童剛強(qiáng)

（天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津300000）

地鐵盾構(gòu)入線的平曲線最小曲線半徑一般≮300 m，最大縱斷面坡度宜采用40‰，隧道覆土厚度一般≥1D（D為隧道外廓直徑），平行隧道凈距一般≥1D，不能滿足要求時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)條件、區(qū)間隧道的相互關(guān)系以及覆土厚度，選擇具備相應(yīng)施工能力的盾構(gòu)設(shè)備、合理安排施工順序、制定詳細(xì)的施工計(jì)劃才能保證工程順利實(shí)施[1]。

1 工程概況

天津地鐵10號線某區(qū)間隧道左線長351.6 m、右線長357.9 m；左線最小平曲線半徑380 m，右線最小平曲線半徑350 m，區(qū)間線間距8.5～12.4 m。區(qū)間縱斷面為斜下坡，左線縱坡坡度分別為33.925‰、6.25‰、14.5‰，區(qū)間右線縱坡分別為35‰、4.441‰、14.5‰。隧道結(jié)構(gòu)覆土厚度4.1～8.8 m，采用盾構(gòu)法施工。

成型隧道允許偏差：高程和平面±50 mm；每環(huán)相鄰管片平整度≤10 mm；縱向相鄰管片環(huán)面平整度≤15 mm；襯砌圓環(huán)直徑橢圓度≤5‰D。

區(qū)間隧道主要穿越地層為⑥1粉質(zhì)黏土、⑥3砂質(zhì)粉土及⑥4粉質(zhì)黏土，隧道上方地層主要為①1雜填土、①2雜填土及④1粉質(zhì)黏土，隧道下方地層主要為⑦1粉質(zhì)黏土、⑦2黏質(zhì)粉土及⑧1粉質(zhì)黏土。

區(qū)間隧道盾構(gòu)始發(fā)后先后下穿廢品交易市場、道路、簡易板房、單層磚砌平房及小橋涵，周邊環(huán)境相對簡單。

2 工程難點(diǎn)分析

在大坡度并小半徑曲線段，盾體沿著曲線前進(jìn)時(shí)的軌跡并不是完全與設(shè)計(jì)線路擬合的，而是呈現(xiàn)近似弧線的多段線的組合，為不規(guī)則曲線且盾首與盾尾在不同的軌跡線上[2]，盾構(gòu)姿態(tài)控制難度大。當(dāng)兩條盾構(gòu)隧道小間距、長距離并行施工時(shí)，會出現(xiàn)后行盾構(gòu)隧道對先行隧道先擠壓、后卸載的情況，引起先行隧道環(huán)向的內(nèi)力變化[3]?；诖?，本區(qū)間隧道盾構(gòu)施工主要有4個(gè)難點(diǎn)。

1）大坡度。本區(qū)間隧道縱斷面為斜下坡，最大坡度為35‰。大坡度盾構(gòu)始發(fā)施工困難，需要確保盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)趨勢與設(shè)計(jì)軸線保持一致，同時(shí)注意盾構(gòu)機(jī)與洞門鋼環(huán)、止水密封裝置的相對位置關(guān)系，避免盾構(gòu)機(jī)發(fā)生剮蹭，甚至卡頓；大坡度盾構(gòu)施工易造成管片上浮[4]，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)是通過調(diào)整各組油缸推力來控制，當(dāng)盾構(gòu)隧道坡度較大時(shí)，為防止盾構(gòu)機(jī)栽頭并滿足調(diào)整姿態(tài)需要，會增大盾構(gòu)機(jī)底部油缸推力，這將在設(shè)計(jì)軸線上產(chǎn)生向上的分力，造成管片上??；坡度對水平運(yùn)輸有影響，電瓶車容易順坡而下，發(fā)生溜車、車輪滑轉(zhuǎn)、制動困難、撞擊盾構(gòu)拼裝機(jī)等事故，對電瓶車設(shè)備動力性能、制動性能和各項(xiàng)安全措施要求高，施工風(fēng)險(xiǎn)高；大坡度盾構(gòu)施工管片拼裝質(zhì)量控制困難，千斤頂作用于管片的推力產(chǎn)生較大垂直分力，容易造成管片錯(cuò)臺、邊緣破損。大坡度盾構(gòu)施工需要頻繁糾偏，盾尾間隙不均勻，易造成管片擠壓變形。

2）淺覆土。隧道埋深小，地層荷載不足，刀盤前方土壓平衡建立困難，土倉壓力難以控制，容易造成地表沉降、竄漿或者冒頂坍塌等問題；同時(shí)盾構(gòu)機(jī)上下受力不平衡，盾構(gòu)姿態(tài)易上揚(yáng)，造成盾構(gòu)姿態(tài)控制困難。

