田志龍

摘 要：在小曲線過飽和軟黃土盾構(gòu)施工時，控制地表沉降與成型隧道質(zhì)量是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵。飽和軟黃土由于長期處于飽和狀態(tài)，多成軟塑和流塑，承載力底，壓縮性較高，為軟弱地層，出現(xiàn)地面不均勻沉降和建構(gòu)筑物沉降破壞等問題。而且由于曲線的半徑過小，盾構(gòu)作用于管片后座的側(cè)向分力很容易使成環(huán)管片外移，產(chǎn)生管片環(huán)的高差，同時已建成的隧道在盾構(gòu)機(jī)的推力作用下，極易產(chǎn)生偏移，軸線控制難度較大。

關(guān)鍵詞：飽和軟黃土;軟弱地層;小半徑曲線;大坡度;盾構(gòu)法施工

盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機(jī)為隧道掘進(jìn)設(shè)備，以盾構(gòu)機(jī)的盾殼作支護(hù)，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，以開挖面上拼裝預(yù)制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。盾構(gòu)法下穿飽和軟黃土地層的地表沉降控制成為一大難題;且需在下穿飽和軟黃土地層同時通過小半徑曲線大坡道隧道;小半徑曲線地段的軸線控制難度較大，同時管片向外側(cè)扭曲而擠壓地層使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復(fù)雜的影響。

工藝特點：（1）滿足盾構(gòu)法過飽和軟黃土地層地表沉降控制（2）可保證盾構(gòu)法施工隧道成型質(zhì)量。

適用范圍：（1）對于小半徑曲線大坡度地段有利于減少管片的碎裂和隧道的整體防水（2）可有效控制飽和軟黃土地區(qū)地表沉降或隆起，避免地面建構(gòu)筑物破壞。（3）用于地面建構(gòu)筑物安全及成型隧道質(zhì)量要求較高處。

一、工程概況

區(qū)間隧道為小半徑曲線大坡度，并處在覆土較厚的飽和軟黃土地層中，管片采用1.5m管片，施工人員如不能很好地控制，將造成盾構(gòu)機(jī)與管片之間卡殼、管片碎裂、錯臺、滲漏水、地表沉降嚴(yán)重等問題。由于曲線的半徑過小且飽和軟黃土可塑性較差，盾構(gòu)作用于管片后座的側(cè)向分力很容易使成環(huán)管片外移，產(chǎn)生管片環(huán)的高差，同時已建成的隧道在盾構(gòu)的推力作用下，極易產(chǎn)生偏移，軸線控制難度較大，地表沉降難以控制。

（一）設(shè)備選型

盾構(gòu)穿越小曲線，使用小松盾構(gòu)機(jī);小松盾構(gòu)機(jī)采用的是主動鉸接，對于小半徑曲線糾偏有較好的控制，同時確保鉸接密封不出現(xiàn)滲漏等情況。對刀盤配備的2把超挖刀進(jìn)行了更換，確保在小半徑段推進(jìn)時對隧道線性的擬合度。

盾構(gòu)穿越飽和軟黃土，該地層有變形過大、不均勻沉降、厚度可變的特性，施工時自承能力差，不易穩(wěn)定，當(dāng)盾構(gòu)穿越該地層含水量較大時，易發(fā)生涌水涌泥，對盾構(gòu)機(jī)螺旋、對閘門密封、密封刷，同步注漿機(jī)、同步注漿壓力傳感器及流量計和氣動閥進(jìn)行全面檢查，完全確保盾構(gòu)機(jī)在穿越飽和軟黃土安全有效的通過。

（二）主要考慮因素及措施

本工程主要考慮兩個因素：（1）小曲線大坡度軸線控制難度大。線路曲線段最小半徑為R=350m，軸線控制難度較大，同時管片向外側(cè)扭曲而擠壓地層使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復(fù)雜的影響。（2）盾構(gòu)穿越飽和軟黃土地層沉降控制難度大。隧道上方為城市主干道，沉降控制要求高，地表沉降控制值-30mm，沉降速率控制值2mm/d。

