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摘要：钢套筒密闭始发方案是盾构平衡始发施工技术的一种具体应用。不同于传统地层加固的盾构始发方式，该方案通过密闭钢套筒提供平衡掌子面的水土压力，使得盾构机在钢套筒内如同常规掘进状态始发掘进。南宁地铁在国内首次采用了盾构钢套筒密闭始发施工方案，为盾构始发施工的投资、工期、场地、安全等问题提供了新的思路。
关键词 ： 盾构密闭始发 工期 投资
中图分类号：U455文献标识码： A
1前言
在交通出行压力日渐增大的情况下，国内一些主要大中城市都在积极进行轨道交通的建设。目前，国内在建的地铁区间隧道主要采用盾构法施工。当盾构始发、到达端头的地层稳定性差、地下水压较大时，国内传统的做法是对风险地层进行加固处理，提高地层强度、渗透性等指标，避免盾构进、出洞门时外侧水土流失、地层塌陷。
传统的盾构端头加固方案有地层搅拌、旋喷、注浆等方式，这些加固方式在南宁地铁施工过程中均有采用。但在一些区间施工过程中，受场地、工期及加固范围管线等边界条件限制，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风险隐患。为此，盾构平衡始发和到达技术得以在一定范围内推广。目前，南宁地铁1号线在个别站点尝试使用平衡始发和到达技术；其中，广东华隧建设股份有限公司在鲁班路~广西大学区间采用了盾构钢套筒密闭始发施工工艺，这是全国地铁施工过程中首次采用该技术。
2 项目概况
2.1工程基本情况
按照南宁轨道交通1号线工期筹划，2台海瑞克土压平衡盾构机一前一后从广西大学站始发，经鲁班路站、动物园站至清川站，在清川站到达吊出完成区间隧道施工；盾构始发工期紧迫。广西大学站盾构始发端头位于大学东路路中，始发端头加固区域存在通讯光缆、煤气管道、雨污合流、军队通信光缆等多条管线。
图1盾构始发端头管线图图2盾构始发端头地层分布图
2.2工程、水文地质
车站盾构始发端头地层从上到下依次为素填土①2、粘土②2-1、粉质粘土②2-2、粉土③1、粉质粘土②4-2、粉（细）砂④1-1、圆砾层⑤1-1；隧道穿越的地层主要为粉质粘土②4-2、粉（细）砂④1-1（详见图2）；稳定地下水位线位于隧道拱顶上方4.7m高处。
3 初步设计方案
在初步设计阶段，始发端头采用素混凝土连续墙+注浆的加固方案（详见图2）。广西大学站为两层车站，洞门端墙厚度为800mm，因本次盾构始发洞门连续墙为玻璃纤维筋连续墙，盾构始发时无需凿除洞门，盾构机直接切削地下连续墙始发。
4 钢套筒密闭始发方案
盾构始发端头存在较多管线影响端头加固施工，若素混凝土连续墙不封闭，注浆加固效果得不到保障；而管线迁改施工工期长、难度大、费用高，且端头加固体凝期长，按盾构始发场地现状，已无法满足工期要求。为解决上述问题，确保工期进度、降低工程总投资，在施工图设计过程中采用钢套筒密闭始发施工方案进行盾构始发。
4. 1方案原理
采用初步设计的盾构始发工法时，盾构始发井内外的水土压力处于非平衡状态。盾构钢套筒密闭始发工法是根据平衡原理进行盾构始发施工。该工法是在盾构掘进前，将盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充固体散料（如渣土）、水等材料，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构机在钢套筒内如同常规掘进状态始发掘进(如图3所示)。通过增加盾构掘进长度，为充分封堵盾构井洞门处开挖断面与管片之间的空隙，赢得了空间；为洞门附近及外侧一定长度范围内的管片背后足量有效注浆，赢得了时间。因此采用该工法施工时不需要对端头进行地层加固。
图3盾构密闭始发工法原理示意图
4.2 施工方案
（1）盾构钢套筒密闭始發施工工艺流程详见图4及现场图5。
图4密闭始发施工工艺流程图图5密闭始发现场图
（2）盾构始发掘进
洞门连续墙为800mm厚的C30玻璃纤维筋混凝土墙。盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在5~10mm/min，扭矩不大于2000kN.m，千斤顶总推力不大于800t。通过洞门后，速度可逐步提升至20~25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000~1500吨。
5 钢套筒密闭始发方案要点
5.1 盾构始发时土舱压力设定
刀盘中心处的切口水压力由地下水压力、静止土压力、被动土压力三部分组成。根据工程地质条件，切口水压力设计值约为140 KPa。盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内填砂及细的碎石，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。同时，通过向土舱内注入泥浆使土舱压力达到设计值。始发时土舱压力控制与常规盾构始发相同，土舱压力逐步提高并采用信息法施工、根据地面监测情况进行及时调整。
