中铁七局集团第三工程有限公司苏州地铁5号线5标陕西西安710032
摘要：苏州市轨道交通5号线5标项目竹园路站是三层站，为3、5号线换乘站，盾构施工在外部环境全封闭的情况下作业，施工环境复杂，且无任何抢险条件及措施。为充分保障盾构机的始发安全可控，现采用水平冻结结合钢套筒始发的方法进行施工，由于水平冻结方式要比垂直冻结等的施工难度大，盾构机刀盘被冻住无法继续推进时，也会产生一系列安全问题，需要予以充分重视。另外，钢套筒技术的运用也需要充分把握套筒内外水土压力，钢套筒的组装、接收、平移、吊出等一系列操作也都会对工程安全造成负面影响，同样需要予以充分重视。本文首先对水平冻结与钢套筒技术中可能出现的安全风险进行说明，之后就充分保障盾构机安全始发的控制措施进行探究。
关键词：水平冻结；钢套筒；盾构；安全始发
一、引言
简单的来说，水平冻结是以冻结岩土层内液态水的方式，来隔绝地下水，确保地下施工安全，防止盾构机掘进过程中发生土体坍塌现象。一般来说，水平冻结时，会根据地层情况进行分析，通过详细计算得出冻结所需的制冷量是否满足要求，以充分加固洞门土体，确保洞门凿除期间土体稳定，不发生坍塌现象。而钢套筒是为了确保盾构机能够安全始发的关键，由三部分组成，使用时，需要充分把握钢套筒规格与盾构机适用性，另外，钢套筒的组装、平移等工作也需要妥善应对，以充分保障钢套筒能充分发挥应有的作用。
二、水平冻结及钢套筒技术的安全风险
水平冻结技术是保障地下施工安全的重要防护，能较好的应对水土压力过大导致的地下支撑体系不牢固产生的塌方，或是出现漏水漏砂问题等，一般来说，进行水平冻结时，需要考虑的安全问题主要是，首先，确保冻结体的强度满足要求，需要对冻结帷幕进行详细计算其所需制冷量，选择合适的冷冻机组，冷冻机组必须采用一用一备，以防出现设备故障导致冻结体效果差；其次，确保水平冻结技术与盾构推进的合理配合，避免刀盘切削冷冻体时，刀盘被冻住无法启动，冻结管施工时钻孔偏斜至隧道范围内，刀盘顶破冷冻管，导致冻结壁失效，造成漏水漏浆，甚至地下工程支撑不稳，出现塌方现象[1]等问题。
钢套筒作为盾构机的保护装置，在盾构法中的运用较为常见，但如果不注重有关安全规范的情况下，同样可能造成钢套筒无法合理的被应用于盾构掘进的工程中，一般来说，主要是盾构机和钢套筒之间填料与钢套筒外水土压力平衡问题，一般可以通过填砂、注浆确保平衡，其次，钢套筒在安装时操作不当，也会因为密封不当出现漏浆状况，反力架无法充分发挥作用等。
三、盾构机安全始发的控制措施
盾构机安全始发以及完成掘进作业，需要做好前期的安全准备工作、注意操作过程中的每一个细节以及加强对始发过程中的质量控制等工作，接下来将从以上几个方面进行阐述。
（一）做好前期安全准备工作
盾构机所采用的安全始发策略为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，盾构机在钢套简内实现安全始发掘进。因此，在盾构机安全始发的过程中，需要对苏州市轨道交通5号线5标项目的施工区域进行详细的勘察，测量其掘进深度、水平冻结程度以及地质特点等数据，根据测量数据对盾构机的安装位置、钢套筒的水土压力以及各项规格精度进行相应的研究与评测。同时进行水平冻结的安全准备工作，首先对钢套筒的规格大小、筒体钢板厚度、连接固定方式以及薄弱受力面等性质进行检测，保证盾构机安全始发数据精度，最后，将前期测量的所有材料及数据信息进行存档，特别是对所使用的钢套筒规格大小、钢板厚度以及施工区域的地质特点等信息，需要妥善地存储[2]。
