吳發(fā)展 尹粵 宋仕雄 陳亞憲

摘 要：小半徑曲線盾構(gòu)隧道工程，管片向外側(cè)扭曲擠壓地層，使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復雜的影響。可見，管片安裝好壞直接影響隧道的質(zhì)量和使用壽命。由此，本文依托小半徑曲線盾構(gòu)電纜隧道調(diào)查管片拼裝錯臺超標統(tǒng)計情況，對超標原因進行分析，并針對性地提出具體的控制措施，提高管片拼裝質(zhì)量。

關鍵詞：小半徑曲線;盾構(gòu);管片;錯臺

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）02-0086-03

Research on Control Technology of Slice Stagger in Small?Radius Curved Shield Tunnel

Abstract： In the small radius curve shield tunnel project， the segments twist and squeeze the stratum outward， which makes the stratum and segment structure suffer complex influence. It can be seen that the installation of segment directly affects the quality and service life of the tunnel. Therefore， this paper relied on the statistics of small radius curve shield cable tunnel to investigate the over-standard of segment assembling staggered platform， analyzed the reasons for the over-standard， and put forward specific control measures to improve the quality of segment assembling.

Keywords： curve in small radius;shield;segment;step

城市地下空間利用和建設，受地面既有建筑物和地下空間的限制，出現(xiàn)了大量小半徑曲線隧道工程。小半徑曲線盾構(gòu)外側(cè)呈擠壓狀態(tài)。管片向外側(cè)扭曲擠壓地層，使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復雜的影響。管片安裝好壞直接影響隧道的質(zhì)量和使用壽命。蒙曉蓮[1]以廣州地鐵4、5號線直線電機盾構(gòu)隧道工程為背景，針對直線電機隧道大坡度和小曲線半徑的顯著特性，采用理論分析、數(shù)值計算、現(xiàn)場實測對比分析等方法，對小半徑、大坡度線路條件下盾構(gòu)隧道施工開挖面穩(wěn)定性和管片受力相關問題進行研究探討。薄帥帥[2]運用數(shù)值模擬研究管片結(jié)構(gòu)受力等效應力和管片接頭的力學狀態(tài)等情況。劉建國研究了盾構(gòu)隧道管片拼裝質(zhì)量控制技術，分析管片拼裝錯臺的原因，并提出相應的防治措施。本文依托電纜隧道，研究小半徑曲線盾構(gòu)隧道管片錯臺控制技術。

1 工程概況

深圳電網(wǎng)北環(huán)110kV架空線改造入地電纜隧道工程土建I標南線隧道位于深圳市福田區(qū)，從筆架山公園南側(cè)坡腳開始，向南穿行筍崗西路、中心公園，至深南東路轉(zhuǎn)向西行，沿深南大道經(jīng)福田河、深南皇崗立交至深南彩田立交，沿彩田路西側(cè)南行，至終點為220kV福華變電站，南線主要長度為4 044m，其中盾構(gòu)隧道全長3 965.956m。盾構(gòu)隧道設5處曲線，其中3處最小半徑為250m（見表1），設置4個區(qū)間，最長區(qū)間為1 456m（見圖1）。

工程地質(zhì)情況如下。隧道沿線范圍內(nèi)上覆人工素填土、沖洪積粉質(zhì)黏土、粗砂、黏土及殘積土，下伏基巖為燕山期花崗巖。隧道局部地段洞身穿越中、微風化巖層或隧道開挖面上軟下硬。地下水主要表現(xiàn)為松散土層孔隙水、孔隙潛水及基巖裂隙水。隧道埋深在28～32m，沿線地下水穩(wěn)定水面埋藏深度0.60～18.00m，標高介于0.05～9.00m，且有一定承壓性。

2 管片拼裝情況

設計管片外徑4.6m，內(nèi)徑4.0m，管片寬度1.2m，管片厚度0.3m，混凝土強度等級C50P10。

2.1 管片拼裝要求

本工程管片拼裝允許偏差滿足《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》（GB 50446—2008）和《地下鐵道工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB/T 50299—2018）規(guī)定，成型隧道相鄰管片徑向錯臺大于10mm、相鄰管片環(huán)向錯臺大于15mm的超標率≤5%。為打造精品優(yōu)質(zhì)工程，超標率控制在4%以內(nèi)。