措施：選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)，制定合理的監(jiān)測方案。

二、施工工藝流程及施工方法

（一）管片選擇與拼裝

在盾構(gòu)法施工中，管片的選型和安裝好壞直接影響著隧道的質(zhì)量和使用壽命。就盾構(gòu)管片選型和安裝技術(shù)做總結(jié)分析。

右線經(jīng)計算從第65環(huán)進(jìn)入圓緩曲線，其R350m的小曲線上共計220環(huán)管片。根據(jù)公式：36.2/6000=L/350? ? ? ? ?L=2.112

由此得出轉(zhuǎn)彎環(huán)：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)=2.112：1，因此在推進(jìn)過程中每2環(huán)核查一次楔形量。

利用每一環(huán)的理論楔形量指導(dǎo)推進(jìn)（1.5/350=X/6000? ? ?X=25.7mm）。

推進(jìn)前后左右行程差變化量為25.7mm。

左線經(jīng)計算從第22環(huán)進(jìn)入圓緩曲線，其R350m的小曲線上共計222環(huán)管片。根據(jù)公式：36.2/6000=L/350? ? ? ? ?L=2.112

由此得出轉(zhuǎn)彎環(huán)：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)=2.112：1，因此在推進(jìn)過程中每2環(huán)核查一次楔形量。

利用每一環(huán)的理論楔形量指導(dǎo)推進(jìn)（1.5/350=X/6000? ? ?X=25.7mm）。

（二）管片拼裝舉例

（1）左側(cè)油缸行程300mm，右側(cè)油缸行程280mm。左右鉸接度數(shù)=0°，推進(jìn)前左右行程差為20mm。

（2）推進(jìn)完成后左右油缸行程差為40mm，即變化20mm。左側(cè)油缸行程1840mm，右側(cè)油缸行程1800mm。

（3）檢測盾尾間隙是否均勻，在間隙均勻的情況下選擇右轉(zhuǎn)環(huán)拼1點，由此左超36.2mm，上超1.8mm。

（4）拼完之后油缸行程：左側(cè)303.8mm，右側(cè)300mm，行程差3.8mm。

（三）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，管片在承受側(cè)向壓力后將向弧線外側(cè)偏移。特別在飽和軟黃土地層，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不易控制。為了使隧道軸線最終偏差控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，盾構(gòu)掘進(jìn)時考慮給隧道預(yù)留一定的偏移量，將盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)水平姿態(tài)控制在圓曲線內(nèi)，確保曲線段施工的推進(jìn)軸線控制，減少管片外弧碎裂、控制管片偏移量及地表沉降量符合要求。

在曲線上掘進(jìn)時，以盾構(gòu)機(jī)長度8.68m作割線，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)水平趨向按照割線進(jìn)行控制。使整個盾構(gòu)機(jī)沿著曲線內(nèi)弧面前進(jìn)，縮小盾構(gòu)機(jī)軸線與隧道中心線之間的夾角。必要時，開啟水平鉸接，使盾構(gòu)機(jī)更好地擬合曲線前進(jìn)。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)行糾偏時，宜慢不宜急，防止盾構(gòu)機(jī)蛇行量過大，一般每環(huán)糾偏量不宜超過5mm。為避免盾構(gòu)掘進(jìn)“急糾”，盾構(gòu)掘進(jìn)時，考慮給隧道預(yù)留一定的偏移量，將盾構(gòu)機(jī)沿曲線的割線方向掘進(jìn)，管片拼裝時軸線位于弧線的內(nèi)側(cè)，以使管片出盾尾后受側(cè)向分力向弧線外側(cè)偏移時留有預(yù)偏量。

（四）管片背后注漿

理論注漿量：

根據(jù)刀盤開挖直徑和管片外徑，可以按下式計算出一環(huán)管片的注漿量。

V=π/4×K×L×（D2-D22）式中：

V —— 一環(huán)注漿量（m3）

L —— 環(huán)寬（m）

D1—— 開挖直徑（m）

D2—— 管片外徑（m）

K—— 擴(kuò)大系數(shù)取1.5～2

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，可得：

標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)：V=π/4×（1.7）×1.5（38-36）=4.2m3

