張帆

摘要：在城市市政隧道施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到下穿錨索區(qū)域的情況，本文以北京地鐵16號(hào)線某工程為例對(duì)盾構(gòu)下穿錨索區(qū)域進(jìn)行一次嘗試實(shí)踐證明通過(guò)施工過(guò)程對(duì)參數(shù)的控制完全能夠解決盾構(gòu)被纏繞卡死等現(xiàn)象的發(fā)生，從而有效的節(jié)省施工成本和降低工期。

關(guān)鍵詞：成本節(jié)約；錨索區(qū)；盾構(gòu)卡機(jī)

1工程概況

北京地鐵16號(hào)線工程某區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。成型隧道外徑6.0米、內(nèi)徑5.4米采用預(yù)制混凝土管片襯砌，設(shè)備采用中鐵裝備φ6280mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。接收端頭基坑深度約16m，由于接收位置車站擴(kuò)大端跨距較長(zhǎng)，支護(hù)采用地下連續(xù)墻+錨索的形式。錨索采用1×7標(biāo)準(zhǔn)型鋼絞線，公稱直徑15.2mm（Fpyk=1860MPa），錨索水平間距1.5m，豎向設(shè)置6道，水平向下呈15°傾斜打入?；又ёo(hù)錨索侵入我區(qū)間隧道最大長(zhǎng)度約29.5m，其中第二道錨索侵入6.3米（錨固段）、第三道錨索侵入17.5米（錨固段）、第四道錨索侵入25.2米（8米自由段+17.2米錨固段）、第五道錨索侵入13.6米（自由段）、第六道錨索侵入2米（自由段），參加下圖所示。

錨索與區(qū)間位置關(guān)系縱剖圖 錨索與隧道結(jié)構(gòu)橫斷面圖

該段區(qū)域地質(zhì)從上往下以此為1.2-2米的人工回填土其余以下部分均為粉土和粉質(zhì)粘土層。隧道中間區(qū)域部分含有少量的粉細(xì)砂夾層。在接收段端頭沿隧道方向9米方向，隧道邊緣各3米范圍采用旋噴樁進(jìn)行加固，加固后的土層經(jīng)檢測(cè)自立性、均勻性良好，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8Mpa，加固滲透系數(shù)要求小于1×10-6cm/sec。

2施工方案對(duì)比

在考慮到錨索鋼絞線可能在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中用于鋼絞線具有較大的抗拉能力，刀盤(pán)可能會(huì)被其鋼絞線進(jìn)行纏繞，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)卡機(jī)等風(fēng)險(xiǎn)。在施工前初步考慮的實(shí)施方案有三種：

（1）通過(guò)現(xiàn)有鋼絞線和錨索施工等參數(shù)計(jì)算錨索破壞的所需要力與盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)能夠提供的最大扭矩對(duì)比看能否滿足；

（2）通過(guò)地面開(kāi)孔進(jìn)行人工挖孔樁施工對(duì)其侵限區(qū)域鋼絞線的的處理；

（3）通過(guò)接收端東門(mén)位置進(jìn)行暗挖，盾構(gòu)在暗挖區(qū)間內(nèi)進(jìn)行接收，然后空退出洞。

三種方案施工的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和難易程度對(duì)比如下（均按照單個(gè)隧道考慮）：

方案一：①按照每天掘進(jìn)平均10米計(jì)算，該段施工需要3天；②主要人工工資按照每班20人，人均150元/天，累計(jì)花費(fèi)3萬(wàn)元；③施工僅需要控制好掘進(jìn)參數(shù)即可，同時(shí)做好地面沉降監(jiān)測(cè)即可。

方案二：①按照四個(gè)直徑2米的孔樁設(shè)計(jì)，單孔每天進(jìn)尺1米，2孔同時(shí)作業(yè)跳孔施工，需要30天。②采用C20混凝土護(hù)壁，厚度10cm累計(jì)，累計(jì)需用3.14*（0.6*0.6-0.5*0.5）*15*4=20.7m？，240，元/m？，人工費(fèi)：150*8*30=3.6萬(wàn)元，累計(jì)花費(fèi)：4.10萬(wàn)元；③需要地面具有施工條件，周邊不得有高達(dá)建筑物地下不得有管線，對(duì)環(huán)境要求較高，該工程處于城市主干道施工風(fēng)險(xiǎn)難度較大。

方案三：①按照每天進(jìn)尺1米，同時(shí)考慮上下臺(tái)階布距。累計(jì)約35天；②借鑒該工程暗挖隧道的分包價(jià)2.4萬(wàn)元/m計(jì)算（含所有材料人工）合計(jì)72萬(wàn)元；③施工相對(duì)容易，但施工周期較長(zhǎng)，施工過(guò)程需要對(duì)周邊建筑物管線進(jìn)行密切監(jiān)視。

