曹　鵬（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北省 武漢市 430074）

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超大直徑泥水盾構(gòu)施工難點(diǎn)及技術(shù)分析

曹鵬（中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北省 武漢市 430074）

在盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)法隧道出口段是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要控制的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)比較多，如何做好風(fēng)險(xiǎn)管理是施工的重點(diǎn)。本文以實(shí)際工程為例，分析了超大直徑泥水盾構(gòu)施工的難點(diǎn)，并對超大直徑泥水盾構(gòu)參數(shù)的設(shè)置、掘進(jìn)姿態(tài)的控制措施、泥水管理措施、同步注漿管理措施、管片拼裝措施等施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

超大直徑；泥水盾構(gòu)；施工難點(diǎn)；施工技術(shù)

1　工程概況

某隧道工程為雙管盾構(gòu)隧道，隧道的總施工長度為3511m，其中盾構(gòu)段施工長度為 2931.6m，使用兩臺直徑為14.8m的泥水加壓式盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行掘進(jìn)施工。在隧道的左線為半徑2500m的平面曲線，右線為兩個(gè)半徑分別為4900m和3700m的平面曲線。隧道覆土最小厚度為 6m，最大厚度為30m，線路最小坡度為0.49%，最大縱坡為4.5%，最小坡長為290m，最大坡長為1129m，隧道一共布置了三個(gè)豎向曲線，其中最小豎向曲線的半徑為7000m。襯砌使用寬度為2m，外部直徑為14.5m，厚度為60cm的鋼筋混凝土預(yù)制管片，設(shè)計(jì)抗?jié)B等級為S12，路面板使用現(xiàn)澆和預(yù)制結(jié)合的方式施工。

2　對盾構(gòu)施工的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析

（1）盾構(gòu)直徑太大。超大的盾構(gòu)直徑會造成隧道掌子面錯(cuò)亂分布，而對這種超大機(jī)體在姿態(tài)控制方面的難度就可想而知了。因此應(yīng)采用先進(jìn)的現(xiàn)代化儀器針對施工的位置精確測定且控制，從而實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的飛躍。

（2）超高的盾構(gòu)壓力。改工程的盾構(gòu)機(jī)壓力與同類工程相比已創(chuàng)下了新高，所以在該工程中要求盾構(gòu)機(jī)的相關(guān)壓力水平必須達(dá)到較高的水準(zhǔn)。如此才能滿足施工的需要，從而順利進(jìn)行相關(guān)工程的開展。

（3）高透水性的底層。該地層的地質(zhì)成分主要有：細(xì)沙和各種石塊，因此透水性極高，且施工的相關(guān)壓強(qiáng)超強(qiáng)，這就是江底施工所隱含的巨大風(fēng)險(xiǎn)［1］。在這種條件下進(jìn)行施工具有相當(dāng)高的難度，首先，高超的滲水地質(zhì)增加了排水的工作量，同時(shí)給對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行的施工推進(jìn)增加了技術(shù)難度，因此對這種地質(zhì)的施工需高度警惕，且應(yīng)增加新技術(shù)的使用，從而促進(jìn)施工的順利進(jìn)行。

（4）要求盾構(gòu)的掘進(jìn)施工一次性完成。由于盾構(gòu)隧道的長、寬均達(dá)到了一公里半左右，以及巨大的水壓，要想在工程的中途設(shè)置檢修井是極不現(xiàn)實(shí)的問題，所以只能將隧道一次性打通，而各種不利因素又為工程的順利開展帶來了挑戰(zhàn)。

（5）采用超淺埋方法進(jìn)行出入洞的盾構(gòu)覆土。通常情況下對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞的覆土厚度按照相關(guān)要求進(jìn)行，即洞口附近較淺。

3　盾構(gòu)施工的具體技術(shù)

3.1設(shè)定泥水的壓力且進(jìn)行控制

依照以前針對類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對該工程泥水壓力上限按照靜止土壓力進(jìn)行控制，而下限按照主動(dòng)土壓力控制。而對透水層和不透水層的水土壓力具體計(jì)算方法如圖1所示。

在使用盾構(gòu)機(jī)械開始進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，必須將相關(guān)的泥水壓力調(diào)整到上限和下限之間位置，而具體的實(shí)際調(diào)整還需要依據(jù)地表土質(zhì)靈活對待。施工規(guī)定，用上限控制值進(jìn)行重要地段的壓力控制；而對地表沉降控制要求較低的地段或覆土較淺的地段，宜用下限值進(jìn)行參考控制，另外應(yīng)保證平穩(wěn)激進(jìn)行施工推進(jìn)，嚴(yán)格控制壓力波在相關(guān)的合理范圍里。

圖1　泥水壓力計(jì)算示意圖（水土合算）

3.2進(jìn)行速度和推理的合理控制

通常情況下應(yīng)將掘進(jìn)速度設(shè)定為30～40mm/min；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過硬質(zhì)土壤時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低掘進(jìn)的速度。在實(shí)際盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)，相關(guān)的泥水壓力以及掘進(jìn)速度將直接影響推力的大小，在掘進(jìn)施工時(shí)總推力應(yīng)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)推力的70%左右［2］。對操作速度的合理控制，即能推進(jìn)施工質(zhì)量的上升，而且能夠提升施工人員的安全系數(shù)，更利于施工的平穩(wěn)推進(jìn)，因此施工速度的合理控制是該工程順利施工的基本條件。