理論注漿量：V=4.2 m3

由于注漿量飽和，因此管片不易發(fā)生偏移錯臺、滲漏水及地表沉降現(xiàn)象。

小曲線半徑、大坡度掘進(jìn)時控制參數(shù)表

掘進(jìn)速度mm/min 推力（kN） 扭距（kN·m） 刀盤轉(zhuǎn)速（r/min） 土倉壓力（bar）

20～30 8000～12000 1800～2500 1.0～1.4 1.7～1.9

（五）掘進(jìn)過程管控

（1）加強(qiáng)螺栓復(fù)緊

每環(huán)推進(jìn)結(jié)束后，必須對當(dāng)前管片連接螺栓進(jìn)行復(fù)緊，并在下環(huán)推進(jìn)過程中再復(fù)緊一次，克服作用于管片上的推力所產(chǎn)生的垂直分力，減少成型隧道上浮，每掘進(jìn)3環(huán)對拖出盾尾的管片進(jìn)行一次復(fù)緊。此過程由班組長監(jiān)督落實，并將螺栓復(fù)緊情況做好記錄。

（2）加強(qiáng)監(jiān)測頻率

在小半徑大坡度曲線飽和軟黃土地層段推進(jìn)時，適當(dāng)增加隧道測量的頻率，應(yīng)通過多次測量來確保盾構(gòu)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時也可以通過測量數(shù)據(jù)來反饋盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)和糾偏。因此，太～興區(qū)間隧道監(jiān)測約25環(huán)移站一次，每10環(huán)監(jiān)測盾構(gòu)成型隧道姿態(tài)。

（3）嚴(yán)格控制推進(jìn)速度

推進(jìn)時速度控制在2～3cm/min，既可以避免因推力過大而引起的側(cè)向壓力的增大，又能減少盾構(gòu)推進(jìn)過程中對周圍土體的擾動。

（4）嚴(yán)格控制土倉壓力

盾構(gòu)在推進(jìn)過程中土倉壓力，上部壓力控制在0.12Mpa，下部壓力控制在0.15Mpa，為防止過量超挖、欠挖，盡量減少土倉壓力的波動，其波動值控制在0.02Mpa。

（5）盾尾間隙控制

小半徑曲線段內(nèi)的管片拼裝至關(guān)重要，而影響管片拼裝質(zhì)量的一個關(guān)鍵問題盾尾間隙。合理的盾尾間隙既便于管片拼裝，也便于盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行糾偏。因此，盾構(gòu)機(jī)司機(jī)在掘進(jìn)前，掘進(jìn)后，拼裝前、拼裝后分別進(jìn)行盾尾間隙量測、對比，便于及時進(jìn)行合理調(diào)整，并將數(shù)據(jù)做好記錄。

三、應(yīng)運實例

西安地鐵五號線太乙路站～興慶路站區(qū)間隧道埋深約9m～26m，區(qū)間最大平曲線半徑為1500m，最小平曲線為350m，最大坡度為（上坡）28.5‰，最小坡度為（下坡）2‰;區(qū)間穿越大厚度飽和軟黃土;本區(qū)間現(xiàn)已安全、順利貫通，盾構(gòu)區(qū)間質(zhì)量及地表沉降均符合要求。

四、結(jié)語

本工程采用盾構(gòu)法穿越小曲線大坡度飽和軟黃土地層，線路上方為城市主干道，線路曲線半徑小、坡度大、地層不穩(wěn)，線路兩側(cè)建筑物眾多。通過嚴(yán)格控制管片選型、管片拼裝、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，加強(qiáng)施工監(jiān)測等手段，能實現(xiàn)穿越過程中地表沉降、建筑物沉降均受控、隧道中心線符合要求、管片拼裝質(zhì)量好、無滲漏水的目標(biāo)。