例如，在苏州市轨道交通5号线5标项目的前期安全准备工作来说，由于其所采用的方式为EPB-TBM平衡原理开发的新型盾构始发工法。因此需要对钢套筒的各项性能进行测量与记录。5号线5标所使用的钢套筒是一端开口的桶状结构，由1个过渡连接环(长度为700mm)、4节筒体（长度2500mm/节）、1个后端盖（始发不需要安装，接收时使用，长度为470mm）、2个始发基准钢环（长度为400mm）以及左、右工字钢支撑等部分组成。所以，工作人员需要按照设计方案的标准对钢套筒的性能及规格进行测量与记录，若发现规格标准不符合设计方案的地方，需要及时向有关部门反馈，确保盾构始发的顺利完成。
（二）注意操作过程中的每一个环节
盾构始发所采用的为钢套筒带盾构机始发工法，其操作过程主要包括钢套筒带盾构机平移、掉头、安装过渡环、安装始发基准环、盾构机安装、反力架安装、盾构机调试、两环负环拼装、洞门凿除、盾构始发掘进、负环安装、壁后注浆。工作人员在进行操作时，需要注意操作过程中的每一个环节。
例如，对苏州市轨道交通5号线5标项目钢套筒过渡环与洞门预埋钢环连接来说，在钢套筒安装完成后，工作人员需要对中心线复测，确定洞门中心与钢套筒中心线、预埋钢环与盾构机轮廓线相对位置关系。确认无误后，将洞门钢环与过渡连接板进行焊接。由于洞门钢环在预埋过程中可能出现变形或平面度偏差较大的情况，将导致过渡环局部无法与洞门钢环密贴，本次在过渡环与预埋钢环之间再增设一道连接板，连接板宽度250mm，板厚16mm，分段下料，将分别与预埋钢环和过渡环焊接。同时，基准环内外环之间采用密封橡胶垫进行密封，并于内环内侧，环向均匀布设14个注浆球阀，这样一来，不仅可以保证内外环之间的密封性，准确填充内外环缝隙，防止漏浆。还可以在漏浆时对其进行二次填充。此外，在对负环进行拼装时，需要在盾构机调试完成后，进行负环管片拼装。在反力架和始发基准环间通过盾构油缸和反力架提供反力，液压油缸活塞杆顶推反力架；液压油缸共分4组，分别为左上、左下、右上、右下，并采用同步注浆的方式，防止盾构机在套筒内偏位、扭转[3]。
（三）加强对始发过程中的质量控制
盾构机始发过程中的质量控制工作也是其安全应用的一个重要方面。在此过程中，工作人员需要注意始发前盾构机设备状况、基准钢环安装、安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面等过程中的质量控制，确保盾构机始发过程以及水平冻结的顺利进行。
例如，在对苏州市轨道交通5号线5标项目基准钢环安装进行质量控制时，由于其外环与套筒采用螺栓连接，套筒过渡环与洞门钢环焊接，因此，在盾构始发过程中，整个外环及套筒筒体不受直接推力（摩擦力、扭力）；内环前端与负环管片连接，后端紧靠反力架，盾构始发过程中传递主要推力及反力。所以，基准环外环与钢套筒通过螺栓+密封垫进行连接，长度为40cm。内环置于外环内侧，长度略长于外环2cm。以保证盾构推进阶段基准环内环优先受力，并将盾构推进反力传递于反力架。而在对安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面进行质量控制时，需要保证盾构机推进的各项参数正常，待盾构机刀盘顶到掌子面时，通过钢套筒顶部预留注浆球阀进行注浆，确保钢套筒与盾构机之间的间隙填充饱满，只有在盾构机始发以及水平冻结的过程中进行质量控制，此技术才可以得到安全应用。
四、总结
本文主要针对水平冻结、钢套筒技术下的盾构始发问题进行综合探讨，在简单的了解了水平冻结、钢套筒技术使用的安全风险后，就充分确保盾构机安全始发进行阐述，并认为，应当从加强前期准备工作、遵守相关工序、确保工作人员的职业素养三方面出发，充分保障工程施工的平稳推进及顺利完成。
参考文献：
[1]丁国胜.水平冻结+钢套筒技术在盾构始发过程中的应用分析[J].现代城市轨道交通,2017(2):36-39.
[2]唐韶军.水平冻结与钢套箱相结合的盾构始发技术研究[J].上海建设科技,2017(4).
[3]左春丽.复杂环境下盾构始发技术与施工工艺研究[J].施工技术,2018,47(24):44-50.