李继超

摘要：轨道交通领域盾构法施工中，洞门密封是盾构始发阶段的重要风险因素之一，最常见的风险表现一般发生在盾构始发时，洞门密封失效，发生因不良地质导致的涌砂涌水，直接影响到施工人员的生命安全以及项目财产安全。本文通过实体工程，对盾构洞门密封技术成功应用的方法进行了论述。

关键词：洞门密封;预埋钢环;橡胶止水帘布;钢套筒

引言

随着城市轨道交通的不断发展，隧道盾构法施工亦成为广泛应用技术，但由于国内各地区地质情况差异较大，在盾构施工前应根据地质情况统计施工危险源，并作出相应的预防技术措施，而盾构始发阶段洞门密封失效是盾构施工常见的重要风险源。盾构始发阶段会因为盾构机刀盘的搅动掘进造成掘进面土层内的水、泥浆等流入站内，根据地质条件的不同，造成的安全风险也存在较大差异，严重时会发生喷涌、沉降等现象。为降低该风险，减少渣土改良泥浆四溢、同步注浆浆液流失，需在盾构始发前进行洞门密封技术应用，安装洞门密封装置，因此洞门密封技术的合理性和有效性是盾构安全始发的关键。

1.工程地质水文

某车站盾构区间设计总长802.573m。区间共设置1段曲线，曲线半径均为R=550m，线间距约为14.0～11.5m，在YK21+655.000处设联络通道兼泵房。盾构施工使用2台复合式土压平衡盾构机进行始发、掘进及接收，盾构区间管片设计外径φ6200mm、内径φ5500mm、环宽1200mm、厚度350mm。

根据地勘报告及二次补勘，端头井主要地层如下表1，拱顶以上至3m范围主要为③-4e含粉砂黏土，③-1b1-2 粉砂黏土，同时存在微透水、弱透水层。

2.洞门密封必要性分析

2.1地质水文分析

根据工程地质水文可知盾構始发井处的地质层分布及其渗透性情况，盾构始发井处的地下水主要有孔隙潜水、微承压水两种，以孔隙潜水为主，稳定水位为5.3m。少量为承压水，基岩强风化带中有少量基岩裂隙水。潜水由①素填土层与③粉质黏土层组成;微承压水含水层③层砾粉质黏土，位于基岩之上，砾石之间被黏土填充，分布不连续，厚度较小。基岩为泥质粉砂岩，裂隙呈闭合状，多泥质，透水性、富水性差。

2.2盾构机特点分析

盾构机一般分为盾体、刀盘两部分，而盾体有前盾、中盾、盾尾三部分组成，其直径一般不同，从切削土体方向来看其直径由大到小为刀盘、前盾、中盾、盾尾。本工程盾构施工采用的徐工凯工复合土压平衡盾构机K105，其刀盘直径为6470mm，前盾直径6640mm，中盾直径6630mm，盾尾直径6620mm。即盾体直径是呈梭形递减的，盾构机示意见图1。

盾构始发时切削土体，由于盾构机刀盘直径大于盾体，当掘进到非土体加固区或土体加固效果较差时，受到上下部土压力的影响，原状土体中的水、砂、泥容易从土体与盾体之间的间隙流出来，形成渗漏通道，流入盾构始发井中，若进行洞门密封安装，洞门密封将起到渗漏通道封堵的作用。

2.3 分析结果

根据本文地质水文分析以及盾构机特点分析，为避免盾构始发掘进阶段经扰动的泥土、地下水从前盾盾壳和洞门的之间的缝隙流入始发井，同时避免盾体进入洞门后同步注浆浆液流失，造成安全隐患，需在盾构始发阶段进行洞门密封安装。

3.洞门密封设计

洞门密封装置由橡胶止水帘布、扇形压板、防翻板、垫片和螺栓等组成。

洞门密封安装施工分两步进行：第一步是在车站结构的施工过程中，做好洞门钢环的预埋工作，预埋钢环外面需设置预埋钢筋，增加洞门钢环与混凝土结构的牢固性;第二步在始发前，应先清理完洞口处的渣土，然后进行钢套筒和洞门密封装置的安装，如图4。

4.预埋钢环施工

4.1 盾构预埋钢环制作

⑴ 材料：采用厚为10mm的Q235钢板制造;

⑵ 尺寸：内径6700mm，外径6720mm，外侧加180mm宽环向圆弧法兰，内侧加焊30mm宽环向圆弧法兰;

⑶ 钢环分成4块加工（四等分），螺栓采用M20高强螺栓;

