浅谈地铁盾构钢套筒始发施工技术

一、工程概况

济南轨道交通 6 号线某盾构区间右线长度 1794.182m ，左线长度 1810.302m ，盾构区间总长 3604.484m_o 。盾构区间始发后，需下穿建筑群、河道及景观栈桥、侧穿电信信号塔等重要建筑物，周边环境及地质条件较为复杂。

二、施工工艺技术

盾构施工主要包括始发、掘进和接收三个阶段，其中始发阶段是盾构施工的关键环节，直接关系到整个工程的成败。

（一）钢套筒始发技术原理及优势

钢套筒始发技术的基本原理是在盾构始发井端头预先安装一个钢制套筒，形成一个封闭的始发空间。钢套筒通常由多节钢管焊接而成，内径略大于盾构机外径，长度根据地质条件和施工要求确定。在始发过程中，盾构机在钢套筒内完成组装和调试，然后逐步推进，最终突破钢套筒进入地层。

钢套筒始发技术的主要优势包括：有效控制地表沉降，提高始发安全性；为盾构机提供稳定的始发环境，有利于设备调试；减少地层加固工作量，降低施工成本；缩短始发时间，提高施工效率。

（二）新型钢套筒工法

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。

（三）钢套筒始发施工工艺流程及关键技术

钢套筒始发施工工艺流程步骤：

测量放线→钢套筒下半部下井→钢筒体下半部安装→位置粗调→复核测量→钢套筒细调→测量再次复核→钢套筒环与环之间螺栓连接→台车及盾体下井→待盾构机各部件安装完成后安装反力架→钢套筒上半部安装→钢套筒内填砂

（四）始发端头加固

盾构始发端头加固采用三重管高压旋喷桩 Φ800@550 进行地层加固，旋喷桩加固范围纵向长度围护桩外扩 2m ，横向长度为盾构隧道结构左右各 3m ，竖向长度为盾构隧道结构左右各 3m 左右线加固区外侧共施做 3 个备用降水井，降水井位置可根据场地布置调整。高压旋喷桩施工水泥掺量不宜小于 25% ，水灰比宜为 0.9-1.1，加固土体28d 无侧限抗压强度 ，土体渗透系数 ⩽1x10-6cm/s_Ω 。

（五）盾构试掘进

盾构机组装调试完成后，将盾构隧道前 100m 作为试验段，作为盾构运行的调试磨合阶段。

1.参数设置

由于在始发阶段受到始发钢套筒、反力架的限制，推力不宜过大，另外为保持洞门周边地层的稳定，盾构扭矩、刀盘转速都不宜过大。

2.试验段试验内容

（1）对盾构机各部件、管线的工作状态进行调整；

（2）推进速度、推力、扭矩等各种施工参数与设计参数的关系；

（3）通过地层情况对同步注浆压力、注浆量、浆液的初凝时间及配比进行分析，掌握其规律；

（4）通过施工监测，测试地表隆陷、管片受力、建筑物位移等，对试验段掘进的有关技术资料进行分析；

（5）各种推进参数和工况条件下的地层位移规律和结构受力状况，及时调整施工参数。

（六）盾构始发技术措施

1.在进行钢套筒、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制钢套筒、反力架和负环的安装精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。

2.第一环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线与线路的切线重合，负环管片采用错缝拼装方式。

3.始发前基座定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线基本保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高。

4.在始发阶段，由于盾构机推力较小、要特别注意防止盾构机低头。

5.在始发阶段由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。

（七）沉降的控制

使地表沉降得主要原因包括：掘进超挖对地表的影响、盾尾间隙对地表的影响、盾构掘进扰动和失水对地表的影响。

1.掘进超挖对地表的影响的控制：

控制掘进超挖的关键是要控制土仓压力与掘进姿态。在掘进前与掘进完成时土仓的压力要高于掌子面的水土压力，已保持开挖面的稳定。掘进过程中土仓压力可平衡或稍微低于掌子面的水土压力，以获得较好的掘进参数，并控制土仓压力波动值在0.2bar 之间，避免土压力波动带来的超挖。盾构姿态纠偏时要准守“勤纠偏、缓纠偏”的原则，避免大幅度纠偏，土仓压力根据埋深动态控制。

2.盾尾间隙对地表的影响的控制：

为防止盾尾脱出时对地表产生较大影响，盾构掘进过程中要做好壁后注浆。即：同步注浆与二次注浆，同步注浆与二次注浆是填充盾尾间隙的主要方法。

3.盾构掘进扰动和失水对地表的影响的控制：

在盾构施工过程中，对于隧道上覆土层中存在易受扰动和易流失的土体，在掘进过程中要减少扰动时间与水土流失时间，在同步注浆流速与掘进速度匹配的情况下，尽快完成掘进与拼装。此外在掘进过程中要尽量减少土仓压力的波动，使土体进入土仓的速率均衡，减少扰动区的范围。

三、钢套筒始发施工技术应用案例分析

济南轨道交通 6 号线某盾构区间采用钢套筒始发技术，成功克服了复杂地质条件带来的挑战。

在施工过程中，采用了以下技术措施：精确控制钢套筒安装精度，确保轴线偏差在允许范围内；优化盾构机参数设置，实现土压力平衡控制；加强同步注浆管理，确保注浆效果；实施全方位监测，及时调整施工参数。通过采取这些措施，成功将地表沉降控制在允许范围内，保证了施工安全和周边建筑物的安全。

该案例的成功经验表明，钢套筒始发技术在复杂地质条件下具有显著优势。通过精确控制施工参数、加强监测和及时调整，可以有效控制地表沉降，保证施工安全。同时，该案例也揭示了钢套筒始发技术在超深始发井和特殊地质条件下的应用潜力，为类似工程提供了宝贵经验。

四、结论

钢套筒始发技术作为地铁隧道盾构施工中的一种新型始发方法，具有显著的技术优势和应用价值。通过本文的分析，可以得出以下结论：

（1）钢套筒始发技术能有效控制地表沉降，提高始发安全性，在地铁隧道施工中具有广阔的应用前景。

（2）该技术的成功应用依赖于精确的施工控制，包括钢套筒安装精度、盾构机参数设置、同步注浆质量等关键环节。

（3）在复杂地质条件下，钢套筒始发技术仍面临挑战，需要进一步优化施工工艺，提高适应性。

（4）未来研究方向应聚焦于智能化施工控制、新型材料应用以及特殊地质条件下的技术创新，以进一步提高钢套筒始发技术的安全性和效率。

总之，钢套筒始发技术为地铁隧道施工提供了一种安全、高效的解决方案。随着技术的不断发展和完善，相信它将在未来的地铁建设中发挥更加重要的作用，为城市地下空间开发做出更大贡献。

参考文献：

[1]赵明辉,孙文博,吴建国.钢套筒始发技术在软土地层中的应用与分析[J].地下空间与工程学报,2018,14(4):1023-1030.

[2] 孙文博, 赵明辉. 地铁盾构始发钢套筒施工监测技术研究[J]. 工程勘察,2019,47(6):78-83.

[3] 陈志强, 张伟. 地铁盾构施工中的钢套筒始发技术应用[J]. 铁道建筑技术,2020,12(3):45-49.

[4]王立新,陈志强,刘伟.复杂地质条件下盾构钢套筒始发施工技术[J].施工技术,2020,49(3):56-60.