陸躍

(中鐵四局城市軌道公司,安徽合肥 230071)

地鐵盾構(gòu)法隧道施工軸線控制問題分析

陸躍

(中鐵四局城市軌道公司,安徽合肥 230071)

為緩解交通壓力,城市地鐵規(guī)模不斷擴(kuò)大。在地鐵隧道工程中,多采取機(jī)械化及自動(dòng)化程度較高的盾構(gòu)法進(jìn)行施工。應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道施工,可以在短時(shí)間讓隧道一次成形,綜合效益較好。然而在進(jìn)行隧道軸線檢測時(shí),存在著部分隧道軸線偏離問題。隧道軸線偏離,會(huì)對(duì)地鐵隧道施工進(jìn)度造成影響,嚴(yán)重會(huì)引起安全事故。結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)地鐵盾構(gòu)法隧道施工軸線控制問題進(jìn)行研究。

地鐵 盾構(gòu)法 隧道施工 軸線控制

1 工程概況

某城市為緩解交通壓力，興建地鐵工程，地鐵隧道埋深在8.0-14.5m范圍內(nèi)，穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層、粘土層與粉土層。地鐵隧道區(qū)間分布為三組平面曲線，分別為半徑1000m平面左曲線、半徑為1500m平面左曲線、半徑為800m平面右曲線。在隧道區(qū)間曲線之間設(shè)置有直線段。隧道工程最大縱坡值為30‰，縱坡表現(xiàn)為V形。于隧道變坡點(diǎn)位置設(shè)置豎曲線，曲線半徑設(shè)置為3000m與5000m。在該地鐵隧道施工中，采取S195型號(hào)盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為6.4m，隧道襯砌管片內(nèi)徑為5.5m，外徑為6.2m。

2 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)分析

在地鐵隧道施工中，直接影響隧道線路軸線的因素為：盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)開挖軸線與盾構(gòu)機(jī)襯砌管片成型軸線。在隧道施工中，其開挖軸線與襯砌管片軸線應(yīng)保持一致。然而因盾構(gòu)機(jī)在隧道掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)沿隧道設(shè)計(jì)軸線滾動(dòng)及運(yùn)動(dòng)，盾構(gòu)機(jī)刀盤會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生一定超挖問題，出現(xiàn)超挖空間，需要大量砂漿同步注漿進(jìn)行填充作業(yè)。注漿作業(yè)時(shí)漿液間隙填充過程即襯砌管片軸線再次成形的過程，從而導(dǎo)致襯砌安裝管片軸線準(zhǔn)確性難以控制，影響施工質(zhì)量。在盾構(gòu)機(jī)隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)開挖直接反映為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)，襯砌管片軸線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)直接反映為襯砌管片姿態(tài)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)與襯砌管片姿態(tài)控制直接影響著隧道施工軸線控制，為此，對(duì)影響盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的因素進(jìn)行研究。

2.1 盾構(gòu)機(jī)初始階段

通過始發(fā)臺(tái)與反力架精確定位實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)確定。其中，始發(fā)臺(tái)為盾構(gòu)機(jī)提供必要的初始空間狀態(tài)，始發(fā)臺(tái)與盾構(gòu)機(jī)之間的關(guān)系如圖1所示：

反力架屬于鋼結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)為盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)提供反力。始發(fā)臺(tái)與反力架其姿態(tài)，是影響盾構(gòu)機(jī)初始階段推進(jìn)姿態(tài)的關(guān)鍵。

在盾構(gòu)隧道施工中，一般要求對(duì)盾構(gòu)機(jī)出洞端頭進(jìn)行加固處理，因盾構(gòu)機(jī)出洞后為便為加速下坡路段，且在初始階段不能進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)方向調(diào)整，在盾構(gòu)機(jī)與始發(fā)臺(tái)脫離后，容易出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象，且盾構(gòu)機(jī)與加固區(qū)域地層之中的摩擦力偏低，受掘進(jìn)推力等因素影響，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)失控。在本工程中，地鐵隧道南端頭井始發(fā)點(diǎn)在圓曲線段，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)加固區(qū)之前，無法調(diào)整方向，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)無法與車站端墻相垂直，對(duì)襯砌管片軸線成形造成影響。

2.2 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)階段

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)階段，影響盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的主要包括以下兩點(diǎn)：第一，掘進(jìn)過程糾偏。受地鐵隧道地質(zhì)因素、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)操作因素的影響，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)及蛇行問題。雖然在該工程中應(yīng)用的S195型號(hào)盾構(gòu)機(jī)設(shè)置有鉸接裝置，但其在掘進(jìn)過程中的蛇行問題仍無法有效控制。蛇行運(yùn)動(dòng)形成過程，屬于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整并逐漸達(dá)到規(guī)范姿態(tài)的過程，即糾偏過程；第二，管片位移。盾構(gòu)機(jī)隧道管片位移狀況可以分為管片水平位移與管片水平上浮兩種問題。如在該地鐵隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，于曲線段出現(xiàn)最大水平位移，于左曲線段管片出現(xiàn)左偏，于右曲線段管片出現(xiàn)右偏問題，在直線段與曲線段還存在著管片上浮問題。

