肖 亮

浙江金禹建設工程有限公司 浙江杭州 310000

地下空間開發(fā)，地鐵工程建設成為恢復并提升城市功能的發(fā)展方向。地下軌道建設，單線區(qū)間隧道連貫長度閾值為600m，超出閾值需要建設消防疏散通道、深隧排水通道等附加設施，會造成通道體量過于龐大[1]。盾構(gòu)法技術(shù)對聯(lián)絡通道結(jié)構(gòu)進行簡化，于兩條隧道間鋪設額外通道，發(fā)揮排水、防火及疏散作用的同時，提高救援活動效率，有“逃生通道”之稱。

1 聯(lián)絡通道盾構(gòu)法建造技術(shù)的概括及原理

1.1 聯(lián)絡通道盾構(gòu)法技術(shù)概括

盾構(gòu)法建設需要完整的隧道構(gòu)架基礎，需在兩條主要隧道通洞后于內(nèi)部進行施工，一般采用礦山法暗挖施工，噴錨構(gòu)筑法[2]。盾構(gòu)法的施工規(guī)劃設計方案包括主機、后配套系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)，輔助掘進機施工及洞內(nèi)運輸。

1.2 聯(lián)絡通道盾構(gòu)法技術(shù)原理

土壓平衡盾構(gòu)法是盾構(gòu)法技術(shù)的基本原理，利用全斷面切削刀盤，切削正面土體并儲存到刀盤后的儲藏封閉倉，封閉倉除貯藏土體外，還起到保持倉內(nèi)壓力與開挖面壓力的平衡作用。

盾構(gòu)機刀盤切削區(qū)結(jié)構(gòu)按照力重分布的平衡與補償采用自適應快速支撐體系，以適應隧道作業(yè)空間狹小及設備集成、性能變化的需求，可以快速轉(zhuǎn)換受力體系[3]。

2 聯(lián)絡通道盾構(gòu)法建造的關(guān)鍵技術(shù)及應用

2.1 用于高強度弧形混凝土管片切削的刀盤系統(tǒng)

與普通常規(guī)盾構(gòu)刀盤的結(jié)構(gòu)不同，聯(lián)絡通道掘進機的刀盤為錐形結(jié)構(gòu)，使刀盤錐度與主隧道管片內(nèi)徑達成一致。在操作初期，掌子面先行對中心道具進行切削，隨后隨著主機挖掘不斷向四周擴張。這樣的設計有效降低掘進機在挖掘初期因缺乏土體包裹狀態(tài)的保護形成的強烈機體振動，大幅提高始發(fā)姿態(tài)控制能力，如圖1 所示。同時，接收端的設備同樣需要特殊調(diào)整，為保證接收時掘進機的位置正確，減輕設備偏移，接收端的管片幅度需要與刀盤幅度呈現(xiàn)相反方向，并且對中心刀具反向錐形的特殊設計中，也需要保證其錐度與接收管片的外部直徑達成一致，以保護掘進機機體的穩(wěn)定性[4]。

圖1 錐形刀盤與中心刀盤設計

此外，聯(lián)絡通道盾構(gòu)法建設所用的刀盤設計，除了具備高強度混凝土切削工作所需的質(zhì)量，還要擁有較大的開口率，用于保證軟土地層環(huán)境下挖掘出的渣土流動性。根據(jù)地層土質(zhì)的差異，盾構(gòu)法建設的刀具分為滾刀與撕裂刀。通過模擬試驗顯示，滾刀的切削效果大于撕裂刀且需求的切削扭矩更低。錐形刀盤的特殊設計對掘進機主機的穩(wěn)定性維護效果更加顯著。

2.2 對聯(lián)絡通道的密封系統(tǒng)技術(shù)

地層穩(wěn)定與滲透水是地下隧道挖掘作業(yè)的重要問題，門洞被破除后，洞門的結(jié)構(gòu)設施必須具備抵抗地下水壓力的能力，防止富水軟弱地層環(huán)境下的泥水流失，導致地面坍塌。盾構(gòu)法修建技術(shù)采用半套筒始發(fā)及全套筒接收相結(jié)合的方法，通過半套筒尾部密封刷與盾尾密封刷轉(zhuǎn)換技術(shù)，在始發(fā)與接收的過程皆為封閉狀態(tài)，完成挖掘隧道的全密封要求，保證作業(yè)場地的穩(wěn)定性。在對套筒及尾刷密封壓力的檢測中，一般采用打壓試驗進行測量，如圖2 所示[5]。

圖2 封閉型進出洞套筒及密封性構(gòu)造示意圖

2.3“弱加固”、強支護的支撐系統(tǒng)