2.2 管片拼裝調(diào)查

項目部調(diào)查第一段小半徑曲線第352—401環(huán)共400處點位，其中有40處點位發(fā)生錯臺超標的現(xiàn)象（見表2）。

2.3 調(diào)查結(jié)果

調(diào)查結(jié)果顯示，曲線段管片錯臺超標率高出驗收允許值（5%），且超標率還在繼續(xù)擴大。

3 調(diào)查分析

根據(jù)管片超標統(tǒng)計情況，對超標原因進行調(diào)查分析。

3.1 管片糾偏幅度過大

通過查找第364環(huán)的掘進記錄（左轉(zhuǎn)），盾構(gòu)水平姿態(tài)為+51mm。此時，盾構(gòu)司機為了防止盾構(gòu)機進一步偏離中線，采取了加大左右油壓差的方式進行糾偏。但是，在操作過程中，糾偏幅度過大，造成連續(xù)3環(huán)的盾尾間隙過小，從而造成盾尾尾刷擠壓管片導致管片錯臺超標。

3.2 管片拼裝點位選取錯誤

通過查找第378環(huán)的掘進記錄（左轉(zhuǎn)），盾尾間隙左側(cè)為75mm，右側(cè)為56mm，根據(jù)盾尾間隙、掘進油缸行程差及鉸接油缸行程差，選擇了時鐘1點位，管片點位選取不當，故而造成拼完之后的第379環(huán)出現(xiàn)盾尾間隙小，從而導致在下環(huán)掘進過程中盾尾尾刷臺階擠壓管片造成錯臺超標。

3.3 管片拼裝操作不當

調(diào)閱第380—384環(huán)的掘進記錄表及拼裝時間發(fā)現(xiàn)：當天白班完成掘進12環(huán)。根據(jù)以往經(jīng)驗，管片調(diào)運+拼裝時間應在15～20min。翻閱拼裝記錄，發(fā)現(xiàn)當天拼裝時間平均為13min?，F(xiàn)場值班人員反映，為了趕工，管片拼裝時只進行了粗調(diào)。在拼裝環(huán)節(jié)，其錯臺量已超標?？梢姡搭^上把控不到位導致錯臺量超標。

4 控制措施

通過調(diào)查分析，制定針對性的控制管片錯臺對策（見表3）。

4.1 理論計算與實際操作結(jié)合，確定最大糾偏量

技術人員對小半徑曲線左右油缸行程差進行了理論計算，其理論值為20.64mm。

[Δ=l×R+r2R-l×R-r2RmmΔ=1 200×4.3250=20.64mm] ? ? ? ? ? （1）

式中，[Δ]表示油缸行程差;[l]表示每環(huán)掘進長度;[R]表示曲線半徑;[r]表示油缸安裝直徑。

曲線盾構(gòu)推進每環(huán)都在糾偏，通過盾構(gòu)千斤頂行程差控制糾偏量，逐環(huán)小量糾偏，防止過量糾偏對已拼裝管片和盾尾密封的損壞，糾偏量控制在2～3mm/m。每次糾偏量需保證楔形塊環(huán)面處于曲線半徑的徑向豎直面內(nèi)。管片與盾尾的間隙影響管片拼裝質(zhì)量及盾構(gòu)糾偏，通過盾構(gòu)方向調(diào)整使四周間隙基本相同。

在實際掘進過程中，連續(xù)三環(huán)油行程缸差在26mm時，發(fā)現(xiàn)盾尾間隙逐漸減小，鉸接油缸壓力上升。通過調(diào)整油缸行程差及管片拼裝位點后使其降低到標準范圍，經(jīng)多次試驗后，左右油缸行程差控制在24mm時，對盾尾間隙無影響。此時，鉸接壓力為180bar，鉸接油缸位移差為80mm。

后續(xù)每環(huán)掘進油缸行程差控制在24mm。此時，可以保證盾尾間隙每環(huán)的變化量能適應刀盤的開挖輪廓，否則超過該值后易造成盾尾與管片擠壓形成錯臺。

4.2 技術人員對管片拼裝點位選取進行技術交底

第一，技術人員對盾構(gòu)掘進人員下發(fā)管片拼裝點位選取施工技術交底并進行培訓。通過進行交底培訓，讓現(xiàn)場人員了解管片構(gòu)造、楔形量控制以及管片超前量如何計算。