3）小間距。本盾構(gòu)區(qū)間有約55 m長度隧道間距＜0.7D，最小間距盾構(gòu)接收段僅2.28 m。地層土體二次擾動、后行隧道盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)造成的擠壓、卸載作用對先行隧道的影響，易造成先行隧道變形，進(jìn)而引發(fā)錯(cuò)臺、破損、滲漏等質(zhì)量問題。

4）小半徑曲線。本區(qū)間隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑為350 m，對施工要求較高。由于盾構(gòu)機(jī)自身為直線形剛體，為確保盾構(gòu)隧道軸線與設(shè)計(jì)軸線吻合，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，須不停地連續(xù)糾偏，對操作人員技能、設(shè)備性能穩(wěn)定性要求高，姿態(tài)控制難度大。盾構(gòu)機(jī)要通過超挖來實(shí)現(xiàn)小曲線半徑轉(zhuǎn)彎，同時(shí)油缸存在不同壓力差與行程差，易對成型管環(huán)產(chǎn)生橫向分力，導(dǎo)致管片受力不均勻。

3 關(guān)鍵技術(shù)控制

3.1 大坡度施工

3.1.1 防管片上浮

1）在保證盾構(gòu)機(jī)不出現(xiàn)磕頭的情況下盡量減小上下油缸的推力差，防止由于下部油缸推力過大產(chǎn)生豎向分力，造成管片上浮。

2）適當(dāng)增加同步注漿量，尤其控制上部注漿量，提升管片背后的填充效果，防止管片脫出盾尾后上浮。

3）做好管片螺栓復(fù)緊。每環(huán)推進(jìn)結(jié)束后，擰緊當(dāng)環(huán)管片的全部連接螺栓并在下環(huán)推進(jìn)中在油缸推力作用下進(jìn)行復(fù)緊，克服作用于管片上的推力產(chǎn)生的垂直分力，減少管片上浮。

3.1.2 盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)保證措施

1）掘進(jìn)過程中為保證盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)，須上下分區(qū)油缸產(chǎn)生推力差，防止盾構(gòu)機(jī)栽頭，但推力差引起的向上分力會導(dǎo)致管片上浮。因此在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中應(yīng)在保證盾構(gòu)機(jī)不出現(xiàn)栽頭的前提下，盡量減小上下分區(qū)油缸推力差，從而減小向上的分力作用。

2）盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，適當(dāng)增加隧道監(jiān)測頻率，通過多次測量確保盾構(gòu)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)盾構(gòu)推進(jìn)和糾偏。

3）在大坡度地段，由于隧道內(nèi)通視條件較差，須多次設(shè)置新測量點(diǎn)和后視點(diǎn)。新的測量點(diǎn)設(shè)置后，應(yīng)嚴(yán)格加以復(fù)測，確保測量點(diǎn)的準(zhǔn)確性，防止誤測。

3.1.3 盾構(gòu)施工安全保證措施

本區(qū)間隧道縱斷面為一字下坡，左線始發(fā)階段坡度達(dá)到33.925‰，施工過程中存在電瓶車溜車安全隱患。為確保隧道內(nèi)水平運(yùn)輸安全，對電瓶車各部件增設(shè)鋼絲繩，電瓶車車頭前端設(shè)置螳螂鉤，盾構(gòu)機(jī)1號臺車設(shè)置車擋，電瓶車配置防溜車。

3.2 淺覆土施工

3.2.1 盾構(gòu)掘進(jìn)土壓設(shè)定

考慮淺覆土軟弱地層的敏感性，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中切口壓力設(shè)定不宜過大，防止擊穿覆土，切口壓力在水土壓力基礎(chǔ)上增加10～20 kPa。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中應(yīng)保持切口壓力穩(wěn)定，波動范圍控制在±5 kPa。

3.2.2 注漿控制

注漿效果對控制沉降極為關(guān)鍵，針對淺覆土段，除常規(guī)的同步注漿外，隨盾構(gòu)掘進(jìn)二次補(bǔ)充注漿。每環(huán)一個(gè)吊裝孔位管片進(jìn)行補(bǔ)漿，每隔10環(huán)進(jìn)行一次整環(huán)注漿形成止水環(huán)，二次補(bǔ)充注漿漿液初凝時(shí)間宜控制在13～15 s。注漿壓力宜略大于對應(yīng)地層位置靜止水土壓力，控制在0.2～0.3 MPa。

3.2.3 掘進(jìn)速度

淺覆土段盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制在20～30 mm/min，以勻速為宜，避免對土體造成過大擾動。

