论文部分内容阅读
【摘 要】 始发洞门密封是盾构安全始发和试掘进段的一个重要工序。采用合理的洞门密封形式，保证洞门密封的施工质量是泥水盾构安全、按时始发的重要前提。工程采用预埋钢环、洞门帘布和钢丝刷结合的形式，保证盾构能够在泥水仓内建立压力、前方土体稳定和有效控制地面的沉降，从而保证盾构安全始发，对今后类似工程具有极好的借鉴意义。
【关键词】 盾构始发;洞门密封;钢丝刷;橡胶帘布;二次密封
1 工程概况
南京纬三路过江通道是南京市规划的“五桥一隧”的重要过江通道之一。南京市纬三路过江通道工程位于南京长江大桥和纬七路过江通道之间，距离南京长江大桥约5.0Km，连接南京主城区与浦口规划新市区中心。线路全长7.363km。本工程N线、S线采用三菱、石川岛和中交天和机械联合生产的2台泥水加压平衡盾构机，其中盾构盾体直径为φ14.93m，刀盘开挖直径为15.02m。
盾构在始发工作井处埋深为7.6m，仅0.5D（D为盾构直径），为浅覆土始发。盾构始发段主要穿越的地层为②2淤泥质粉质粘土、③1粉质粘土夹粉砂和③2粉砂层。由于地层中有粉砂层，且地下水丰富，地下水位高，始发过程中容易造成突然涌砂涌水等问题，给始发造成灾难性事故，因此对洞门密封具有更高的要求。
为了保证始发洞门土体的稳定，始发前对洞门前18m范围进行了加固。端头加固方案为高压旋喷桩+水泥土深层搅拌桩+冻结加固。其中工作井端头紧挨地连墙的采用一排三重管高压旋喷桩进行加固，其余部分采用三轴搅拌桩进行加固，同时，在洞门1.6m范围采用冻结加固。（见下图1）
图1 盾构始发段地质纵断面图
2 始发洞门密封装置
2.1预埋钢环
始发洞门钢环的宽度为1m，内径为15.35m，在施工工作井内部结构的过程中分段预埋，最后拼装成环。由于盾构始发段线路为4.5%的纵坡，洞门钢环在加工时即加工成一定的偏角，同时，为了盾构始发完成后能进行注浆和注油脂，在钢环外预留注浆孔和注脂孔，见图2。
图2 洞门预埋钢环
2.2洞門密封装置
2.2.1洞门密封装置的作用
在盾构始发的过程中，泥水和地层中的土体会从盾构和洞门圈的缝隙中涌入工作井，可能造成盾构无法建立初始压力，以及造成洞门前方土体坍塌影响盾构安全，因此必须将盾构机和洞门之间的缝隙进行密封，保证盾构机能安全始发。
2.2.2洞门密封设计
根据设计图纸，盾构始发洞门止水装置采用双层帘布橡胶+二次密封环形钢板的形式。双层帘布橡胶通过在洞门钢环上焊接环形钢板和加劲板，延伸到洞门外，延伸长度为1.3m（下部），然后在延伸钢板上焊接帘布橡胶的环板。由于盾构始发纵向坡度为-4.5%，为了保证帘布橡胶的密封性，帘布橡胶平面与盾构外壳垂直。洞门橡胶帘布布置如图3。
图3 洞门橡胶帘布
根据以往类似工程的施工经验和地铁盾构施工经验，洞门橡胶帘布具有容易破损，翻板容易掉落等缺点，尤其对于泥水盾构始发需要建立初始压力，洞门密封必须对盾体有很好的密封作用，因此采用两道橡胶帘布的方式不十分稳妥。
因此，为了保证盾构始发过程中能顺利建立泥水压力和盾尾注浆压力，保证洞门始发过程中的密封性能，经讨论决定将洞门处的两道帘布橡胶改为一道帘布橡胶+两层密封钢丝刷，其中两道钢丝刷长度为410mm，钢丝刷间距为270mm。在洞门预埋钢环和环板之间设一个封板，封板必须焊接牢固，与洞门和环板无缝隙，钢丝刷焊接在封板上，同时，在两层密封钢丝刷中间部位埋设注浆管，盾构推进时可通过注浆管压注盾尾密封油脂。
为了防止盾构本体全部进入洞门后洞门漏浆，在洞门外侧设置了一道二次密封环板，对洞门和负环管片之间的间隙进行封堵。
图4 洞门拱顶位置钢丝刷布置
图5 洞门拱底位置钢丝刷布置
2.2.3洞门密封装置安装要领
安装洞门密封装置必须保证其密封性能，因此，安装过程中必须保证：
（1）控制密封装置的几何尺寸
洞门密封装置的环板1为厂内分块加工后拼装的，因此先保证厂内拼装尺寸。在工作井安装过程中要注意保证其位置和尺寸的准确，从而保证密封装置的密封性。
（2）保证密封装置与洞门密贴
