顧沉穎,段創(chuàng)峰,魏林春，趙艷鵬

（1.上海隧道工程股份有限公司，上海200082；2.上海城建（集團(tuán)）公司，上海200122）

0 引言

在盾構(gòu)隧道工程中，對(duì)于盾構(gòu)到達(dá)的安全措施，傳統(tǒng)工藝主要采用攪拌樁加固處理，也有采用冰凍法、水中到達(dá)等方式，但由于地下工程的諸多不確定性給盾構(gòu)到達(dá)工程帶來(lái)諸多隱患。而在諸如我國(guó)上海等軟土地區(qū)，地層中含有大量地下水，土體自立性較差，因此在盾構(gòu)到達(dá)時(shí)，極易發(fā)生地下水?dāng)y帶土體顆粒從盾構(gòu)與洞門之間的空隙中進(jìn)入工作井，從而引起地面沉降、隧道塌方等重大事故。為了防止此類事故發(fā)生，一般在基坑內(nèi)盾構(gòu)進(jìn)洞預(yù)留的洞圈位置安裝一圈密封止水墊圈來(lái)保證盾構(gòu)進(jìn)洞的安全，洞圈密封墊圈雖有一定的止水作用，但在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞過(guò)程中非常容易發(fā)生外翻，損壞等問(wèn)題，從而導(dǎo)致洞圈漏水、漏泥，而且一旦發(fā)生破壞造成泄漏，現(xiàn)場(chǎng)處理非常困難。

本文在傳統(tǒng)的鉸鏈板裝置的基礎(chǔ)上加裝了一種可以提供恒定壓力的氣彈簧，形成了一種全新的反襪套氣彈簧抗風(fēng)險(xiǎn)裝置（以下簡(jiǎn)稱反襪套氣彈簧裝置），并成功應(yīng)用于鄭州地鐵某區(qū)間盾構(gòu)到達(dá)工程，為盾構(gòu)到達(dá)工程中的風(fēng)險(xiǎn)控制提供了一個(gè)新的技術(shù)和思路。

1 工程概況

某工程為鄭州市城市快速軌道交通1號(hào)線04合同段，其中七里河站—新鄭州站站區(qū)間隧道是該標(biāo)段的一個(gè)組成部分，采用兩臺(tái)直徑為Ф6 140 mm鉸接式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)）施工。隧道內(nèi)徑Ф5 400 mm，管片環(huán)寬1.5 m，厚度0.30 m。盾構(gòu)進(jìn)洞處隧道斷面分布于粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂層中，地下水位深度略高于盾構(gòu)進(jìn)洞斷面，隧道頂覆土約10.321 m。盾構(gòu)進(jìn)洞采用深層攪拌樁結(jié)合旋噴樁進(jìn)行加固。

2 氣彈簧反襪套裝置設(shè)計(jì)

2.1 氣彈簧反襪套裝置原理

盾構(gòu)進(jìn)洞反襪套裝置的工作原理如圖1所示，裝置主要由氣彈簧、鉸鏈板、鋼墊塊、橡膠簾布等組成。

圖1 氣彈簧反襪套裝置簡(jiǎn)圖

氣彈簧反襪套密封裝置在盾構(gòu)到達(dá)之前現(xiàn)場(chǎng)安裝完成。盾構(gòu)機(jī)穿越洞門時(shí)擠壓橡膠簾布使其外翻，并推動(dòng)氣彈簧產(chǎn)生壓縮變形，氣彈簧的反作用力通過(guò)鉸鏈板作用于橡膠簾布，使橡膠簾布能夠緊緊壓住盾殼，從而形成穩(wěn)定的密封環(huán)境。鋼套環(huán)通過(guò)焊接并與洞圈通過(guò)螺栓連接，形成一個(gè)整體，具有較大的剛度，可以確保整個(gè)裝置的安全運(yùn)行。

盾構(gòu)完成最后一環(huán)管片拼裝后繼續(xù)推進(jìn)直至盾構(gòu)脫出氣彈簧反襪套裝置。此時(shí)，橡膠簾布緊緊壓住管片。通過(guò)管片注漿孔向外注漿，迅速填充洞門與管片之間的間隙，從而封堵洞門。待漿液凝固擋住動(dòng)圈內(nèi)泥水后，拆除盾構(gòu)進(jìn)洞反襪套密封裝置，盾構(gòu)進(jìn)洞施工結(jié)束。

在盾構(gòu)到達(dá)過(guò)程中，整個(gè)密封裝置能夠抵擋巨大的水土壓力，防止洞圈漏泥、漏水，保證盾構(gòu)安全、順利進(jìn)洞。

整套裝置的關(guān)鍵在于氣彈簧的使用，氣彈簧一般由缸筒、活塞（桿）、密封件和外部連接件組成（見(jiàn)圖2）。高壓氮?dú)饣蚨栊詺怏w和油液在缸內(nèi)自成回路。活塞上的阻尼使有桿腔和無(wú)桿腔相通，使兩腔壓力相等。利用兩腔受力面積差和氣體的可壓縮性產(chǎn)生彈力。