通過(guò)三種方案的對(duì)比，由于該工程屬于地鐵工程地處城市主干道下方市政管線較多，道路兩側(cè)均有高達(dá)建筑物因此方案二實(shí)施難度較大，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

在方案一與方案三對(duì)比均能夠滿足施工條件，但在工期和成本上方案三明顯優(yōu)勢(shì)不足。因此，方案一只要論證滿足施工條件則是最佳優(yōu)選方案。

3理論驗(yàn)證

由于鋼絞線的極限破壞拉力F=1860Mpa，在刀盤(pán)的切削作用下保證錨固端頭固定，提供刀盤(pán)扭矩的力能夠大于鋼絞線自身最大拉力即可，那么鋼絞線最小極限破壞拉力理論如下：

F=3.14*（15.2/2）2=337.5KN

該設(shè)備刀盤(pán)的開(kāi)口半徑為6280mm，對(duì)應(yīng)刀盤(pán)破壞鋼絞線需要的最小扭矩值為：

T=3375*（6.28/2）=1.06*103KN.m

常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)脫困扭矩至少在5000KN.m遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算，理論滿足要求。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工條件，盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中采用土壓平衡模式進(jìn)行隧道掘進(jìn)保證掌子面的土壓穩(wěn)定，通過(guò)盾構(gòu)前期試驗(yàn)段的掘進(jìn)參數(shù)結(jié)合理論計(jì)算初步選定以下施工參數(shù)作為穿越該區(qū)域的掘進(jìn)參數(shù)，具體如下表所示。

施工掘進(jìn)的主要參數(shù)控制在于土倉(cāng)壓力和渣土排出量的監(jiān)測(cè)，其余參數(shù)與設(shè)備掘進(jìn)速度相匹配即可，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。掘進(jìn)過(guò)程通過(guò)正反轉(zhuǎn)刀盤(pán)和螺旋機(jī)來(lái)避免設(shè)備被鋼絞線纏繞被困，同時(shí)考慮到施工過(guò)程中若刀盤(pán)被纏繞則通過(guò)開(kāi)倉(cāng)通過(guò)人工割除的方式解決。

3現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

在現(xiàn)場(chǎng)施工中主要采取的施工措施如下：

（1）在第一臺(tái)盾構(gòu)到達(dá)該區(qū)域之前對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的檢修，特別對(duì)刀盤(pán)的道具進(jìn)行一次全面的檢查維修，設(shè)備處于最佳性能狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)錨索錨固端進(jìn)行檢查確保穩(wěn)固。

（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的作業(yè)人員進(jìn)行全面技術(shù)交底，明確該段施工的作業(yè)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，同時(shí)安排測(cè)量人員對(duì)地表沉降和構(gòu)筑物進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)；

（3）當(dāng)班施工嚴(yán)密監(jiān)視渣土口出渣情況和檢查渣土中的鋼絞線情況；

（4）在該段施工過(guò)程的實(shí)際掘進(jìn)參數(shù)如下所示：

現(xiàn)場(chǎng)在掘進(jìn)施工過(guò)程中地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，未出現(xiàn)沉降預(yù)警情況，在掘進(jìn)過(guò)程中渣土出土順暢也未出現(xiàn)有刀盤(pán)扭矩突然增大等現(xiàn)象。在該區(qū)域的渣土中未發(fā)現(xiàn)明顯鋼絞線，在盾構(gòu)機(jī)拆機(jī)過(guò)程也為發(fā)現(xiàn)有鋼絞線纏繞刀盤(pán)和螺旋機(jī)等現(xiàn)象。

通過(guò)實(shí)際掘進(jìn)的參數(shù)對(duì)比，出現(xiàn)場(chǎng)除實(shí)際掘進(jìn)速度和刀盤(pán)扭矩稍比理論設(shè)定的掘進(jìn)參數(shù)要高以外其余參數(shù)基本一致，在第二條隧道穿越過(guò)程中也為出現(xiàn)任何異常均順利出洞。同種方法在長(zhǎng)沙地鐵4號(hào)線某地鐵區(qū)間也同樣得到了驗(yàn)證。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該工程盾構(gòu)下穿錨索區(qū)域施工的一次嘗試，事實(shí)證明通過(guò)盾構(gòu)機(jī)的自身參數(shù)控制是能夠?qū)⑦M(jìn)行順利穿越，在今后的施工過(guò)程中我們還可以嘗試將從錨索設(shè)計(jì)成為可以拆卸式錨索等方向進(jìn)行更深一步的探索研究。