整個地下挖掘工程的主要力體承受關(guān)鍵在于主隧道的管片結(jié)構(gòu)完整度。在聯(lián)通隧道的作業(yè)過程中，刀盤對管片結(jié)構(gòu)的切削會大幅降低受理體系的承重能力。因此，在切削作業(yè)進行的同時，工程的受力結(jié)構(gòu)需要不斷調(diào)整，直至工程結(jié)束新的受理體系形成。

2.3.1“弱加固”支撐技術(shù)

相異于隧道結(jié)構(gòu)加固方法的凍結(jié)法及全斷面加固法，“弱加固”技術(shù)的核心在于通過止水注漿材料及配比試驗等局部注漿，對主隧道壁后、始發(fā)前洞門深孔、掘進中管片壁后進行注漿微加固及負環(huán)拆除前洞門止水注漿的交叉型加固[6]。此外，不同進程及部位的“弱加固”方法及具體作用也不盡相同，在對主隧道壁后的加固作業(yè)中，所用材料為雙液漿配比，通過對土體擾動縫隙及收縮空隙的填充，達到隧道整體受力能力的加強；與之相反，單液漿配比注漿的方法應用于洞門深孔的微加固作業(yè)，對洞門周邊的土體進行加固；挖掘過程中對管片壁后的注漿方式采用盾構(gòu)法技術(shù)中的同步注漿，選用單液漿配比；拆除負環(huán)前洞門止水注漿通過洞門兩環(huán)鋼片上的球形閥門注漿頭與主隧道注漿孔形成的交叉結(jié)構(gòu)，通過特殊配置的超細水泥雙漿液的注漿效果，達成對主隧道與聯(lián)絡接口的防滲水作用。

2.3.2“強支護”支撐技術(shù)

刀盤切削在施工推進時，主隧道需要提供一個反向作用力。鋼混復合管片設計被應用于主隧道的洞門位置結(jié)構(gòu)中，且通過深切口焊縫的方式將鋼結(jié)構(gòu)中的環(huán)縫及縱縫連成整體，達到對主隧道整體抗變形能力的提升。為了保證主隧道穩(wěn)定的提供掘進反力以保證整體結(jié)構(gòu)的安全，科研人員設計了隧道內(nèi)支撐系統(tǒng)，其主要發(fā)揮作用一方面為對洞門附近管片的支撐加強，另一方面實現(xiàn)對反力的監(jiān)控收集，分析主隧道整體的受力狀況，確保整體工程的安全性。

2.4 環(huán)框梁施工技術(shù)

管片切削及注漿加固工作完成后，需要對管片與環(huán)框梁接觸面進行清理，保證設備后續(xù)的工作能力。環(huán)框梁周圍管片采用化學植筋方式，與管片連接縫處通過黏結(jié)劑粘貼兜繞成環(huán)的遇水膨脹橡膠條和設置預埋注漿管。在粘貼前需要對管片進行清潔，止水帶與管片間不能存在空隙，在固定好的橡膠條后通過金屬件固定、環(huán)繞成圈的方式在管片上設置注漿管[7]。

3 盾構(gòu)法建設技術(shù)優(yōu)化方向

3.1 優(yōu)化導向系統(tǒng)配置及方法

盾構(gòu)法聯(lián)絡通道與主隧道間呈現(xiàn)“T”字形結(jié)構(gòu)，施工空間相對狹小。因此，地鐵導向系統(tǒng)全站儀需安裝于后支撐系統(tǒng)上，由于反作用力的影響，導向系統(tǒng)會逐漸發(fā)生偏移導致導向精度不高，需要人工對站點進行檢測。根據(jù)盾構(gòu)法聯(lián)絡通道的特殊性，科研人員擬定研發(fā)新型導向系統(tǒng)，核心技術(shù)包括：全自動全站儀、盾構(gòu)機、激光靶、計算機智能調(diào)控、定向棱鏡等。其中，全站儀、激光靶及定向棱鏡分別安裝于盾構(gòu)機的后撐體系、盾構(gòu)機內(nèi)及穩(wěn)定管片內(nèi)壁上。其導向過程分為以下幾個步驟：

