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【摘要】通过对钢套筒重新进行分块设计、增加预压千斤顶、优化密封方式等一系列的改进设计，解决了早期的钢套筒存在的刚性不足、组装困难、密封不良等问题，并根据改进型钢套筒在南宁和东莞地铁项目上的应用，说明改进型钢套筒适用于土压和泥水盾构机的辅助始发及接收。最后讨论了钢套筒在日系盾构机上的适用性。
【关键词】改进 钢套筒 设计 应用
0. 引言
自钢套筒这种辅助盾构机到达接收的装置研发使用之后[1]，因其辅助到达的施工方法具有较高的安全性和免端头加固的特点而逐渐广泛使用[2]，有很多盾构隧道工程因各种原因不能使用传统的工法，转而使用钢套筒辅助盾构机出洞[3]。但最初设计的钢套筒，因其设计的缺陷导致使用上也存在一些问题[4]，并且文献[1]中设计的钢套筒仅考虑了辅助盾构机出洞，没有考虑辅助始发。本次根据南宁某地铁始发需要和钢套筒实际施工情况，设计了一种改进型的钢套筒，用于辅助盾构机始发，并根据使用情况对改进型钢套筒的优点和长处进行了分析和探讨。
1. 原有钢套筒简介
原有的钢套筒是由筒体、后端盖板、顶推托轮组、反力架和前后左右支撑等部分组成，其中筒体的主体部分是由上下六个半圆组成。这种钢套筒是早期的产品，虽然解决了盾构机出洞时安全性问题，同时也免去了端头加固的麻烦，但是也存在有工期长、费用高和密封困难等问题。
2. 改进型钢套筒的设计
本次改进型的钢套筒，总体设计图纸如图1所示。从外观上看，筒体的主体部分改变了原来的6个半圆组合，变为3个长弧形+3个半圆。具体的改进体现在以下几个方面：
1）重新进行分块设计
改进型的钢套筒，采用3个长弧形+3个半圆的设计。这种设计，强调了上半圆和下半圆各自的整体性，方便上下半圆单独组装。同时增加了各个部件的外部加力撑板，因此使得整个钢套筒的刚性大大增强。相比原设计的钢套筒，减少了运输和起吊过程中的形变，更有利于组装。
2）部分采用了内螺栓连接
原设计的钢套筒，全部采用套筒外螺栓连接方式，这种方式，需要钻到钢套筒底下去进行螺栓安装和拆卸，操作上难度较大。因此，本次将套筒底部的15个环间连接螺栓，改为内部连接方式，如图2所示。这种方式使得底部约80°范围内的螺栓都在钢套筒内部进行拆解，降低了底部螺栓拆卸的难度，更便于进行钢套筒的安装和拆卸。
3）改进了密封方式
本次改进的钢套筒，块与块之间结合面的密封方式不再使用原有的整体式橡胶垫密封，全部改用φ10mm的O型密封圈式的密封。如图2所示，在结合面上预留两道6mm×15mm的密封槽，用于安放的O型密封圈。这种密封方式，密封效果更好，而且大大降低了安装的难度。同时φ10mm的O型密封圈有现成的产品，方便采购。
4）增加了预压千斤顶
本次钢套筒在反力架和环梁之间增加了预压用千斤顶，千斤顶推力40T，共10个，环向基本均匀布置，具体见图3。通过预压千斤顶对钢套筒施加预压力，使钢套筒紧顶洞门环板。使用中通过对钢套筒与洞门环板连接处进行监测，根据监测情况调整预压千斤顶压力，使洞门环板始终处于受压状态。通过设置这种预压千斤顶，可以消除或者减少洞门环板的受拉情况，降低对洞门结构的影响。
5）取消了顶推托轮组
原设计的钢套筒，考虑到盾构机出洞时会产生低头现象，故设置了顶推托轮组。但经过多次观察，发现只要在底部铺设适当的碎石和砂土，盾构机出洞时可自然在盾构机底部形成一层密实的土层作为支撑，不会出现盾构机低头的现象，因此本次设计改进型钢套筒时，取消了顶推托轮组，简化了设计，减少组装的难度。
3. 应用情况分析
本次设计的钢套筒，已经成功运用于南宁某地铁工程，辅助土压盾构机始发。在南宁运用完毕后，又运输至东莞，辅助土压盾构机到达。从两个工地使用情况来看，钢套筒的使用情况良好，达到了预期的目的。总结新钢套筒使用的情况，除了其固有的安全性高、免除端头加固之外，还有如下几个方面值得关注。