5.2钢套筒的耐压及密封性能
钢套筒的耐压按两倍切口水压力设计。需对钢套筒进行水压力实验，检验钢套筒的密封性能，压力不小于切口水压。
5.3 钢套筒的防扭转
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。如盾构机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。
5.4 各种构件的连接
1）钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，确保钢套筒与洞门预埋环板的连接，也可加法兰进行连接并在连接处挂网喷射一定厚度的混凝土，降低涌水、涌砂的风险。
2）在反力架和环梁之间设置预压千斤顶，通过预压力预压千斤对钢套筒施加预应力，使钢套筒顶紧洞门环板。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。
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。
4)盾构始发掘进前进行对安装好的成套装置进行压力测试，压力测试合格后方能进行盾构始发掘进。
5）如果始发过程中出现钢套筒出现变形量较大时，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；如出现钢套筒接缝渗漏，立即对接缝处螺栓进行复紧。
5.4施工监测
周边建筑物、地面、围护结构端头、管线、钢套筒压力与变形等项目，在盾构始发前后都必须加强。
6 工期及投资
按照初步设计，从场地移交、端头加固区管线迁改、端头加固施工及等强，到最后盾构始发，需4个月。采用盾构钢套筒密闭始发，从场地移交、钢套筒及盾构机安装，到最后盾构始发，需2个月，节约工期两个月。如果钢套筒费用按照两次摊销计算，钢套筒密闭始发费用与初步设计传统加固方式始发费用能够基本持平，但节省了管线迁改费用，降低了整个项目的工程投资。
7结束语
国内城市轨道交通大部分规划在繁华的市区，施工场地狭小，往往存在大量管线或者建（构）筑物，建筑物拆迁、管线迁改难度大、费用高，安全风险大，工期紧迫。越来越多的地铁建设采用了盾构平衡始发、到达技术。2009年4月，广州地铁二、八号线南浦~洛溪区间在国内首次采用了钢套筒盾构接收工艺 。2013年12月，南宁地铁1号线鲁班路~广西大学区间在国内首次采用了盾构钢套筒密闭始发施工工艺。钢套筒密闭始发，这种盾构平衡始发施工技术的应用，丰富了轨道交通工程盾构始发施工工法，为解决盾构始发投资、工期、场地、安全等问题提供了新的思路，对今后类似工程的应用具有重要指导意义。
关键词 ： 盾构密闭始发 工期 投资
中图分类号：U455文献标识码： A
1前言
在交通出行压力日渐增大的情况下，国内一些主要大中城市都在积极进行轨道交通的建设。目前，国内在建的地铁区间隧道主要采用盾构法施工。当盾构始发、到达端头的地层稳定性差、地下水压较大时，国内传统的做法是对风险地层进行加固处理，提高地层强度、渗透性等指标，避免盾构进、出洞门时外侧水土流失、地层塌陷。
传统的盾构端头加固方案有地层搅拌、旋喷、注浆等方式，这些加固方式在南宁地铁施工过程中均有采用。但在一些区间施工过程中，受场地、工期及加固范围管线等边界条件限制，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风险隐患。为此，盾构平衡始发和到达技术得以在一定范围内推广。目前，南宁地铁1号线在个别站点尝试使用平衡始发和到达技术；其中，广东华隧建设股份有限公司在鲁班路~广西大学区间采用了盾构钢套筒密闭始发施工工艺，这是全国地铁施工过程中首次采用该技术。
2 项目概况
2.1工程基本情况
按照南宁轨道交通1号线工期筹划，2台海瑞克土压平衡盾构机一前一后从广西大学站始发，经鲁班路站、动物园站至清川站，在清川站到达吊出完成区间隧道施工；盾构始发工期紧迫。广西大学站盾构始发端头位于大学东路路中，始发端头加固区域存在通讯光缆、煤气管道、雨污合流、军队通信光缆等多条管线。
图1盾构始发端头管线图图2盾构始发端头地层分布图
2.2工程、水文地质
车站盾构始发端头地层从上到下依次为素填土①2、粘土②2-1、粉质粘土②2-2、粉土③1、粉质粘土②4-2、粉（细）砂④1-1、圆砾层⑤1-1；隧道穿越的地层主要为粉质粘土②4-2、粉（细）砂④1-1（详见图2）；稳定地下水位线位于隧道拱顶上方4.7m高处。
3 初步设计方案
在初步设计阶段，始发端头采用素混凝土连续墙+注浆的加固方案（详见图2）。广西大学站为两层车站，洞门端墙厚度为800mm，因本次盾构始发洞门连续墙为玻璃纤维筋连续墙，盾构始发时无需凿除洞门，盾构机直接切削地下连续墙始发。
4 钢套筒密闭始发方案