3.3嚴(yán)格控制刀盤轉(zhuǎn)速以及扭矩

在施工時(shí)，除了把控好方向外，還要借用實(shí)時(shí)測量的結(jié)果以及由此而形成的三維坐標(biāo)進(jìn)行比對，從而進(jìn)行準(zhǔn)確的姿態(tài)調(diào)整。保持盾構(gòu)機(jī)施工的狀態(tài)平穩(wěn)是進(jìn)行掘進(jìn)施工的基本要求，因此應(yīng)將盾構(gòu)機(jī)的縱向、橫向以及前面的指標(biāo)要求調(diào)整在規(guī)定的范圍內(nèi)，避免不良狀態(tài)的出現(xiàn)。應(yīng)盡量使管片拼環(huán)的姿態(tài)和盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)保持一致，以此也可以促進(jìn)施工的穩(wěn)定性。作為技術(shù)人員應(yīng)在施工過程中對相關(guān)的隧道地質(zhì)等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并進(jìn)行掘進(jìn)計(jì)劃的制定和糾正。而進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)操作的人員只要按照相關(guān)的規(guī)定規(guī)范施工即可，應(yīng)及時(shí)糾正掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的小偏差，要求每次偏差值不能大于4mm/環(huán)。

3.4針對泥水進(jìn)行分離處理

在本工程中，按照具體的進(jìn)度選用了與之相協(xié)調(diào)的某泥漿處理系統(tǒng)參于施工，由此而實(shí)現(xiàn)了500m3/h的泥漿處理能力，另外通過泥漿處理之后的泥水還要進(jìn)行二級分離處理方可。通過對相關(guān)系統(tǒng)的利用，從形成了泥漿的順利分離，而分離出來的泥渣會通過相關(guān)的手段和渠道進(jìn)行處理掉。

3.5同步進(jìn)行注漿

3.5.1漿液配制

在該工程中進(jìn)行相關(guān)的漿液配置時(shí)，不但要參照具體的地質(zhì)因素，而且要考慮到實(shí)際配置漿液的性能，通常情況下漿液的初凝時(shí)間受氣候等多種因素的影響，而實(shí)際施工中會將其控制在12～24h。其它強(qiáng)度等方面的指標(biāo)均按照相關(guān)要求進(jìn)行。合理的漿液配置不但能夠提高施工質(zhì)量，而且能夠縮短凝固時(shí)間，因此會提升工程效益。

3.5.2對注漿壓力的控制

在進(jìn)行具體注漿時(shí)，在盾尾的圓周上均勻設(shè)計(jì)6根漿管，不同位置漿管的注漿壓力是不一樣的，其具體的壓力值的計(jì)算按照相關(guān)公式進(jìn)行，而公式中的管道壓力損失則在管道組裝時(shí)已經(jīng)過試驗(yàn)產(chǎn)生了詳細(xì)的數(shù)據(jù)。通過對注漿壓力的科學(xué)控制，從而對施工質(zhì)量的提高具有意義。

3.5.3拼裝管片

（1）為了達(dá)到施工糾偏和線路擬合的目的，應(yīng)對后續(xù)環(huán)的使用從Z、Y類型中選出，而在拼裝組合時(shí)通常會選用封頂位置或隧道的上半部位置進(jìn)行操作。

（2）建議用相關(guān)的組合方式進(jìn)行直線環(huán)的組裝，對封頂塊的組裝建議在隧道的上部進(jìn)行。滿足隧道線形施工需要是管片點(diǎn)位安裝的根據(jù)，而保證管片的安裝效果達(dá)到均勻程度是對安裝的基本要求，這樣就能夠保證盾尾間隙的合理性。

（3）應(yīng)注意進(jìn)行最后一篇管片安裝時(shí)，必須進(jìn)行黃油或肥皂水的相關(guān)潤滑處理，且對此安裝時(shí)應(yīng)小心、仔細(xì)，防止將防水等密封裝置損壞，從而影響設(shè)備的正常使用。若能使管片的安裝達(dá)到最佳狀態(tài)時(shí)，那么在施工中就會產(chǎn)生優(yōu)越的施工性能，對經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)生具有積極的意義。

4　結(jié)論

總之，在盾構(gòu)構(gòu)件施工過程中，存在很多的突發(fā)性和不可預(yù)見風(fēng)險(xiǎn)。因此，在施工初期要對認(rèn)真識別所有可能涉及到的風(fēng)險(xiǎn)，控制源頭，根據(jù)施工方案和施工組織設(shè)計(jì)對工程風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案和安全方案，合理的安排資源，做好設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、施工參數(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)的分析和整理，及時(shí)處理遇到的問題。

［1］閔凡路，姜 騰，魏代偉，等．泥水盾構(gòu)帶壓開艙時(shí)泥漿配制及泥膜形成實(shí)驗(yàn)研究［J］．隧道建設(shè)，2014，34（9）：857～861．

［2］陳 健.超大直徑盾構(gòu)機(jī)高壓環(huán)境下原位檢修技術(shù)［J］．建筑技術(shù)開發(fā)，2015，42（3）：57～61.

曹 鵬（1983-），男，安徽淮北人，工程師，本科，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

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