⑷ 锚筋采用C16钢筋，将洞口预埋钢环中的不少于12根（均布）的锚筋与车站主筋搭接焊接，两端焊接高度6mm，长度30mm。

4.2 盾构预埋钢环安装

4.2.1安装洞口处主体钢筋

车站始发井结构端墙做好预埋钢环外加强环梁钢筋绑扎，竖向主筋与横向分布筋在洞口处应弯折，预留出盾构预埋钢环位置。

盾构预埋钢环两排C16锚筋预埋在端墙内，根据要求与端墙主筋焊接（至少12根），待盾构预埋钢环安装就位并校核无误后，将所有预埋筋与盾构预埋钢环按要求焊接。

4.2.2预埋钢环吊装

（1）盾构预埋钢环吊运至盾构井内之前，应在地面进行试拼装（拧紧对接螺栓），保证分块之间能够准确对接，然后将上下半圆的螺栓松开，将整个盾构钢环分为两块整体吊装。

（2）从端头钢支撑空隙将盾构钢环下吊至盾构井底部，由于盾构钢环采用两片拼接后整体吊装，盾构钢环在洞口处应作一定的倾斜后才能通过。

（3）将铁链固定在盾构钢环上，采用人工手拉葫芦将盾构钢环平移至钢环安装位置，平推钢环就位，卸下铁链。

（4）上半圆钢环吊运安装与下半圆基本相同。

（5）洞门钢环支撑应采用两排小型工字钢（10cm）进行加固。

4.3混凝土浇筑

4.3.1下半圆位置混凝土浇筑

为保证钢环下部的墙体混凝土浇筑密实，在钢环上开两个直径150mm的洞口，洞口位于钢环宽度中心，位于圆心铅垂线两侧1000mm左右范围内。

待墙体混凝土浇筑完毕后，清除洞口多余混凝土，用等大小钢板将洞口补上，必须采用坡口焊，焊缝高度等同于钢环厚度，焊接完毕后将焊缝位置磨平。

4.3.2上半圆位置混凝土浇筑

为了尽量少留施工缝，上半圆混凝土与未浇筑的扶壁柱及其之间的端墙一起浇筑。

对于两个侧面及顶部与盾构环相切的部位，必须采用人工多次振捣密实。

5.钢套筒及洞门密封安装

5.1钢套筒安装

本工程采用玻璃纤维筋洞门围护结构，为了满足刀盘起始转动的空间需求，在洞门预埋件与止水橡胶止水帘布之间安装一段600mm长的同内径刚筒。

（1）在拆除结构支撑脚手架体系时，在洞门钢环预埋件顶部焊接2个吊筋，用于悬挂2个5T手拉葫芦。

（2）洞门钢套筒需要在地面进行预拼装，拼装完成后采用履带吊进行吊装作业。

（3）履带吊配合洞门上部的手動葫芦，将钢套筒牵引至环梁下方设计位置，并用4—6个螺栓先固定在洞门钢环预埋件上。

（4）依次对孔，安装钢套筒，不能对孔成功的部位，在其他螺栓紧固后，在对应螺栓孔位与预埋件焊接，焊缝长度不小于100mm。

5.2洞门密封装置施工

安装洞门密封装置前，需要对各部位进行整体性检查，包括帘橡胶布的老化程度、以及圆环板螺栓孔位等内容，同时需对橡胶止水帘布的螺栓孔提前加工。

（1）橡胶止水帘布采用吊带绑扎下井，采用葫芦将橡胶止水帘布从洞门中心缓慢向上拉起，并向两侧拉开用两颗螺栓在约1.8m高处进行临时固定。

（2）安装脚手架操作平台，将预埋件内丝清理干净，安装通丝螺栓（长150mm）。

（3）将橡胶止水帘布对孔插入通丝中。

（4）安装扇形压板和防翻板，并紧固螺栓。

（5）拆除脚手架，割除缸套内支撑。

6.结束语

洞门密封主要是在盾构始发阶段对地下水、改良后的泥浆等进行封堵，使其通过土仓及螺旋输送器进行渣土外运。在盾构掘进时，洞门密封装置的橡胶止水帘布及扇形压板的弯曲方向与盾构的推进方向一致，能有有效的同时由于橡胶止水帘布为柔性材料、扇形压板为刚性材料，通过柔性材料的防水效果与刚性材料的抗压能力，才能够更有效的将地下水、改良后的泥浆进行封堵。

本工程通过盾构始发阶段对洞门密封施工技术的应用，对地下水及渣土改良的泥、砂浆的密封效果良好，有效的保证了盾构顺利始发，为轨道交通领域盾构工程提供了一定的技术经验。

参考文献：

[1]《盾构法隧道施工及验收规范》，GB50446-2017

[2]《盾构施工技术》，第二版，2016