魏林春，侯永茂，趙艷鵬，巴雅吉呼

（上海隧道工程股份有限公司，上海200082）

0 引言

目前，盾構(gòu)法隧道施工的大量增加，盾構(gòu)進出洞工程作為盾構(gòu)隧道主要風(fēng)險之一，隨著盾構(gòu)進出洞施工事故也不斷增加。盾構(gòu)進出洞事故對社會和國家造成重大的損失和不可估量的社會負面影響。如1993年5月，高雄捷運某隧道上行盾構(gòu)進洞施工時，發(fā)生洞圈滲漏造成地面沉陷，導(dǎo)致鄰近房屋出現(xiàn)傾斜；2008年8月，南京集慶門站—所街站盾構(gòu)區(qū)間隧道工程集慶門站盾構(gòu)進洞時發(fā)生事故，造成4條區(qū)間隧道、2臺盾構(gòu)被淹；2008年，上海地鐵盾構(gòu)進出洞工程中出現(xiàn)多起地面塌陷事故，對社會造成較大影響。

本文針對當(dāng)前盾構(gòu)進出洞施工環(huán)境趨于復(fù)雜化，工程施工風(fēng)險較大的特點，設(shè)計了一種新型地鐵盾構(gòu)進洞整體接收裝置，可大大降低盾構(gòu)進洞施工發(fā)生風(fēng)險的概率，避免盾構(gòu)進洞施工中重大工程事故發(fā)生。

1 依托工程簡介

杭州地鐵2號線一期工程錢江世紀(jì)城-錢江路站區(qū)間盾構(gòu)從錢江世紀(jì)城站始發(fā)穿越江南風(fēng)井、錢塘江、江北風(fēng)井至錢江路站盾構(gòu)進洞。江南風(fēng)井隧道縱坡為28‰，盾構(gòu)進洞洞圈中心標(biāo)高為-16.155 m，地表標(biāo)高+5.67 m。盾構(gòu)進洞段隧道斷面所處地層主要為：③7粘質(zhì)粉土夾砂質(zhì)粘土、⑥2淤泥質(zhì)粘土。南岸含水層厚度15.6～19.7 m，南岸土層透水性中等，水量豐富，按照常規(guī)盾構(gòu)進洞施工風(fēng)險較大。該盾構(gòu)到達整體接收裝置是以下行線盾構(gòu)達到江南風(fēng)井進洞工程為依托進行設(shè)計的。江南風(fēng)井進洞地基加固示意圖如圖1所示。

圖1 江南風(fēng)井進洞段地基加固示意圖

2 盾構(gòu)進洞整體接收裝置設(shè)計及變形驗算

2.1 盾構(gòu)進洞整體接收裝置設(shè)計簡介

盾構(gòu)進洞整體接收裝置通過內(nèi)部壓力平衡洞門外水土壓力，確保盾構(gòu)進洞工程中施工安全。盾構(gòu)進洞整體式接收裝置按照杭州地鐵2號線錢江世紀(jì)城-錢江路站區(qū)間江南風(fēng)井盾構(gòu)進洞工程要求0.3 MPa壓力設(shè)計，裝置共分為5個筒體和1個端板，每段筒體和端封板又分為上、下兩半，上、下兩容器間由8.8級M27高強螺栓連接。筒體一為過渡環(huán)，一端按照隧道縱坡28‰設(shè)置與洞門連接，另一端與后面筒體法蘭連接；筒體二、筒體三及筒體四為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，相互通過法蘭連接；最后為平面端板。盾構(gòu)進洞整體接收裝置簡圖如圖2所示。

2.2 盾構(gòu)進洞整體接收裝置變形驗算

盾構(gòu)進洞整體式接收裝置設(shè)計完成后，為了保證進洞接收裝置能夠安全有效地應(yīng)用于工程中，在裝置加工前，根據(jù)盾構(gòu)進洞整體接收裝置實際的使用工況，建立整體接收裝置的細部三維有限元模型，并對整體裝置及支撐的受力情況進行了研究。

計算模型根據(jù)實際情況，考慮了裝置肋板與筒身的焊接方式，裝置與支座支撐方式及整體接收裝置的坡度等因素。同時為了模擬計算的方便，將過渡環(huán)與洞口焊接位置設(shè)為固定約束、法蘭間的連接設(shè)定為兩個法蘭為一個整體、端封板上的梁及后支撐簡化為梁單元等模型簡化措施。有限元計算模型如圖3所示。

數(shù)值計算共考慮四個工況：自重荷載；最大0.1 MPa水壓；最大0.2 MPa水壓；最大0.3 MPa水壓。圖4為0.3 MPa水壓下裝置筒身及支撐變形云圖?？梢娫?.3 MPa作用下筒體變形較小，端板最大變形約2.26 cm，后支撐最大變形為4.9 mm，裝置應(yīng)力水平均在設(shè)計范圍之內(nèi)，裝置處于安全有效工作狀態(tài)。表1為四個工況裝置變形計算結(jié)果匯總表。

表1 不同工況下裝置變形計算結(jié)果匯總表

3 盾構(gòu)進洞整體接收裝置現(xiàn)場壓力試驗

盾構(gòu)進洞整體接收裝置安裝完成后，為了檢驗裝置的密封性與可靠性，對裝置進行注水壓力密封試驗。通過對裝置進行注水分級加壓，從0.05 MPa開始，每級增加0.05 MPa壓力，最大水壓為0.3 MPa，共進行了六個工況。分級加壓過程中對第三環(huán)筒身各處、端板及支撐后靠地墻布置電子位移計監(jiān)測點，對支撐布置軸力計測點，試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)采用自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行實時自動監(jiān)測。根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，動態(tài)了解盾構(gòu)進洞整體接收裝置的變形情況，指導(dǎo)盾構(gòu)進洞整體接收裝置壓力試驗安全實施。圖5為盾構(gòu)進洞整體接收裝置現(xiàn)場試驗實景。

圖6為不同工況下第三環(huán)左下位移計測點的監(jiān)測曲線。由圖6可見，水壓為0.05 MPa時，筒體變形約為5 mm，水壓為0.3 MPa時，筒體變形約為8 mm。圖7為不同工況下的支撐軸力監(jiān)測值變化曲線。在試驗工況下，支撐軸力增長迅速，軸力曲線隨著注水的進行與停止上下波動，水壓0.3 MPa時軸力最大約為520 kN。

4 結(jié)語

本文針對當(dāng)前復(fù)雜的地鐵盾構(gòu)進洞施工環(huán)境，設(shè)計了一種新型地鐵盾構(gòu)進洞整體接收裝置，分別通過數(shù)值計算分析和工程現(xiàn)場壓力試驗對盾構(gòu)進洞整體接收裝置進行了驗證研究。數(shù)值計算結(jié)果和工程現(xiàn)場試驗結(jié)果較為吻合。研究結(jié)果表明，地鐵盾構(gòu)進洞整體接收裝置設(shè)計滿足杭州地鐵2號線錢江世紀(jì)城-錢江路站區(qū)間江南風(fēng)井盾構(gòu)進洞工程施工要求。

圖3 裝置的三維有限模型

圖4 0.3MPa水壓下簡身及支撐變形云圖

圖5 眉構(gòu)進洞整體接收裝置現(xiàn)場試驗實景

圖6 簡體環(huán)向左下位移變化曲線圖

圖7 支撐的軸力變化曲線圖

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]趙峻,戴海蛟.盾構(gòu)法隧道軟土地層盾構(gòu)進出洞施工技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)書報,2004,23(增2)：5147—5152.