TBM隧洞施工管片安裝及滾動(dòng)姿態(tài)糾偏方法

張志英

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概況

甘肅省引洮供水一期工程，屬國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程，是黨中央、國(guó)務(wù)院從根本上解決甘肅中部干旱地區(qū)水資源極度短缺問題，實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，推進(jìn)全面建設(shè)小康社會(huì)，構(gòu)建和諧社會(huì)的標(biāo)志性工程，也是新中國(guó)成立以來甘肅省水利建設(shè)史上跨流域調(diào)水的最大工程。水源為位于甘肅省卓尼縣境內(nèi)的洮河九甸峽水利樞紐。引洮供水一期工程總干渠7號(hào)隧洞位于甘肅省定西市渭源縣秦祁鄉(xiāng)，隧洞全長(zhǎng)17.286km，設(shè)計(jì)橫斷面為圓型，開挖斷面直徑5.75m，凈斷面直徑4.96m，設(shè)計(jì)縱坡1/1650，設(shè)計(jì)流量32m3/s，加大流量36m3/s。工程洞身段采用一臺(tái)TBM單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)施工，隧洞采用四塊六邊形管片襯砌，襯砌外徑5.52m，內(nèi)徑4.96m，管片厚28cm。隧洞主要穿越薄層黃土覆蓋的低山卯梁區(qū)，最大埋深368m。圍巖主要由第三系泥質(zhì)粉砂巖、粉（砂）質(zhì)泥巖、砂礫巖、（含礫）砂巖、疏松砂巖等組成，巖性軟弱，呈層狀分布，相變劇烈，結(jié)構(gòu)疏松，成洞困難。

2 六邊形管片襯砌由來與發(fā)展

與TBM相配套的是管片安裝。為了使隧洞襯砌速度與掘進(jìn)速度相適應(yīng)，本工程使用了六個(gè)方向束縛的六邊形管片，即所謂的蜂窩狀管片襯砌結(jié)構(gòu)。我國(guó)的引大入秦引水工程中第一次使用了六邊形管片襯砌，完成了11.65km長(zhǎng)的引水隧洞施工；在山西省萬(wàn)家寨引黃入晉工程中，六邊形管片襯砌得到了最大范圍的推廣應(yīng)用，先后在8條總長(zhǎng)度為122.31km的隧洞中得到使用；引黃北干線1號(hào)隧洞和新疆伊犁河南岸干渠八十一大坂引水隧洞等工程也使用了六邊形管片襯砌。

3 管片襯砌原理及其重要性

隧洞每環(huán)由4塊管片組成，管片混凝土強(qiáng)度要求標(biāo)準(zhǔn)為C45，管片寬160cm，厚28cm，接頭處做成一個(gè)高寬比為0.2的等腰三角形，構(gòu)成能自行咬合的襯砌環(huán)。六邊形管片片向不采用螺栓聯(lián)接，屬于“自鎖結(jié)構(gòu)”，所以會(huì)出現(xiàn)管片間錯(cuò)臺(tái)、接縫張開、止水條接觸不緊等問題。管片襯砌既在不良地質(zhì)條件下起支護(hù)作用，又同時(shí)為推力系統(tǒng)提供反作用力，尤其是對(duì)該工程所使用的單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)。為使TBM順利掘進(jìn)，必須靠推進(jìn)油缸作用于管片上的反作用力使其向前掘進(jìn)，所以管片安裝姿態(tài)尤為重要，特別是管片安裝過程中及TBM掘進(jìn)時(shí)扭矩所造成的管片滾動(dòng)，直接影響到洞內(nèi)行車安全和后配套運(yùn)輸，并對(duì)TBM掘進(jìn)時(shí)各項(xiàng)參數(shù)均有一定程度的影響。

4 管片安裝及滾動(dòng)姿態(tài)糾偏

工程要求管片安裝精度為：接縫寬度不大于5mm，環(huán)縱向錯(cuò)臺(tái)不大于±5mm。TBM剛進(jìn)洞時(shí)，掘進(jìn)和安裝均需一定的磨合，由于前期地質(zhì)條件的限制，成洞軸線出現(xiàn)了波浪蛇形線和軟基地層，導(dǎo)致TBM下沉，垂直誤差超出隧洞的允許誤差，因此必須時(shí)刻對(duì)管片安裝及滾動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、糾偏，達(dá)到允許誤差要求，保證結(jié)構(gòu)安全。這就要求必須有好的安裝工藝，施工單位須制定嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系并擁有熟練的操作人員。

