馮勝利（廣東華隧建設(shè)股份有限公司）

?

地鐵盾構(gòu)暗埋平衡始發(fā)技術(shù)

馮勝利（廣東華隧建設(shè)股份有限公司）

在地鐵盾構(gòu)工程施工中應(yīng)用平衡始發(fā)方案，可有效規(guī)避始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)安全施工。本文僅以某地鐵工程為例，具體分析了盾構(gòu)暗埋平衡始發(fā)技術(shù)的應(yīng)用，僅供同行參考。

地鐵工程；盾構(gòu)平衡始發(fā)；盾構(gòu)機(jī)

1　引言

盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大，往往直接決定整個(gè)盾構(gòu)施工成敗。基于此，本文提出了暗埋平衡始發(fā)技術(shù)，其通過(guò)在盾構(gòu)機(jī)下井定位后采用砂、混凝土板及水對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行回填暗埋，以達(dá)到始發(fā)井內(nèi)外水壓力平衡的目的。

2　地鐵工程始發(fā)地概況

2.1既有盾構(gòu)吊出井情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察及圖紙核實(shí)，既有盾構(gòu)吊出井結(jié)構(gòu)尺寸為：接收井入段線中間段結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空寬4.7m，高5.23m，長(zhǎng)105m；出段線中間段結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空寬4.4m，高5.23m，長(zhǎng)106m，尺寸核算均能滿(mǎn)足盾構(gòu)始發(fā)要求，具體見(jiàn)圖1。

圖1　盾構(gòu)吊出井段整體結(jié)構(gòu)分布相關(guān)照片

2.2始發(fā)端頭地質(zhì)情況

始發(fā)井端頭地質(zhì)情況較好，隧道洞身范圍內(nèi)主要為強(qiáng)風(fēng)化以上粉砂巖，隧道上部主要為粉質(zhì)粘土，局部存在粉細(xì)砂層，地面淺覆土為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂。場(chǎng)地周邊三面受景觀湖水圍繞，地下水位在地面以下2.2m左右。

2.3端頭加固情況

始發(fā)井端頭加固采用雙管旋噴樁進(jìn)行加固，加固范圍為端頭外10m，深度穿透＜6＞，進(jìn)入＜7＞層不小于0.5m，整體施工深度約10m左右。

3　盾構(gòu)平衡始發(fā)策劃

盾構(gòu)始發(fā)井是既有結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是鋼筋混凝土連續(xù)墻，故始發(fā)之前必須進(jìn)行洞門(mén)鑿除和鋼筋切除作業(yè)。此盾構(gòu)井埋深較淺（約12m），單層結(jié)構(gòu)，同時(shí)，入段線為急曲線始發(fā)（R=250），盾構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足垂直端墻進(jìn)洞，需開(kāi)鉸接出洞，為了確保安全，且保證盾構(gòu)能盡快始發(fā)，入段線始發(fā)計(jì)劃采用平衡始發(fā)工藝，如下圖2所示即為平衡始發(fā)施工流程。

4　盾構(gòu)始發(fā)準(zhǔn)備

4.1始發(fā)井主體復(fù)測(cè)

始發(fā)井為既有結(jié)構(gòu)，始發(fā)前項(xiàng)目部應(yīng)組織測(cè)量人員對(duì)主體進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)定實(shí)際偏差量，為盾構(gòu)始發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

4.2素混凝土導(dǎo)臺(tái)施工

圖2　平衡始發(fā)施工流程圖

回填始發(fā)鋼托架采用現(xiàn)澆C30素混凝土導(dǎo)臺(tái)代替，考慮到盾構(gòu)始發(fā)的姿態(tài)，導(dǎo)臺(tái)設(shè)計(jì)為傾斜的坡面，導(dǎo)臺(tái)頂面坡度與始發(fā)坡度一致。為保證導(dǎo)臺(tái)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的曲線導(dǎo)引，混凝土托臺(tái)半徑為3230mm，保證托臺(tái)與盾構(gòu)機(jī)筒體之前有100mm空隙，后期盾構(gòu)施工中空隙位采用導(dǎo)軌安裝及填砂。導(dǎo)臺(tái)一共分4塊，每塊導(dǎo)臺(tái)都是相同尺寸獨(dú)立的直線導(dǎo)臺(tái)，導(dǎo)臺(tái)沿始發(fā)軸線擺放，形成一個(gè)曲線走勢(shì)。