圖2 氣彈簧實(shí)景

氣彈簧具有結(jié)構(gòu)輕巧，工作行程大；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能起阻尼緩沖作用；在伸縮過(guò)程中可以向鉸鏈板提供恒定不變的壓力，并且安裝操作簡(jiǎn)便，安全可靠。

2.2 反襪套氣彈簧裝置設(shè)計(jì)

反襪套氣彈簧裝置設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）裝置設(shè)計(jì)密封壓力：要求裝置能夠承受盾構(gòu)進(jìn)洞加固失效時(shí)，地層中的水壓力。

（2）裝置直徑：要求裝置可在盾構(gòu)以最大軸線偏差量進(jìn)洞時(shí)順利通過(guò)裝置。

（3）氣彈簧選型：根據(jù)上述兩點(diǎn)確定氣彈簧的工作壓力和行程。

（4）橡膠簾布：橡膠簾布的寬度必須與氣彈簧的長(zhǎng)度相適應(yīng)，并根據(jù)洞圈螺栓孔的位置進(jìn)行開(kāi)孔。

（5）鋼環(huán)內(nèi)設(shè)置若干梯形筋板以增加裝置的整體剛度。

（6）裝置分塊：裝置的分塊需考慮運(yùn)輸、安裝、拆解工作。

（7）鋼環(huán)的尺寸必須考慮與基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的干涉情況。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)要求，以及施工過(guò)程的要求分析，經(jīng)過(guò)論證設(shè)計(jì)出盾構(gòu)到達(dá)氣彈簧反襪套裝置如圖3所示。

3 盾構(gòu)到達(dá)準(zhǔn)備施工

3.1 隧道洞圈復(fù)核測(cè)量

由于氣彈簧反襪套裝置通過(guò)螺栓與洞圈連接而洞圈在制作和安裝的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，因此為保證裝置順利安裝，需對(duì)以下幾點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)核測(cè)量：

圖3 氣彈簧反襪套裝置設(shè)計(jì)圖

（1）上下兩半部分預(yù)埋洞圈螺栓孔中心與洞門預(yù)制鋼板內(nèi)沿的距離；

（2）預(yù)制鋼環(huán)環(huán)板的寬度；

（3）進(jìn)洞洞圈橫向、縱向直徑與設(shè)計(jì)直徑之間的誤差；

（4）螺孔的數(shù)量和間距；

（5）螺孔的深度和螺紋的長(zhǎng)度。

3.2 盾構(gòu)姿態(tài)復(fù)核測(cè)量

盾構(gòu)貫通前的測(cè)量是復(fù)核盾構(gòu)所處的方位、確認(rèn)盾構(gòu)姿態(tài)、評(píng)估盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)的姿態(tài)和擬定盾構(gòu)進(jìn)洞段的施工軸線、推進(jìn)坡度的控制值和施工方案等的重要依據(jù)，以使盾構(gòu)在此階段的施工中始終按預(yù)定的方案實(shí)施，以良好的姿態(tài)進(jìn)洞，在盾構(gòu)接收基座上準(zhǔn)確就位。

此外需對(duì)右線隧道盾構(gòu)進(jìn)洞推進(jìn)里程及拼裝環(huán)號(hào)進(jìn)行復(fù)核，以確定最后一環(huán)管片精確里程。

3.3 盾構(gòu)接收基座及軌道安放

根據(jù)洞門的確切方位，對(duì)盾構(gòu)基座安放位置進(jìn)行準(zhǔn)確放樣?；惭b時(shí)按照測(cè)量放樣的基線，吊入井下就位拼裝、焊接?；雌狡掳卜牛臀缓?，進(jìn)行支撐加固加強(qiáng)其整體穩(wěn)定性?；c洞圈內(nèi)襯墻凈距應(yīng)確保進(jìn)洞新型抗風(fēng)險(xiǎn)裝置的安裝空間。

為了使盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)有良好的導(dǎo)向，在洞圈上安放導(dǎo)向軌。導(dǎo)向軌在洞圈底部放置2根，延伸至進(jìn)洞密封橡膠簾布處（與洞圈內(nèi)襯墻平齊）。盾構(gòu)基座上的兩根導(dǎo)向軌延伸至新型抗風(fēng)險(xiǎn)裝置下部鋼環(huán)結(jié)構(gòu)處。