受工藝限制，軟基地層導(dǎo)致了TBM的下沉，在安裝管片時(shí)，必須將管片下邊的淤泥清理完畢，鋪設(shè)干性豆粒石混凝土，鋪設(shè)厚度視具體情況而定，必須保證管片錯(cuò)臺(tái)在合理范圍內(nèi)，使安裝軸線不出現(xiàn)大起大落現(xiàn)象，管片安裝完畢后要及時(shí)回填（下轉(zhuǎn)第42頁(yè)）底拱砂漿，防止管片繼續(xù)下沉。

在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的滾動(dòng)時(shí)，調(diào)整步驟如下：

第一，首先從安裝的底片A塊管片開始，將尾盾處的淤泥清理完后，鋪設(shè)一層豆粒石混凝土。

第二，安裝時(shí)A塊管片所對(duì)應(yīng)的環(huán)縫、縱縫粘墊木板具體位置及所粘墊木板厚度視實(shí)際情況而定，需加工3cm，2cm，1cm厚的木板若干片，木板均為20cm×15cm。

第三，由于管片滾動(dòng)糾偏導(dǎo)致管片縱縫環(huán)縫增大，因此會(huì)出現(xiàn)定位銷錯(cuò)位，導(dǎo)致無(wú)法正確安裝，特要求將定位銷進(jìn)行打磨，方法為將定位銷的任意一端的側(cè)邊磨去1.09cm，具體安裝數(shù)量視現(xiàn)場(chǎng)情況而定，因此要準(zhǔn)備一定量打磨好的定位銷。

第四，管片安裝前一定要對(duì)安裝區(qū)進(jìn)行清理，清除污泥、積水等雜物，確保管片支墩與底部貼近的同時(shí)兩側(cè)外弧面與盾殼相切，提高管片整體安裝質(zhì)量。

第五，TBM主司機(jī)應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，如降低推力、扭矩、掘進(jìn)速度，減少推進(jìn)油缸輔助調(diào)整板調(diào)整長(zhǎng)度等。

第六，必須按照技術(shù)要求進(jìn)行管片縱縫，環(huán)縫粘墊木板，嚴(yán)禁出現(xiàn)漏墊、錯(cuò)墊、不墊現(xiàn)象，此外，在調(diào)整滾動(dòng)時(shí)，左右兩側(cè)管片與頂管片結(jié)合部位要預(yù)先安裝鋼板，鋼板長(zhǎng)度為可以搭接到頂管片處12cm左右，防止管片向外側(cè)位移導(dǎo)致頂管片下沉。

第七，管片安裝過程中，安裝人員應(yīng)有意識(shí)地將管片向順時(shí)針方向糾偏安裝。

第八，在管片安裝完成后，及時(shí)跟蹤測(cè)量，出現(xiàn)問題及時(shí)反饋。

以上滾動(dòng)方法經(jīng)過計(jì)算，每糾偏安裝一環(huán)管片，可將每環(huán)管片周長(zhǎng)軌跡順時(shí)針調(diào)回1.09cm。另外需要注意的是，在管片調(diào)整滾動(dòng)時(shí)，安裝的管片縱縫過大，則需要在縱縫處用GB遇水膨脹止水條填塞。管片安裝完畢后要及時(shí)回填豆粒石及底拱砂漿，防止管片在自身重力或TBM主推油缸反作用力下位置發(fā)生變化，使調(diào)整滾動(dòng)效果不明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程隧洞較長(zhǎng)，在機(jī)器順利掘進(jìn)的情況下，保證管片安裝質(zhì)量，才能使止水效果更好，以及對(duì)TBM推進(jìn)起著良好的導(dǎo)向，管片安裝的平整度直接關(guān)系到TBM的洞內(nèi)運(yùn)輸，安裝質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)能否高效、有序。目前TBM在隧洞工程施工中得到了廣泛應(yīng)用，甘肅引洮工程7號(hào)隧洞使用的這臺(tái)設(shè)備，是我國(guó)首臺(tái)單護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)，在掘進(jìn)過程中會(huì)出現(xiàn)一些管片安裝的新問題，隨著TBM技術(shù)的不斷成熟和新工藝的實(shí)施，管片安裝質(zhì)量將會(huì)得到更好的保證。