4.3反力墻施工

盾構(gòu)井后部端墻已施工完成，為保證第一環(huán)負(fù)環(huán)與端墻緊密連接，將施工一堵500mm厚反力墻用于端墻與管片的連接。反力墻在施工時(shí)有一傾斜角度，與第一環(huán)管片連接位置預(yù)埋外徑6000mm、內(nèi)徑5400mm的環(huán)形鋼筒，鋼筒中焊接凈空為0.3m×0.19m×0.15m的鋼箱用于穿短螺栓連接管片，鋼箱沿鋼筒36°布置，共10個(gè)。鋼筒環(huán)向布置20塊筋板，后續(xù)與反力墻一起澆筑可增加反力墻受力。

4.4始發(fā)軸線確定

入段線盾構(gòu)始發(fā)為R=250m急曲線始發(fā)，盾構(gòu)井14m范圍及15m后部結(jié)構(gòu)均為250m轉(zhuǎn)彎半徑，后續(xù)還有40m緩和曲線段。

入段線始發(fā)井結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為12.4m，反力墻厚度為560mm，盾構(gòu)組裝位置盾尾距離反力墻1000mm，盾構(gòu)機(jī)通體長(zhǎng)度7670mm，盾構(gòu)機(jī)為曲線始發(fā)，平面始發(fā)軸線為隧道線路中心線往內(nèi)側(cè)偏20mm即為本次始發(fā)軸線，垂直軸線保證盾構(gòu)出洞時(shí)盾構(gòu)機(jī)前端比盾尾高30mm。

5　盾構(gòu)始發(fā)

盾構(gòu)始發(fā)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3　盾構(gòu)始發(fā)示意圖

5.1水平探孔施工

洞門(mén)破除用風(fēng)鎬人工破除，盾構(gòu)始發(fā)前在洞門(mén)范圍內(nèi)進(jìn)行水平探孔，共設(shè)置鉆孔點(diǎn)9個(gè)（見(jiàn)圖4），深度要求為鉆穿圍護(hù)結(jié)構(gòu)體至外側(cè)土體1.5m，對(duì)加固后的土體進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)加固土體狀況。

圖4　水平探孔布置示意圖

5.2始發(fā)洞門(mén)的鑿除

洞門(mén)鑿除順序：先鑿除外排鋼筋，盾構(gòu)機(jī)組裝完畢后，再剝離第二層鋼筋網(wǎng)并予以割除，在確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞的范圍內(nèi)沒(méi)有殘余鋼筋后，盾構(gòu)機(jī)方可始發(fā)。

5.3基坑內(nèi)盾構(gòu)機(jī)前移

盾構(gòu)機(jī)組裝完成后，需在基坑內(nèi)向前移動(dòng)4.06m才可到達(dá)始發(fā)位置，通過(guò)千斤控制及鉸接裝置實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)曲線行走，移動(dòng)過(guò)程中盡量使用外側(cè)千斤頂，保證盾構(gòu)機(jī)往內(nèi)側(cè)走，防止走偏。

5.4安裝負(fù)環(huán)管片

本標(biāo)段入段線是在曲線上始發(fā)，始發(fā)導(dǎo)臺(tái)設(shè)計(jì)也均是按曲線設(shè)計(jì)，所以負(fù)環(huán)管片需采用轉(zhuǎn)彎環(huán)，根據(jù)現(xiàn)有負(fù)環(huán)管片情況及始發(fā)轉(zhuǎn)彎半徑要求，-10～0環(huán)全部采用新制1.2m轉(zhuǎn)彎環(huán)管片，負(fù)環(huán)管片安裝采用錯(cuò)縫拼裝，且保證接縫止水。

5.5澆筑洞門(mén)圈內(nèi)托臺(tái)和盾構(gòu)機(jī)碰壁

5.5.1澆筑洞門(mén)圈內(nèi)托臺(tái)