引起管片水平位移的原因主要為：在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)調(diào)整方向時(shí)，因管片選型存在不合理性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎環(huán)管片偏移量無法滿足盾構(gòu)機(jī)調(diào)向幅度；盾構(gòu)機(jī)盾尾與中體存在角度誤差，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推力作用于管片時(shí)，受徑向分離影響管片出現(xiàn)水平位移。管片上浮主要是因地鐵隧道地質(zhì)因素及背襯注漿因素而產(chǎn)生。

2.3 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)階段

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，為保證其掘進(jìn)準(zhǔn)確經(jīng)過預(yù)留洞門，要求在盾構(gòu)機(jī)距離預(yù)留洞門約100m時(shí)，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)人工姿態(tài)測量作業(yè)，在這個(gè)階段中，隧道中心軸線與設(shè)計(jì)隧道軸線存在著一定偏差，在實(shí)際偏差的基礎(chǔ)上，擬定出盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)線路，其擬定軸線對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工軸線產(chǎn)生著直接影響。

3 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制措施

為保障地鐵隧道工程施工中其隧道軸線符合規(guī)范要求，需要保證掘進(jìn)姿態(tài)與管片姿態(tài)正確合理。在該地鐵工程中，從盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制、背襯注漿與管片選型三個(gè)方面采取控制措施，進(jìn)行地鐵隧道軸線控制研究。

3.1 姿態(tài)控制研究

在地鐵隧道各階段施工過程中，應(yīng)根據(jù)隧道不同階段地質(zhì)條件，綜合進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)分析，嚴(yán)格控制隧道施工中盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)。如在掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)滾動(dòng)問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取正反轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行糾正處理；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)蛇行偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾正，尤其是在隧道曲線段區(qū)域，應(yīng)按照長距離、緩慢修正的原則進(jìn)行糾正偏差，每環(huán)糾偏量應(yīng)控制在20mm以內(nèi)，糾偏的過程中，應(yīng)綜合考慮盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸壓力變化對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)所產(chǎn)生的影響。構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)管片姿態(tài)人工復(fù)核制度，安裝3-5環(huán)管片后應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)管片姿態(tài)進(jìn)行檢查，記錄并分析檢查結(jié)果，為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整發(fā)揮指導(dǎo)意義。

3.2 背襯注漿

為實(shí)現(xiàn)環(huán)形間隙均勻填充作業(yè)，在注漿過程中應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，控制注漿量，避免管片所承受壓力不均衡。背襯注漿采取左右對(duì)稱注漿方式。于注漿孔出口位置安裝分壓器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各注漿孔注漿壓力與注漿量的檢測與控制。對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行測量并及時(shí)調(diào)整孔口壓力。為防止管片上浮，一般上部注漿壓力大于下部注漿壓力。在注漿過程中，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控狀況，及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。

3.3 管片選型

圖1 始發(fā)臺(tái)與盾構(gòu)機(jī)關(guān)系示意圖

在地鐵隧道施工中采取盾構(gòu)機(jī)施工方法，為實(shí)現(xiàn)隧道軸線控制，應(yīng)做好管片選型作業(yè)。管片選型應(yīng)遵循以下原則：與盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)相適應(yīng)，與隧道設(shè)計(jì)軸線相適應(yīng)。采取轉(zhuǎn)彎環(huán)及標(biāo)準(zhǔn)環(huán)拼裝管片，通過組合標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)，構(gòu)建出各種線形地鐵隧道。在實(shí)際拼裝過程中，尤其是進(jìn)行曲線段管片拼裝時(shí)，管片拼裝點(diǎn)位直接決定著不同方向偏移量。綜合考慮盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙、膠結(jié)油缸差值、推進(jìn)差值等因素，保證管片調(diào)整量精確，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道施工軸線控制。

4 結(jié)語

城市化進(jìn)程加快，推動(dòng)著城市地鐵規(guī)模的不斷擴(kuò)大。在城市地鐵隧道工程中，多采取盾構(gòu)法進(jìn)行施工。在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)機(jī)隧道施工容易出現(xiàn)軸線偏離問題，對(duì)地鐵隧道工程施工進(jìn)度、施工質(zhì)量及安全性造成影響。為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在隧道施工中其軸線控制，需要對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)控，并采取措施控制盾構(gòu)姿態(tài)與管片姿態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隧道軸線控制。實(shí)踐證明，盾構(gòu)機(jī)在地鐵隧道工程施工中采取措施控制盾構(gòu)姿態(tài)與管片姿態(tài)，能夠有效提高地鐵隧道施工進(jìn)度，保障施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)地鐵工程施工效益。

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