由于洞门预埋在工作井内衬结构内，内衬结构表面不平整、预埋钢环位置偏差等可能导致密封装置和洞门不密贴，在建立泥水压力的过程中可能产生漏浆漏水的情况，因此，必须保证环板1紧靠墙体和满焊，并用封堵材料从内部封堵其缝隙。
（3）控制帘布橡胶尺寸
帘布橡胶采用模具分块生产然后焊接连成环状，因此，必须检查验收其尺寸和连接部位是否牢靠，避免始发过程中橡胶帘布与盾构机包裹不严和产生破损。
（4）钢丝刷焊接牢固
焊接钢丝刷时从一侧向两边依次拼装和焊接，为了防止盾构始发过程中对钢丝刷刮蹭导致钢丝刷掉落，从而影响钢丝刷的密封性，必须将钢丝刷焊接牢固。
（5）涂抹盾尾油脂
钢丝刷焊接完成盾构始发前，在钢丝刷内涂抹盾尾油脂。由于洞门钢丝刷为一次性使用且为了保证其密封效果，涂抹油脂应当在其内部和表面满涂。当盾体进入两道钢丝刷后，如果漏浆可在注脂孔内压注油脂。
2.3二次密封
在盾构机进入洞门，盾尾还未脱离洞门橡胶帘布时，应当停止推进，在0环管片和洞门密封装置间焊接二次密封环板。钢板焊接需要不留缝隙，防止串浆。钢板焊接完成后，开始通过洞门圈的预埋注浆管进行注浆。
当左侧最后一道盾尾钢板束进入箱体100mm，此时盾构推进至+2环，即可进行洞门封堵，即焊接二次密封环板，如图。
图6 二次密封环板安装示意图
3 结论
从盾构刀盘开始进入密封装置，盾构建立泥水压力，和盾构机完全进入密封装置的过程来看，本工程的洞门密封装置具有较好的密封性能，洞门无较大的渗漏，能够满足盾构始发的需要。对大型泥水盾构始发洞门密封施工的总结如下：
（1）盾构的密封装置安装完成后，应当对其密封性进行检查。由于洞门直径较大，不能采用直接的方式进行检验，因此对钢板焊接质量、接缝密封性等重点部位进行一次全面检查，保证盾构一次始发成功。
（2）在盾构向前推进过程中，盾构略有磕头现象，盾尾部分脱离轨道约20mm，从而造成盾体与密封装置下部的翻板刮蹭，4块翻板严重变形。经过分析认为是盾构机重心前移和基座前方轨道未及时安装的原因造成盾构磕头。因此，为了防止此类情况发生，应当采取措施防止盾构机磕头现象的产生，当无法解决时可以将密封装置整体向下移动，移动量可根据盾构机下沉的量来确定。
参考文献：
[1]王建华，超大盾构始发洞门密封技术，南京：现代交通技术
【关键词】 盾构始发;洞门密封;钢丝刷;橡胶帘布;二次密封
1 工程概况
南京纬三路过江通道是南京市规划的“五桥一隧”的重要过江通道之一。南京市纬三路过江通道工程位于南京长江大桥和纬七路过江通道之间，距离南京长江大桥约5.0Km，连接南京主城区与浦口规划新市区中心。线路全长7.363km。本工程N线、S线采用三菱、石川岛和中交天和机械联合生产的2台泥水加压平衡盾构机，其中盾构盾体直径为φ14.93m，刀盘开挖直径为15.02m。
盾构在始发工作井处埋深为7.6m，仅0.5D（D为盾构直径），为浅覆土始发。盾构始发段主要穿越的地层为②2淤泥质粉质粘土、③1粉质粘土夹粉砂和③2粉砂层。由于地层中有粉砂层，且地下水丰富，地下水位高，始发过程中容易造成突然涌砂涌水等问题，给始发造成灾难性事故，因此对洞门密封具有更高的要求。
为了保证始发洞门土体的稳定，始发前对洞门前18m范围进行了加固。端头加固方案为高压旋喷桩+水泥土深层搅拌桩+冻结加固。其中工作井端头紧挨地连墙的采用一排三重管高压旋喷桩进行加固，其余部分采用三轴搅拌桩进行加固，同时，在洞门1.6m范围采用冻结加固。（见下图1）
图1 盾构始发段地质纵断面图
2 始发洞门密封装置
2.1预埋钢环
始发洞门钢环的宽度为1m，内径为15.35m，在施工工作井内部结构的过程中分段预埋，最后拼装成环。由于盾构始发段线路为4.5%的纵坡，洞门钢环在加工时即加工成一定的偏角，同时，为了盾构始发完成后能进行注浆和注油脂，在钢环外预留注浆孔和注脂孔，见图2。
图2 洞门预埋钢环
2.2洞門密封装置
2.2.1洞门密封装置的作用
在盾构始发的过程中，泥水和地层中的土体会从盾构和洞门圈的缝隙中涌入工作井，可能造成盾构无法建立初始压力，以及造成洞门前方土体坍塌影响盾构安全，因此必须将盾构机和洞门之间的缝隙进行密封，保证盾构机能安全始发。