洞門(mén)圈直徑6620mm，而盾構(gòu)通體直徑6260，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入洞門(mén)后底部存在180mm空隙，為防止盾構(gòu)進(jìn)入洞門(mén)后出現(xiàn)載頭，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入始發(fā)前，在洞門(mén)圈底部施工混凝土托臺(tái)，托臺(tái)高度170mm，底部30°范圍，掘進(jìn)方向長(zhǎng)500mm，如圖5所示。

圖5　洞門(mén)圈內(nèi)托臺(tái)

5.5.2盾構(gòu)機(jī)碰壁

洞門(mén)圈內(nèi)托臺(tái)澆筑完后，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始掘進(jìn)-5環(huán)負(fù)環(huán)至千斤頂度數(shù)為1441mm，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)碰壁。

5.6盾構(gòu)工作井的回填

盾構(gòu)機(jī)碰壁，反力墻密封后，對(duì)盾構(gòu)工作井范圍進(jìn)行回填施工：①對(duì)盾構(gòu)工作井范圍回填砂；②回填砂上澆筑10cm厚C20素混凝土板；素混凝土澆筑完成達(dá)初凝強(qiáng)度后，即可向基坑內(nèi)灌水，回灌水位高度與基坑外地下水位齊平，保證基坑內(nèi)外水土壓力平衡。

5.7盾構(gòu)機(jī)的調(diào)整

盾構(gòu)工作井回填完畢確保密實(shí)后，確認(rèn)回填施工后盾構(gòu)機(jī)最終姿態(tài)，掌握姿態(tài)參數(shù)，以對(duì)接下來(lái)始發(fā)掘進(jìn)施工盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整進(jìn)行指導(dǎo)。同時(shí)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行常規(guī)的調(diào)試和環(huán)流的運(yùn)行。

5.8始發(fā)掘進(jìn)

5.8.1建立平衡條件

始發(fā)井回填完成后需建立泥水平衡，方可開(kāi)始掘進(jìn)作業(yè)。始發(fā)井內(nèi)回填土壓力按下公式計(jì)算：

式中：Pc——砂的水土壓力Pt——混凝土板壓力；

Pw——回填水壓力K0=1-sinφ′；

φ′——為土的有效內(nèi)摩擦角rw——地下水重度；

rt——混凝土重度H——切口水壓計(jì)距水面深度；

γ′——砂的飽和重度Ht——混凝土板厚度；

Hw——回填水深度P0——切口水壓值。

通過(guò)以上公式控制好始發(fā)時(shí)切口水壓值與回填水位關(guān)系，保證盾構(gòu)始發(fā)時(shí)順利建立泥水平衡條件。

5.8.2拼裝剩余負(fù)環(huán)管片

盾構(gòu)工作井回填完畢進(jìn)行調(diào)整后，即可送漿保壓，然后掘進(jìn)。為了保證始發(fā)的安全，一般采用負(fù)挖狀態(tài)操作，即P切、P關(guān)均＜地下水壓，始發(fā)時(shí)掘進(jìn)速度應(yīng)較慢（3～5mm/min），不會(huì)對(duì)泥水平衡產(chǎn)生較大波動(dòng)。進(jìn)行0～-6環(huán)的管片拼裝。

盾構(gòu)工作井回填后的掘進(jìn)施工即進(jìn)行回填注漿，至此盾構(gòu)始發(fā)基本完成，可進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)及+1環(huán)管片安裝。盾構(gòu)姿態(tài)按管片的配置，沿始發(fā)軸線掘進(jìn)。

5.8.3盾構(gòu)掘進(jìn)軸線控制

通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)推力的大小和合力作用點(diǎn)位置以控制盾構(gòu)軸線，關(guān)鍵控制千斤頂?shù)男谐獭⒂蛪汉陀土?，使盾?gòu)推力的合力作用點(diǎn)位于合適位置，對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行糾偏，促使盾構(gòu)機(jī)在計(jì)劃線附近小幅度變化，正常掘進(jìn)。

5.8.4切口水壓力控制

盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)階段受到始發(fā)井內(nèi)密封限制，切口水壓實(shí)際設(shè)定值不宜過(guò)高，始發(fā)時(shí)切口水壓理論計(jì)算值為114kPa。切口水壓波動(dòng)控制在±5%，禁止切口水壓有太大的波動(dòng)。