盾构始发端头存在较多管线影响端头加固施工，若素混凝土连续墙不封闭，注浆加固效果得不到保障；而管线迁改施工工期长、难度大、费用高，且端头加固体凝期长，按盾构始发场地现状，已无法满足工期要求。为解决上述问题，确保工期进度、降低工程总投资，在施工图设计过程中采用钢套筒密闭始发施工方案进行盾构始发。
4. 1方案原理
采用初步设计的盾构始发工法时，盾构始发井内外的水土压力处于非平衡状态。盾构钢套筒密闭始发工法是根据平衡原理进行盾构始发施工。该工法是在盾构掘进前，将盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充固体散料（如渣土）、水等材料，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构机在钢套筒内如同常规掘进状态始发掘进(如图3所示)。通过增加盾构掘进长度，为充分封堵盾构井洞门处开挖断面与管片之间的空隙，赢得了空间；为洞门附近及外侧一定长度范围内的管片背后足量有效注浆，赢得了时间。因此采用该工法施工时不需要对端头进行地层加固。
图3盾构密闭始发工法原理示意图
4.2 施工方案
（1）盾构钢套筒密闭始發施工工艺流程详见图4及现场图5。
图4密闭始发施工工艺流程图图5密闭始发现场图
（2）盾构始发掘进
洞门连续墙为800mm厚的C30玻璃纤维筋混凝土墙。盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在5~10mm/min，扭矩不大于2000kN.m，千斤顶总推力不大于800t。通过洞门后，速度可逐步提升至20~25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000~1500吨。
5 钢套筒密闭始发方案要点
5.1 盾构始发时土舱压力设定
刀盘中心处的切口水压力由地下水压力、静止土压力、被动土压力三部分组成。根据工程地质条件，切口水压力设计值约为140 KPa。盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内填砂及细的碎石，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。同时，通过向土舱内注入泥浆使土舱压力达到设计值。始发时土舱压力控制与常规盾构始发相同，土舱压力逐步提高并采用信息法施工、根据地面监测情况进行及时调整。
5.2钢套筒的耐压及密封性能
钢套筒的耐压按两倍切口水压力设计。需对钢套筒进行水压力实验，检验钢套筒的密封性能，压力不小于切口水压。
5.3 钢套筒的防扭转
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。如盾构机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。
5.4 各种构件的连接
1）钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，确保钢套筒与洞门预埋环板的连接，也可加法兰进行连接并在连接处挂网喷射一定厚度的混凝土，降低涌水、涌砂的风险。
2）在反力架和环梁之间设置预压千斤顶，通过预压力预压千斤对钢套筒施加预应力，使钢套筒顶紧洞门环板。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。
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。
4)盾构始发掘进前进行对安装好的成套装置进行压力测试，压力测试合格后方能进行盾构始发掘进。
5）如果始发过程中出现钢套筒出现变形量较大时，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；如出现钢套筒接缝渗漏，立即对接缝处螺栓进行复紧。
5.4施工监测
周边建筑物、地面、围护结构端头、管线、钢套筒压力与变形等项目，在盾构始发前后都必须加强。
6 工期及投资
按照初步设计，从场地移交、端头加固区管线迁改、端头加固施工及等强，到最后盾构始发，需4个月。采用盾构钢套筒密闭始发，从场地移交、钢套筒及盾构机安装，到最后盾构始发，需2个月，节约工期两个月。如果钢套筒费用按照两次摊销计算，钢套筒密闭始发费用与初步设计传统加固方式始发费用能够基本持平，但节省了管线迁改费用，降低了整个项目的工程投资。
7结束语
国内城市轨道交通大部分规划在繁华的市区，施工场地狭小，往往存在大量管线或者建（构）筑物，建筑物拆迁、管线迁改难度大、费用高，安全风险大，工期紧迫。越来越多的地铁建设采用了盾构平衡始发、到达技术。2009年4月，广州地铁二、八号线南浦~洛溪区间在国内首次采用了钢套筒盾构接收工艺 。2013年12月，南宁地铁1号线鲁班路~广西大学区间在国内首次采用了盾构钢套筒密闭始发施工工艺。钢套筒密闭始发，这种盾构平衡始发施工技术的应用，丰富了轨道交通工程盾构始发施工工法，为解决盾构始发投资、工期、场地、安全等问题提供了新的思路，对今后类似工程的应用具有重要指导意义。