
盾构连续推进至接收护简羯晏㈣萋坚卜—[壶I 钢护筒内继续注双液浆或者卜-1检查注浆止水效果
聚氨醣封闭止水一拆除钢护筒并清理土力
洞门10环范围内注双
液浆封闭止水
洞门圈与管片封闭焊
接，完成接收
3．1．2钢护筒安装方法
因盾构接收端张兴庄站为地铁5号线与3号线
换乘站．钢护筒需从5号线盾构孔吊装下井组装完成
后，平推约20m至接收洞门与预埋钢环连接。平推采
用在端头井底板满铺1 cm厚的钢板，沿钢板外边缘间
轨道交通与地下工程器
Track Traffic&amp;amp;Underground Engineering
距30 cm．采用M20×150的膨胀螺栓与底板锚固，钢板
上表面抹涂黄油，采用2个100 t的液压千斤顶，将组
装完成的钢护筒顶推至接收洞门。
3．1．3钢护筒安装步骤
1)主体部分连接
在开始安装钢护筒之前，首先在基坑内确定线路
中心线。钢护筒定位时，要求钢护简架中心线与线路
中心线重合。将加工好的钢护筒分节吊运至盾构井下，
先进行分块连接，后进行分段成筒连接，最后安装后
端封板，连接部位均采用10 mm厚橡胶垫密封。钢护筒
安装完成后，对筒体位置进行复测，检查盾构机中心
线与到达的线路中心线是否重合。
2)后端盖连接
后端盖与筒体之间加10 mm厚的橡胶密封垫后，
用M30螺栓(8．8级)紧固在钢护筒后法兰上。
3)钢护筒顶推平移
将已经连接好的钢护筒向洞门位置顶推平移。利用
2个100 t液压千斤顶一边顶在基坑底板上，另一边顶
在后端盖的平面位置．将已经连接好的钢护筒沿隧道
中心线向洞门方向平移，直至钢护筒端部与洞门钢环
相接．并保持隧道中心线与钢护筒中心线不偏离。钢护
筒顶推平移如图5所示。
号
线
盾
构
吊
装、
运营3号线孔
——螽．．．．．．．
W
液压站
／门⋯潜辅l一，。厘-钢j牺k＼、、I‘⋯一——一—————l—r_—-I{—▲1】 j一 - ● - _ - - ● _ _ - - - - ● - ，／
4)反力架安装
钢护筒端部安装反力架，用于给钢护筒整体提供
反力．反力架紧贴后端盖安装，反力架为“井”字结构形
式。“井”字框架采用500 mln的工字钢组焊而成。
受车站结构限制，反力架采用钢管斜撑作用在底
板上。斜撑采用@609 mm、厚14 mm的钢管。上下横梁
各设置3道斜撑，左右立柱各设置3道斜撑，斜撑一
端与反力架连接，另一端与锚固在车站底板上的钢板
焊接．钢板厚12 mm，通过底板植筋进行锚固，然后浇
筑1．5 mxl mxl ITI的混凝土墩将整个端部固定。
Z016#2期(3一)第34蹇啼荭投木77
万方数据
器轨道交通与地下工程
Track Tmfflc＆Underground Engineering
5)筒体与洞门的连接
反力架安装完成后，经对中心线复测确认无误后，
将钢护筒与洞门钢环进行连接。钢护筒前端连接法兰
与车站主体结构预埋钢环通过螺栓连接。接缝处安
装10mm厚橡胶密封条及2条遇水膨胀胶条。同时将
钢护筒前端连接法兰与洞门钢环里侧进行焊接。
6)环向支撑
钢护筒安装完毕经检查确认后。即可安装环向支
撑。环向支撑一侧与钢护筒连接，另一侧支撑在基坑侧
墙(立柱)结构上，支撑在侧墙的一端加钢板封盖，保
证支撑与侧墙的接触面积。环向支撑每2 m设置1道，
每个环面设置8道，其中4道设置在托架两侧；为增
加护筒的抗扭转能力，另外4道设置在环面上部+60 o
及环中心两侧，环向支撑安装如图6所示。
a)实例l b)实例2
图6钢护筒环向支撑安装实例图
7)密封性检查
钢护筒组装完成后，在筒体内压水检查其密封性，
气压为0．2 MPa。若在12 h内压力保持在0．18 MPa以
上，则可满足质量要求，如果小于0．18 MPa，需检查并
修复其密封缺陷，然后再次试压，直至满足要求。
8)填料
接收护筒安装完毕、检查合格并凿除洞门地连墙
后，即进行护筒砂浆回填，回填施工一次完成。明洞内回
填采用M1．5砂浆．盾构机推出洞门后继续切削砂浆，
盾构机在砂浆内接收。因接收井上部封闭，故从5号线
张兴庄盾构吊装孔下料，采用地泵泵送至钢护筒内。
3．2洞门密封
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，同步注浆要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面处连续15环注双
液浆形成环箍，封堵开挖土体与管片外壳之间的渗漏
通道。
78辛荭投木2016 No．2(Mar．)V01．34
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形成
环箍。随时检查钢护筒是否有漏浆、变形等情况．若有
则可采取调低气压减小推速等措施。
4)最后1环采用外侧预埋背负钢板管片，待钢护
筒拆除后，背负钢板与洞门钢环之间用L型钢板焊接。
5)在钢护筒的安装和接收过程中，制造厂家技术
人员要全程跟踪，确保其圆度，避免盾构机进入钢护
筒时与钢护筒间隙不均，导致盾体与钢护筒碰撞使钢
护筒发生位移变形等意外，并在出厂前进行加压试验，
以保证钢护筒自身密封性的完好。
6)盾构机全部进入钢护筒后，打开车站侧墙上预
留的注浆管以及最后几环管片上预留的注浆孔的球
阀和钢护筒上侧预留的观测管，观察渗漏情况，如有
渗漏，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．方可拆除钢护筒。
3．3钢护简拆除
当洞门封闭后。通过注浆孔转孑L检查加固情况，在
确保无风险的情况下开始将套筒端门拆除。首先将上
部钢护筒从末到前逐次拆除；然后在清理盾构表面填
充料后开始拆除盾构：最后将剩余钢护筒和基座拆除。
4结论
盾构机钢护筒明洞接收新工法在天津地铁5号
线土压平衡盾构隧道的成功应用，有效地规避了在不
利地质地层进洞过程中的各种风险。钢护筒明洞接收
工艺所具有的安装简便、经济实用、安全可靠、工期
短、可循环利用的优点，大大降低了富水软弱地层和
超深地层等不良地质及复杂环境下发生灾害的几率，
有效地降低了施工风险和工程成本。可广泛用于各类恶劣地质条件下难度较大的盾构接收施工。响
参考文献：
【1】唐忠．泥水盾构深井下组装始发与到达施工技术叨．隧道建
设，2006，26(4)：42—“．
[2]陈珊东．盾构到达接收辅助装置的使用分析【J】．隧道建设，
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【3】李奕，钟志全．泥水盾构到达施工新技术【J】．建筑机械化，
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[4】李飞，凌波．盾构到达接收辅助装置的设计阴．建筑机械化，
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【5】王文灿．冻结法和水平注浆法在天津地铁盾构接收中的组
合应用阴．现代隧道技术，2013(3)：189—196．
收稿日期：2015一ll一27
作者简介：余远红，女，工程师，学士，主要从事工程施工技术工作。

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