第二，現(xiàn)場進行管片拼裝點位選取指導，結(jié)合理論數(shù)據(jù)，確認選擇的管片是否超前或者滯后，管片安裝順序從底部標準塊開始向上拼裝相鄰塊，在隧道頂部拼裝封頂塊。

通過加強技術培訓，合理進行管片拼裝點位的選擇，糾偏后盾尾間隙均大于45mm。

4.3 選聘經(jīng)驗豐富的管片拼裝工現(xiàn)場示范

第一，加強現(xiàn)場控制，對盾構(gòu)掘進技術人員下發(fā)管片拼裝施工技術交底并進行培訓。通過進行交底培訓，讓現(xiàn)場人員熟悉管片構(gòu)造、管片拼裝的操作要求。

第二，拼裝工進行現(xiàn)場示范交底，并講述關鍵部位的把控。

管片拼裝后允許偏差相鄰管片的徑向錯臺不超過5mm，相鄰環(huán)管片的環(huán)面錯臺不超過6mm。

5 效果驗證

控制錯臺措施在第2段小曲線段實施后，共檢測點位400處，累計錯臺點位為17處，錯臺超標率為17/400=4.25%，達到驗收要求（不超過5%），但未達到當初確定的目標（4%）。第二段250m小半徑曲線錯臺超標調(diào)查表見表4。從后半段25環(huán)的錯臺超標率來看，達到4%的目標是可以實現(xiàn)的，需要進一步控制。

6 底部錯臺控制

通過對第二段250m小半徑曲線管片記錄進行分析與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)錯臺部分在成環(huán)管片的底部較多。這主要是因為未考慮雨季施工因素。通過現(xiàn)場核對試驗，將現(xiàn)場細砂的含水率調(diào)整為與雨季一致，其他配合比數(shù)據(jù)不變，實測初凝時間為10h，不符合方案要求的為6h。對此，提出以下控制措施。

計算施工配合比，合理進行含水量的調(diào)整。對每次進場的細砂進行含水量測定，通過現(xiàn)場試拌確定砂漿漿液初凝時間。

調(diào)整配合之后測定砂漿漿液。漿液初凝時間為6h，滿足方案要求的同步注漿初凝時間在4～6h。

控制錯臺措施在第3段小曲線段實施后，共檢測點位400處，累計錯臺點位為14處，錯臺超標率為14/400=3.5%，符合《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》（GB 50446—2008），且符合當初制定的質(zhì)量控制目標，實現(xiàn)了錯臺超標率4%以內(nèi)的目標（見表5）。

7 控制效果及鞏固措施

7.1 控制效果

管片拼裝質(zhì)量得到顯著改善，二次注漿費用、管片修補費用大幅降低，管片破損頻率大幅下降，平均日掘進環(huán)數(shù)增加1.5環(huán)，施工效率提高，施工進度加快，為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益（見表6）。

7.2 鞏固措施

編制《盾構(gòu)隧道施工安全質(zhì)量管理手冊》下發(fā)到現(xiàn)場管理人員和操作人員手中，結(jié)合現(xiàn)場情況，制作幻燈片，舉辦學習班，深入施工現(xiàn)場監(jiān)督指導，不斷提高施工人員素質(zhì)，保證施工質(zhì)量。

8 結(jié)論

在具體施工中，要注意：理論計算與實際操作結(jié)合，確定最大糾偏量，每次糾偏量需要保證楔形塊環(huán)面處于曲線半徑的徑向豎直面內(nèi);雨季每工作班應測定細砂含水率，通過現(xiàn)場試拌確定砂漿漿液初凝時間。

對施工成型的盾構(gòu)隧道管片拼裝質(zhì)量進行抽查，管片拼裝質(zhì)量有很大的改善，管片錯臺大于10mm的比例降低到3.5%，提高了管片拼裝質(zhì)量。

參考文獻：

[1]蒙曉蓮.大坡度小半徑線路情況對盾構(gòu)法施工開挖面穩(wěn)定性及管片受力影響的研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[2]薄帥帥.盾構(gòu)施工對管片結(jié)構(gòu)受力的影響分析[D].北京：北京交通大學，2010.