2.2.2洞门密封设计
根据设计图纸，盾构始发洞门止水装置采用双层帘布橡胶+二次密封环形钢板的形式。双层帘布橡胶通过在洞门钢环上焊接环形钢板和加劲板，延伸到洞门外，延伸长度为1.3m（下部），然后在延伸钢板上焊接帘布橡胶的环板。由于盾构始发纵向坡度为-4.5%，为了保证帘布橡胶的密封性，帘布橡胶平面与盾构外壳垂直。洞门橡胶帘布布置如图3。
图3 洞门橡胶帘布
根据以往类似工程的施工经验和地铁盾构施工经验，洞门橡胶帘布具有容易破损，翻板容易掉落等缺点，尤其对于泥水盾构始发需要建立初始压力，洞门密封必须对盾体有很好的密封作用，因此采用两道橡胶帘布的方式不十分稳妥。
因此，为了保证盾构始发过程中能顺利建立泥水压力和盾尾注浆压力，保证洞门始发过程中的密封性能，经讨论决定将洞门处的两道帘布橡胶改为一道帘布橡胶+两层密封钢丝刷，其中两道钢丝刷长度为410mm，钢丝刷间距为270mm。在洞门预埋钢环和环板之间设一个封板，封板必须焊接牢固，与洞门和环板无缝隙，钢丝刷焊接在封板上，同时，在两层密封钢丝刷中间部位埋设注浆管，盾构推进时可通过注浆管压注盾尾密封油脂。
为了防止盾构本体全部进入洞门后洞门漏浆，在洞门外侧设置了一道二次密封环板，对洞门和负环管片之间的间隙进行封堵。
图4 洞门拱顶位置钢丝刷布置
图5 洞门拱底位置钢丝刷布置
2.2.3洞门密封装置安装要领
安装洞门密封装置必须保证其密封性能，因此，安装过程中必须保证：
（1）控制密封装置的几何尺寸
洞门密封装置的环板1为厂内分块加工后拼装的，因此先保证厂内拼装尺寸。在工作井安装过程中要注意保证其位置和尺寸的准确，从而保证密封装置的密封性。
（2）保证密封装置与洞门密贴
由于洞门预埋在工作井内衬结构内，内衬结构表面不平整、预埋钢环位置偏差等可能导致密封装置和洞门不密贴，在建立泥水压力的过程中可能产生漏浆漏水的情况，因此，必须保证环板1紧靠墙体和满焊，并用封堵材料从内部封堵其缝隙。
（3）控制帘布橡胶尺寸
帘布橡胶采用模具分块生产然后焊接连成环状，因此，必须检查验收其尺寸和连接部位是否牢靠，避免始发过程中橡胶帘布与盾构机包裹不严和产生破损。
（4）钢丝刷焊接牢固
焊接钢丝刷时从一侧向两边依次拼装和焊接，为了防止盾构始发过程中对钢丝刷刮蹭导致钢丝刷掉落，从而影响钢丝刷的密封性，必须将钢丝刷焊接牢固。
（5）涂抹盾尾油脂
钢丝刷焊接完成盾构始发前，在钢丝刷内涂抹盾尾油脂。由于洞门钢丝刷为一次性使用且为了保证其密封效果，涂抹油脂应当在其内部和表面满涂。当盾体进入两道钢丝刷后，如果漏浆可在注脂孔内压注油脂。
2.3二次密封
在盾构机进入洞门，盾尾还未脱离洞门橡胶帘布时，应当停止推进，在0环管片和洞门密封装置间焊接二次密封环板。钢板焊接需要不留缝隙，防止串浆。钢板焊接完成后，开始通过洞门圈的预埋注浆管进行注浆。
当左侧最后一道盾尾钢板束进入箱体100mm，此时盾构推进至+2环，即可进行洞门封堵，即焊接二次密封环板，如图。
图6 二次密封环板安装示意图
3 结论
从盾构刀盘开始进入密封装置，盾构建立泥水压力，和盾构机完全进入密封装置的过程来看，本工程的洞门密封装置具有较好的密封性能，洞门无较大的渗漏，能够满足盾构始发的需要。对大型泥水盾构始发洞门密封施工的总结如下：
（1）盾构的密封装置安装完成后，应当对其密封性进行检查。由于洞门直径较大，不能采用直接的方式进行检验，因此对钢板焊接质量、接缝密封性等重点部位进行一次全面检查，保证盾构一次始发成功。
（2）在盾构向前推进过程中，盾构略有磕头现象，盾尾部分脱离轨道约20mm，从而造成盾体与密封装置下部的翻板刮蹭，4块翻板严重变形。经过分析认为是盾构机重心前移和基座前方轨道未及时安装的原因造成盾构磕头。因此，为了防止此类情况发生，应当采取措施防止盾构机磕头现象的产生，当无法解决时可以将密封装置整体向下移动，移动量可根据盾构机下沉的量来确定。
参考文献：
[1]王建华，超大盾构始发洞门密封技术，南京：现代交通技术