廖龍君，蘇洪林，王業(yè)鑫，李 圍

(1中國水利水電 第七工程局有限公司，四川 成都 610213；2上海同隧土木工程技術有限公司，上海 浦東 201306)

0 引言

隨著我國城市地鐵的發(fā)展，出現(xiàn)了不同的地質條件和運營速度，導致了區(qū)間隧道斷面大小不同，具有代表性的有外徑6.2 m和6.0 m兩種。隨著運營速度的增加，管片外徑也在增加，出現(xiàn)了6.6 m～8.3 m等多種形式。然而，我國大部分施工企業(yè)均承建了多種斷面的城市地鐵區(qū)間盾構隧道，導致了盾構設備不能通用的問題。對于管片外徑相近的情況，如6.0 m、6.2 m和6.6 m，可以通過盾構直徑擴大的方法提高盾構的應用范圍。朱中意介紹了區(qū)間隧道直徑由原來的6.2 m調整為6.6 m時盾構機小幅擴徑改造設計方案，并分析了改造關鍵技術和經濟效益[1]。

然而，改造后的盾構機用于現(xiàn)場掘進的效果是否達到預期目標，特別對于盾構機改造前后其掘進的區(qū)間隧道的地質條件差異明顯的情況，需要進行現(xiàn)場掘進試驗，在檢驗盾構機改造的效果基礎上，給出掘進參數(shù)。關于城市地鐵區(qū)間隧道盾構掘進參數(shù)的研究比較多，如魏新江等人通過對杭州地鐵1號線盾構隧道施工進行現(xiàn)場監(jiān)測，進行了土壓平衡盾構掘進參數(shù)關系及其對地層位移的影響分析[2]。孟德鑫以深圳地鐵11號線南山站—前海灣站區(qū)間、車公廟—紅樹灣區(qū)間為對象，對比分析了在礫質黏性土和全風化花崗石兩種地層中不同掘進參數(shù)的效果[3]。路平等人結合天津地鐵建國道站—天津站區(qū)間盾構掘進參數(shù)進行了統(tǒng)計分析，提出了優(yōu)化控制措施[4]。關于盾構機直徑改造后掘進參數(shù)現(xiàn)場試驗的文獻很少，僅有孟建喬就小松盾構機擴徑改造后提出了盾構機施工注意事項[5]。

中國水利水電第七工程局有限公司承建的福州地鐵六號線土建三標一工區(qū)濱海新城站—蓮花站區(qū)間隧道管片外徑6.2 m，要求盾構外徑為6.48 m，采用了深圳地鐵7號線桃深區(qū)間海瑞克盾構S812，其外徑僅為6.28 m，需要進行擴徑改造。本文就擴徑后的盾構機進行了現(xiàn)場100環(huán)掘進試驗，分析了掘進參數(shù)土壓力、刀盤扭矩及其轉速、總推力、掘進速度、出土量和同步注漿量，給出了建議值，為今后類似工程提供技術參考。

1 工程概況

濱海新城站—蓮花站區(qū)間線路大致呈東-西走向，起點里程XK28+396.144、終點里程XK27+205.183，全長1190 m左右。線路縱斷面大體呈“V”字坡，于SK27+800.933(XK27+800.933)設置一座聯(lián)絡通道及泵站。區(qū)間左右線線間距14 m，盾構機由濱海新城站始發(fā)、蓮花站接收。該區(qū)間隧道覆土6.81(蓮花站端頭)～14.51 m(聯(lián)絡通道處)，始發(fā)端頭處覆土約7.36 m。區(qū)間隧道主要穿越地層為軟土(淤泥、淤泥質土)、含泥細中砂、砂質粘性土，如圖1所示。地表情況較單一，主要為農田、池塘。施工影響范圍內無重要建筑物，無地下管線情況。

圖1 右線隧道地質縱斷面圖

該區(qū)間地表水體發(fā)育，分布少量小河涌，小河涌寬度10～30 m不等，水深1.00～4.00 m不等。小河涌未采用防滲措施，地表水體無明顯水質污染，地表水受潮汐影響不明顯。地下水穩(wěn)定水位埋深為0.00～1.89 m，水位年變化幅度為1.0～1.5 m。

2 盾構掘進參數(shù)試驗分析

2018年3月4日進行了盾構始發(fā)，3月4日至3月18日完成了盾構負環(huán)掘進拼裝，3月18日至4月7日完成了盾構掘進100環(huán)試驗。在試驗段掘進過程中，動態(tài)跟蹤優(yōu)化了盾構掘進參數(shù)，包括土壓力、刀盤扭矩及其轉速、總推力、掘進速度、出土量和同步注漿量。