（1）計算機網(wǎng)絡通過中央控制箱對掘進中的盾構(gòu)機進行定位，再對新增定向棱鏡和盾構(gòu)機上激光棒的方位角及三維坐標進行測量。（2）計算機輸入信號端在接收到全站儀的無線電信號后，在對測量的數(shù)據(jù)分析中，先對新增三棱鏡的三維坐標與原坐標進行對比，計算出兩個坐標間的較差。在較差小于限差的情況下，通過計算得出目前盾構(gòu)機與設計軸線之間的偏差。（3）由于全站儀部署在盾構(gòu)機的后支撐系統(tǒng)上，掘進中的震動會使得支撐系統(tǒng)發(fā)生偏移，從而造成限差值的產(chǎn)生。當測量出的坐標與原坐標間的限差超過限值時，計算機中央控制箱的全站儀會對兩個定性棱鏡進行全面檢測，并將測量出的距離、高差及夾角等數(shù)據(jù)反饋給中央系統(tǒng)，在既定程序的計算下得出測站點的最新坐標，并持續(xù)更新。（4）更新后的姿態(tài)較差將作為核減步驟的最終參考值，在盾構(gòu)機最新的姿態(tài)較差與原本數(shù)值相差過大而超過限差時，計算機會自動發(fā)出報警系統(tǒng)并呈現(xiàn)信息，引導工程人員進行復核查驗并做出調(diào)整。

3.2 優(yōu)化洞內(nèi)運輸系統(tǒng)

進行隧道挖掘工作的機械設備普遍具有較大的質(zhì)量及體積，通常情況下，一臺重型挖土機械就要占據(jù)洞內(nèi)大部分的空間，臺車的總體質(zhì)量可以達到180t，這對洞內(nèi)的運輸工作造成較大的阻礙及負擔。盾構(gòu)法建設技術(shù)出于對隧道荷載的考慮，采取雙軌軌枕的設計，以將重型機械設備的整體荷載進行分散，減少隧道的運輸壓力，保證洞內(nèi)運輸系統(tǒng)的正常運行。隧道內(nèi)的軌道鋪設4 軌，軌枕之間的距離保持在0.6m，內(nèi)側(cè)軌距不大于0.9m，以供電力車的運行；盾構(gòu)機械的臺車使用的是鋼輪配置，其本身沒有動力系統(tǒng)，出行需要電力車的拖行，根據(jù)臺車軌距的標準，隧道內(nèi)軌道的外側(cè)軌距保持在1.3m。

3.3 優(yōu)化挖掘渣土運出方式

聯(lián)絡通道施工場地在布置了掘進主機、螺旋機等設備后，沒有多余空間布置出土機器。目前盾構(gòu)法建設施工，通過軟管連接掘進機出土口與小型渣土斗進行渣土運輸。這種工作方式在每次施工時需要停頓2～3 次用于軟管清理，難以實現(xiàn)持續(xù)工作，效率較為低下。

3.4 智能化調(diào)控系統(tǒng)提升

數(shù)字化與信息化的技術(shù)應用使得工業(yè)生產(chǎn)邁向智能化，在聯(lián)絡通道盾構(gòu)法建設中，數(shù)字化管控被應用于設備運行、施工技術(shù)參數(shù)及項目風險預測等方面，對整體工程的推進具有促進作用。在后續(xù)的發(fā)展方向上，可以提升該方面的應用程度，使數(shù)據(jù)管理多元化、數(shù)據(jù)表達可視化及數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計等基礎功能進一步提高。

3.5 移動式管片預應力支撐系統(tǒng)

在盾構(gòu)法聯(lián)絡通道掘進方法的施工中主隧道的管片結(jié)構(gòu)將承受掘進過程中形成壓力的主要部分，因此其結(jié)構(gòu)組成十分復雜，其機理構(gòu)成是綜合設備、地層及結(jié)構(gòu)等多方面體系間的相互作用組成的，具有較強的綜合承重能力。且在主隧道洞門管片被刀盤切削后，主隧道的受力能力將被進一步削弱，管片結(jié)構(gòu)將承受更大的壓力。同時，在隧道的整個挖掘工程中，管片內(nèi)的應力分布會隨著工程的進度及工序發(fā)生不斷的變化與調(diào)整，隨時形成一個新的受力體系，在這樣的背景下，為了避免主隧道發(fā)生嚴重變形，且為了實現(xiàn)盾構(gòu)推力的合理分配與加強內(nèi)部支護能力，盾構(gòu)法建設技術(shù)設計出移動式管片預應力支撐系統(tǒng)：系統(tǒng)的第一部分為可以自行行走的臺車，用于挖掘主機與輔助設備的運輸；第二部分為支撐環(huán)，采用液壓伺服控制的方法實現(xiàn)對主隧道狀況的監(jiān)控，避免變形與過壓情況的發(fā)生，起到對主隧道安全的保障作用。

4 結(jié)語

地下空間的發(fā)展順應城市的發(fā)展需要，空間化及網(wǎng)絡化是未來地鐵工程及地下隧道的發(fā)展方向。聯(lián)絡通道盾構(gòu)法技術(shù)的應用對隧道的穩(wěn)定性及作用提升起到了十分有利的促進作用，但同時在多個方面存在不足，如導向技術(shù)及渣土運輸?shù)确矫?，相關(guān)部門應重視對這些方面的改進，使地鐵建設技術(shù)的進一步提升。