1）原钢套筒仅考虑用于辅助泥水盾构机出洞，本次设计的钢套筒已经成功用于土压盾构机出洞，同时也顺利地实现了辅助盾构机始发。这说明只要设计好钢套筒内的砂土及水的配比，控制好钢套筒内部压力和盾构机的掘进参数，钢套筒完全可以用于土压盾构中，辅助始发和到辅助达也同样可以使用，故大大拓宽了钢套筒的应用范围。
2）采用改进型的密封方式，可以很好地保持钢套筒内的水土压力，防止泥浆外泄。经过实践证明，这种密封方式非常有效，钢套筒内的压力和掌子面的均保持稳定，整个始发/到达过程中没有出现喷浆等各种情况，没有对端头造成影响。
3）对比采用端头加固的方式，采用钢套筒辅助始发/到达的整体费用更低。钢套筒虽然一次性制作成本较高，但是经过多次使用后，摊分到每一次使用上，其成本比传统端头加固方式更加低。在工期安排上，已经对钢套筒的拆卸已经形成了一整套的操作经验和流程，不多耗费时间。
4）这几次的辅助盾构机到达和始发，其盾构机均为海瑞克的盾构机。这种盾构机的拆解和组装，是在盾构机内部拆装前体和中体的连接螺栓，故适合使用这种钢套筒。如果三菱等日系盾构机，其前体和中体采用焊接连接，其拆解组装需要在盾体外进行，故目前这种钢套筒暂不适用于日系的盾构机，如果要用于日系盾构机，需要重新设计。
4. 结论和讨论
这种新型钢套筒的设计，取消了累赘的顶推托轮组，重新设置了部分螺栓连接形式和预压千斤顶，解决了原有的钢套筒在施工中出现的密封不好、安装时间长、费用高等问题，使得改进型的钢套筒更符合实际施工需要。此外，通过设计好钢套筒内的砂土及水的配比，控制好钢套筒内部压力和盾构机的掘进参数，实现了将钢套筒的应用拓展到辅助盾构机始发和接收。
参考文献
[1] 李飞，凌波，盾构到达辅助接收装置的设计[J].建筑机械化，2009 （09）：66-6
[2] 李奕，钟志全，泥水盾构到达施工新技术 [J].建筑机械化，2010-01-15
[3] 任新伟，熊祥斌，钢套筒盾构接收风险分析及应对措施[J].江苏建筑，2013-3-14
[4] 陈珊东，盾构到达接收辅助装置的使用分析[J].隧道建设，2010-08-20
【关键词】改进 钢套筒 设计 应用
0. 引言
自钢套筒这种辅助盾构机到达接收的装置研发使用之后[1]，因其辅助到达的施工方法具有较高的安全性和免端头加固的特点而逐渐广泛使用[2]，有很多盾构隧道工程因各种原因不能使用传统的工法，转而使用钢套筒辅助盾构机出洞[3]。但最初设计的钢套筒，因其设计的缺陷导致使用上也存在一些问题[4]，并且文献[1]中设计的钢套筒仅考虑了辅助盾构机出洞，没有考虑辅助始发。本次根据南宁某地铁始发需要和钢套筒实际施工情况，设计了一种改进型的钢套筒，用于辅助盾构机始发，并根据使用情况对改进型钢套筒的优点和长处进行了分析和探讨。
1. 原有钢套筒简介
原有的钢套筒是由筒体、后端盖板、顶推托轮组、反力架和前后左右支撑等部分组成，其中筒体的主体部分是由上下六个半圆组成。这种钢套筒是早期的产品，虽然解决了盾构机出洞时安全性问题，同时也免去了端头加固的麻烦，但是也存在有工期长、费用高和密封困难等问题。
2. 改进型钢套筒的设计
本次改进型的钢套筒，总体设计图纸如图1所示。从外观上看，筒体的主体部分改变了原来的6个半圆组合，变为3个长弧形+3个半圆。具体的改进体现在以下几个方面：
1）重新进行分块设计
改进型的钢套筒，采用3个长弧形+3个半圆的设计。这种设计，强调了上半圆和下半圆各自的整体性，方便上下半圆单独组装。同时增加了各个部件的外部加力撑板，因此使得整个钢套筒的刚性大大增强。相比原设计的钢套筒，减少了运输和起吊过程中的形变，更有利于组装。
2）部分采用了内螺栓连接