2.1 盾構機總推力

盾構機總推力變化如圖2所示，其中：前10環(huán)在加固區(qū)內掘進，推力控制在900 tF(噸力，為10 kN)以內；11～60環(huán)在含泥中細沙中掘進推力控制在800～1500 tF范圍；61～73環(huán)隧道范圍內在上部含泥中細沙下部有約1 m厚的淤泥質土掘進時推力控制在1100～1400 tF之間；74～100環(huán)在含泥細中砂中掘進推力控制在1000～1500 tF范圍。整體推力變化比較平穩(wěn)，在推進過程中盾構機的姿態(tài)調整有一定波動。

圖2 總推力變化圖

2.2 刀盤扭矩及刀盤轉速

始發(fā)階段刀盤轉速較低，控制在1 rpm，正常掘進后，根據(jù)推進速度逐步調整至0.9～1.3 rpm，扭矩整體平穩(wěn)，前100環(huán)全斷面含泥中細沙中掘進，刀盤扭矩在500～1600 kN·m之間，其變化過程如圖3所示。

圖3 刀盤扭矩變化圖

2.3 掘進速度

盾構掘進速度變化過程如圖4所示，進洞時處于全斷面的含泥中細砂地層，1～5環(huán)速度控制在30 mm/min以內，6～90環(huán)地層仍處于全斷面含泥中細砂中掘進速度控制在30～60 mm/min之內，80～100環(huán)時滾動角參數(shù)出現(xiàn)異常，為了矯正滾動角掘進速度降低至30 mm/min之內。

圖4 掘進速度變化圖

2.4 土壓力

盾構掘進出加固區(qū)后區(qū)間隧道的埋深為9.74～13.24 m，為淺埋隧道，土壓力P=k0rh=0.493*18.9*(9.74～13.24)=0.9～1.23 bar。在初始掘進時，嚴格按照理論土壓值進行設定，在施工過程中根據(jù)地層沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調整、優(yōu)化土壓的設定值。由于地表沉降量比較大，故在掘進過程中實際是采用略高于理論土壓值方式掘進，如圖5所示。

圖5 土壓力變化圖

2.5 出土量

每環(huán)理論出渣量為：

(π·D2)L/4=(π×6.482)×1.2÷4 =39.5 m3

式中：D-刀盤開完直徑；L-管片幅寬。含泥細中砂松散系數(shù)取1.2，故每環(huán)出土量約為47.4 m3。盾構推進出渣量控制在98%～102%之間，即46.5 ～48.3 m3/環(huán)之內。通過前100環(huán)出土情況統(tǒng)計分析，如圖6所示，每環(huán)出土量平均值為45方，略低于理論值。

圖6 出土量變化圖

2.6 同步注漿量

同步注漿是盾構施工的重要工序，注漿飽滿、均勻是控制地表沉降的有力保證。理論注漿量：

Q=V·λ=(6.482-6.22)×3.14×1.2×(150%～200%)/4=5.17～6.69 m3

λ為注漿率，取150%～200%，V為盾構施工引起的空隙。同步注漿變化情況如圖7所示，注漿總量控制在4～7 m3。

圖7 同步注漿量變化圖

3 現(xiàn)場監(jiān)測分析

在盾構掘進過程中進行了地表沉降監(jiān)測，截至2018年4月7日濱海新城站—蓮花站區(qū)間隧道右線掘進引起的地表沉降變化如圖8所示。隨著盾構掘進的進行地表沉降逐漸增大，累計沉降量最大值為-166.29 mm，超過了沉降控制值-30 mm(城市道路的沉降控制值)，其單日變化最大量為-26.12 mm。由于濱海新城站—蓮花站區(qū)間隧道穿越的地方主要為農田和魚塘，較大的沉降量不會引起太大的安全問題，但也必須控制沉降量。故通過調整掘進參數(shù)來減小地表沉降量，得出的掘進參數(shù)總推力800～1600 tF、刀盤扭矩1000～1600 kN·m、刀盤轉速為1.0 rpm左右、掘進速度50 mm/min左右、土壓力1.2～1.4 bar、出土量45方左右、同步注漿量5～7 m3。采用調整后的盾構掘進參數(shù)后，地面沉降已經趨于穩(wěn)定。

圖8 地表沉降變化圖

4 結束語

本文依托福州地鐵六號線濱海新城站—蓮花站區(qū)間隧道工程，經對擴徑后的盾構機現(xiàn)場100環(huán)掘進試驗分析，結果表明深圳地鐵用土壓平衡盾構擴徑后用于福州地鐵是可行的，掘進參數(shù)的建議值為：總推力800～1600 tF、刀盤扭矩1000～1600 kN·m、刀盤轉速為1.0 rpm左右、掘進速度50 mm/min左右、土壓力1.2～1.4 bar、出土量45方左右、同步注漿量5～7 m3，為類似工程提供參考。