3.3 小間距施工

3.3.1 先行隧道內(nèi)注漿加固

在先行隧道（左線）右側(cè)90°范圍內(nèi)利用管片吊裝孔向土體中打入長1.5 m，φ48 mm×3.0 mm鋼花管進(jìn)行注漿加固，達(dá)到改良硬化土質(zhì)，減少對周邊地層擾動的目的。見圖1。

圖1 小間距段地層注漿加固

加固采用水泥-水玻璃雙液漿，初凝時(shí)間控制在60 s，壓力控制在0.15 MPa左右。為確保土體加固質(zhì)量，采用以下控制措施：

1）同一孔內(nèi)采用從外到內(nèi)的注漿方式分層注漿，每次拔管長度150～200 mm；

2）同一管片內(nèi)不同注漿孔應(yīng)保持對稱平衡注漿；

3）隧道縱向隔環(huán)跳注，每環(huán)一次施工1～2孔。

3.3.2 后行隧道推進(jìn)控制

后行隧道施工對先行隧道的主要影響有擠壓和單側(cè)卸載，擠壓作用包括盾構(gòu)推進(jìn)產(chǎn)生的壓力和注漿壓力。為避免對先行隧道產(chǎn)生影響，采取了如下措施：

1）合理設(shè)置土壓力，根據(jù)覆土厚度和水文地質(zhì)條件，土倉壓力控制在0.1 MPa左右，出土量控制在42 m3以內(nèi)；

2）盾構(gòu)掘進(jìn)過程加強(qiáng)同步注漿，及時(shí)進(jìn)行二次注漿，注漿壓力控制在0.3 MPa以內(nèi)；

3）降低推進(jìn)速度，控制在10～20 mm/min；

4）嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，偏差控制在±20 mm，盡量避免糾偏。

3.4 小半徑曲線施工及曲線接收

小半徑曲線盾構(gòu)掘進(jìn)對鉸接裝備、仿形刀要求高，始發(fā)前繪制好管片拼裝點(diǎn)位圖，編排好管片理論排環(huán)表[5]。

1）加強(qiáng)對盾構(gòu)推進(jìn)軸線的控制。由于曲線推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)環(huán)環(huán)都在糾偏，須做到“勤測勤糾”，每次的糾偏量盡量小，以保證形管片的環(huán)面始終處于曲率半徑的豎直面內(nèi)；控制管片的位移量和環(huán)面的平整度，以減少位移和管片碎裂現(xiàn)象的發(fā)生，從而達(dá)到有效控制軸線和地層變形的目的。

2）為確保盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)出土量，同時(shí)根據(jù)地面監(jiān)測情況合理調(diào)整出土量。

3）嚴(yán)格居中拼裝，從而使管片處于較理想狀態(tài)，確保拼裝質(zhì)量及推進(jìn)軸線控制在規(guī)范要求范圍之內(nèi)。

4）隧道貫通前應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的控制，以使盾構(gòu)機(jī)擁有良好的到達(dá)姿態(tài)，準(zhǔn)確就位在盾構(gòu)接收基座上。在最后50環(huán)推進(jìn)時(shí)，增加人工測量的次數(shù)，及時(shí)修正盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向，使盾構(gòu)機(jī)保持準(zhǔn)確的出洞姿態(tài)。

5）未能達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，應(yīng)啟用超挖刀進(jìn)行超挖糾偏[6]。

4 盾構(gòu)施工參數(shù)

首先根據(jù)本區(qū)間的水文地質(zhì)條件、覆土厚度以及盾構(gòu)機(jī)特性等情況計(jì)算出盾構(gòu)的理論掘進(jìn)參數(shù)，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果，參照天津地區(qū)以往工程經(jīng)驗(yàn)初步擬定盾構(gòu)初始掘進(jìn)參數(shù)，施工過程中再進(jìn)行調(diào)整，以保證盾構(gòu)掘進(jìn)正常，姿態(tài)與設(shè)計(jì)相符，盾構(gòu)施工穩(wěn)定后的參數(shù)見表1。

表1 盾構(gòu)施工參數(shù)

5 結(jié)論

1）盾構(gòu)施工應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、線形設(shè)計(jì)、覆土厚度以及周邊環(huán)境等情況進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)選型并制定有針對性的技術(shù)方案。

2）淺覆土及小間距地段盾構(gòu)施工應(yīng)控制速度，勻速推進(jìn)，減小對周邊地層及先行隧道的影響。

3）大坡度及小半徑曲線地段盾構(gòu)施工應(yīng)做到“勤測勤糾、多次微糾”，嚴(yán)禁“猛糾”，嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)。

4）施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制同步注漿及二次注漿，結(jié)合監(jiān)測情況，少量多次補(bǔ)漿。