3.4 裝置安裝

裝置安裝的流程如圖4所示。首先搭設(shè)安裝止水裝置的腳手架；洞門保護(hù)層鑿除的同時(shí)，洞圈上安裝一圈弧形插板用于封堵洞門；沿洞圈一周72個(gè)螺栓孔安裝固定螺栓；將裝置和橡膠簾布吊運(yùn)至井下，整體安裝簾布的同時(shí)，在各個(gè)分塊裝置上開(kāi)設(shè)注漿孔用于封堵洞門；上述準(zhǔn)備工作完成后，開(kāi)始分塊安裝各個(gè)分塊，安裝順序自下而上吊裝，先將預(yù)制鋼環(huán)吊裝對(duì)準(zhǔn)螺桿到位，安裝特殊墊片及墊圈后，預(yù)緊螺母，然后調(diào)整預(yù)制鋼環(huán)分塊之間的間隙，再用螺栓連接相鄰預(yù)制鋼環(huán)分塊，最后將預(yù)制鋼環(huán)與洞門連接鋼板連接固定。

圖4 裝置安裝流程圖

4 盾構(gòu)到達(dá)施工

盾構(gòu)到達(dá)施工的流程如圖5所示。

4.1 盾構(gòu)推進(jìn)控制措施

盾構(gòu)順利通過(guò)襪套，并順利進(jìn)入基座是該工程盾構(gòu)進(jìn)洞最關(guān)鍵的一步，需要對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)速度、姿態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格綜合控制，直至盾構(gòu)機(jī)中心進(jìn)入軌道。盾構(gòu)通過(guò)裝置時(shí)推進(jìn)速度控制在10 mm/min，盾構(gòu)軸線偏差控制在±50 mm以內(nèi)。

4.2 盾構(gòu)通過(guò)裝置過(guò)程及應(yīng)急措施

刀盤通過(guò)橡膠簾布時(shí)，減慢推進(jìn)速度，觀察簾布是否包裹刀具，若刀具無(wú)法通過(guò)簾布，在簾布及刀具對(duì)應(yīng)位置涂抹黃油，必要時(shí)使用撬棍將簾布從刀具上撬離，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。

圖5 盾構(gòu)進(jìn)洞施工流程圖

刀盤通過(guò)簾布5 m時(shí)，盾構(gòu)同步注漿管即將通過(guò)裝置，此時(shí)停止推進(jìn)，用專用工具拆除與盾構(gòu)同步注漿管相對(duì)應(yīng)位置處的氣彈簧后盾構(gòu)繼續(xù)推進(jìn)直至盾尾通過(guò)裝置，鉸鏈板在氣彈簧的作用下擠壓橡膠簾布握裹住最后一環(huán)管片。

盾尾脫出氣彈簧反襪套裝置后立即進(jìn)行洞門封堵（見(jiàn)圖6）。洞門封堵采用雙液漿，通過(guò)裝置預(yù)留的注漿孔和隧道管片的壁后注漿孔同時(shí)進(jìn)行注漿，應(yīng)嚴(yán)格控制漿液配比以使?jié){液快速硬化。

圖6 洞門封堵方法示意圖

5 應(yīng)用效果

反襪套氣彈簧抗風(fēng)險(xiǎn)裝置在鄭州地鐵七里河站—新鄭州站站區(qū)間隧道首次應(yīng)用（見(jiàn)圖7），成功地保證了盾構(gòu)安全進(jìn)洞，解決了盾構(gòu)到達(dá)的難題，并將洞門二次封堵的流程簡(jiǎn)化為一次封堵，節(jié)省工期3 d。

但通過(guò)試驗(yàn)，整套裝置也暴露出一些問(wèn)題，例如：鋼套環(huán)結(jié)構(gòu)件過(guò)大過(guò)重，由于圈梁的影響，安裝困難；鋼套環(huán)結(jié)構(gòu)件螺栓開(kāi)圓孔而洞圈螺栓孔精度不高，造成安裝不便等。此類問(wèn)題尚需進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖7 反襪套氣彈簧抗風(fēng)險(xiǎn)裝置工程應(yīng)用實(shí)景

6 結(jié)語(yǔ)

反襪套氣彈簧抗風(fēng)險(xiǎn)裝置的應(yīng)用效果較好，具有有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）適用性廣，該裝置技術(shù)不受地層條件限制，適用于任何復(fù)雜地層；（2）設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，形式簡(jiǎn)潔可靠，可適用于不同直徑的盾構(gòu)；（3）加工時(shí)間短，運(yùn)輸便捷；（4）安全可靠，結(jié)實(shí)耐用；（5）經(jīng)濟(jì)性高，裝置可重復(fù)多次使用。

盾構(gòu)進(jìn)出洞抗風(fēng)險(xiǎn)在盾構(gòu)到達(dá)方面是一項(xiàng)新技術(shù)，在以后的應(yīng)用過(guò)程中需要不斷地優(yōu)化和完善。該技術(shù)適應(yīng)盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在日益廣泛的盾構(gòu)市場(chǎng)中有很大的發(fā)展應(yīng)用空間。

[1]GB50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范［S］.

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