5.8.5泥漿控制

盾構(gòu)始發(fā)泥漿控制在比重1.20左右、粘性25s。

5.8.6掘進(jìn)速度與推力控制

（1）盾構(gòu)機(jī)始發(fā)階段時(shí)推力控制在1000t以?xún)?nèi)。

（2）推進(jìn)速度控制在10mm/min。

（3）盾構(gòu)啟動(dòng)時(shí)，盾構(gòu)司機(jī)必需檢查千斤頂是否靠足，開(kāi)始推進(jìn)和結(jié)束推進(jìn)之前速度不宜過(guò)快。每環(huán)掘進(jìn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)逐步提高掘進(jìn)速度，防止啟動(dòng)速度過(guò)大。

（4）一環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)速度值應(yīng)盡量保持衡定，減少波動(dòng)，以保證切口水壓穩(wěn)定和送、排泥管的暢通。

（5）推進(jìn)速度的快慢必須滿(mǎn)足每環(huán)掘進(jìn)注漿量的要求，保證同步注漿系統(tǒng)始終處于良好工作狀態(tài)。

（6）調(diào)整掘進(jìn)速度時(shí)，應(yīng)保持開(kāi)挖面穩(wěn)定。

5.8.7掘削量控制

實(shí)際掘削量W'可由下式計(jì)算得到：

式中：W′——實(shí)際掘削量（kN/Ring）；

rs——土的比重；

Q1——排泥流量（m3/min）；

ρ1——排泥密度（kN/m3）；

Q0——送泥流量（m3/min）；

ρ0——送泥密度（kN/m3）；

t——掘削時(shí)間（min）。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)掘削量過(guò)大，應(yīng)檢查泥水密度、粘度和切口水壓。此外，可通過(guò)地面監(jiān)測(cè)，調(diào)查土體沉降情況，查明原因后及時(shí)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，確保開(kāi)挖面穩(wěn)。

5.8.8注漿管理

采用雙液漿加強(qiáng)外弧線側(cè)向注漿，可在較短時(shí)間內(nèi)將建筑空隙填充并達(dá)到一定強(qiáng)度，與原狀土共同作用，有效減小管片受側(cè)向壓力影響在建筑空隙范圍內(nèi)向弧線外側(cè)的偏移量，防止較大偏移量造成管片大量錯(cuò)臺(tái)和漏水，使得在小半徑內(nèi)的管片拼裝質(zhì)量達(dá)到良好效果。

5.8.9管片安裝選型控制

盾構(gòu)機(jī)在小曲率半徑段掘進(jìn)每環(huán)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)糾偏角度，因此管片選型應(yīng)與盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)相匹配，最好的施工效果是每環(huán)管片拼裝完后，管片姿態(tài)比盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)超前1/3～1/2糾偏量，即超前9～14mm。

5.8.10測(cè)量控制

隨時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)讓盾構(gòu)機(jī)操控手在掘進(jìn)時(shí)隨時(shí)看到盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)并及時(shí)調(diào)整，使隧道軸線控制更為方便；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將掘進(jìn)參數(shù)記錄、保存于電腦中，方便地面技術(shù)人員隨時(shí)監(jiān)控，并可修改技術(shù)參數(shù)。

6　結(jié)束語(yǔ)

綜上，本次地鐵盾構(gòu)暗埋平衡始發(fā)施工順利完成，其有效避免了在破除地下連續(xù)墻洞門(mén)時(shí)的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，保障了盾構(gòu)安全。暗埋平衡始發(fā)施工技術(shù)是盾構(gòu)施工領(lǐng)域一次重大突破，值得推廣應(yīng)用。

［1］郭宏震.土壓平衡式盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2009（4）：11～12.

［2］林銳深.端頭加固與盾構(gòu)密閉鋼套筒平衡始發(fā)技術(shù)的應(yīng)用［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015：45～46.

［3］馬天文.盾構(gòu)平衡始發(fā)與到達(dá)施工技術(shù)及其風(fēng)險(xiǎn)控制［J］.中國(guó)工程咨詢(xún)，2015（6）：60～62.

馮勝利，河南臨潁人，研究方向?yàn)榻ㄖ┕ゎI(lǐng)域盾構(gòu)隧道掘進(jìn)技術(shù)。

U445.43

A

2095-2066（2016）13-0206-03

2016-4-10