原设计的钢套筒，全部采用套筒外螺栓连接方式，这种方式，需要钻到钢套筒底下去进行螺栓安装和拆卸，操作上难度较大。因此，本次将套筒底部的15个环间连接螺栓，改为内部连接方式，如图2所示。这种方式使得底部约80°范围内的螺栓都在钢套筒内部进行拆解，降低了底部螺栓拆卸的难度，更便于进行钢套筒的安装和拆卸。
3）改进了密封方式
本次改进的钢套筒，块与块之间结合面的密封方式不再使用原有的整体式橡胶垫密封，全部改用φ10mm的O型密封圈式的密封。如图2所示，在结合面上预留两道6mm×15mm的密封槽，用于安放的O型密封圈。这种密封方式，密封效果更好，而且大大降低了安装的难度。同时φ10mm的O型密封圈有现成的产品，方便采购。
4）增加了预压千斤顶
本次钢套筒在反力架和环梁之间增加了预压用千斤顶，千斤顶推力40T，共10个，环向基本均匀布置，具体见图3。通过预压千斤顶对钢套筒施加预压力，使钢套筒紧顶洞门环板。使用中通过对钢套筒与洞门环板连接处进行监测，根据监测情况调整预压千斤顶压力，使洞门环板始终处于受压状态。通过设置这种预压千斤顶，可以消除或者减少洞门环板的受拉情况，降低对洞门结构的影响。
5）取消了顶推托轮组
原设计的钢套筒，考虑到盾构机出洞时会产生低头现象，故设置了顶推托轮组。但经过多次观察，发现只要在底部铺设适当的碎石和砂土，盾构机出洞时可自然在盾构机底部形成一层密实的土层作为支撑，不会出现盾构机低头的现象，因此本次设计改进型钢套筒时，取消了顶推托轮组，简化了设计，减少组装的难度。
3. 应用情况分析
本次设计的钢套筒，已经成功运用于南宁某地铁工程，辅助土压盾构机始发。在南宁运用完毕后，又运输至东莞，辅助土压盾构机到达。从两个工地使用情况来看，钢套筒的使用情况良好，达到了预期的目的。总结新钢套筒使用的情况，除了其固有的安全性高、免除端头加固之外，还有如下几个方面值得关注。
1）原钢套筒仅考虑用于辅助泥水盾构机出洞，本次设计的钢套筒已经成功用于土压盾构机出洞，同时也顺利地实现了辅助盾构机始发。这说明只要设计好钢套筒内的砂土及水的配比，控制好钢套筒内部压力和盾构机的掘进参数，钢套筒完全可以用于土压盾构中，辅助始发和到辅助达也同样可以使用，故大大拓宽了钢套筒的应用范围。
2）采用改进型的密封方式，可以很好地保持钢套筒内的水土压力，防止泥浆外泄。经过实践证明，这种密封方式非常有效，钢套筒内的压力和掌子面的均保持稳定，整个始发/到达过程中没有出现喷浆等各种情况，没有对端头造成影响。
3）对比采用端头加固的方式，采用钢套筒辅助始发/到达的整体费用更低。钢套筒虽然一次性制作成本较高，但是经过多次使用后，摊分到每一次使用上，其成本比传统端头加固方式更加低。在工期安排上，已经对钢套筒的拆卸已经形成了一整套的操作经验和流程，不多耗费时间。
4）这几次的辅助盾构机到达和始发，其盾构机均为海瑞克的盾构机。这种盾构机的拆解和组装，是在盾构机内部拆装前体和中体的连接螺栓，故适合使用这种钢套筒。如果三菱等日系盾构机，其前体和中体采用焊接连接，其拆解组装需要在盾体外进行，故目前这种钢套筒暂不适用于日系的盾构机，如果要用于日系盾构机，需要重新设计。
4. 结论和讨论
这种新型钢套筒的设计，取消了累赘的顶推托轮组，重新设置了部分螺栓连接形式和预压千斤顶，解决了原有的钢套筒在施工中出现的密封不好、安装时间长、费用高等问题，使得改进型的钢套筒更符合实际施工需要。此外，通过设计好钢套筒内的砂土及水的配比，控制好钢套筒内部压力和盾构机的掘进参数，实现了将钢套筒的应用拓展到辅助盾构机始发和接收。
参考文献
[1] 李飞，凌波，盾构到达辅助接收装置的设计[J].建筑机械化，2009 （09）：66-6
[2] 李奕，钟志全，泥水盾构到达施工新技术 [J].建筑机械化，2010-01-15
[3] 任新伟，熊祥斌，钢套筒盾构接收风险分析及应对措施[J].江苏建筑，2013-3-14
[4] 陈珊东，盾构到达接收辅助装置的使用分析[J].隧道建设，2010-08-20