水利地下設(shè)施的盾構(gòu)法施工技術(shù)淺析

[摘 要] 盾構(gòu)是集地下掘進(jìn)和襯砌為一體的施工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于地下給水排水管溝、地下隧道、水下隧道、水工隧洞、城市地下綜合管廊等工程。本文對(duì)水利地下設(shè)施采用盾構(gòu)法施工進(jìn)行論析。

[關(guān)鍵詞] 地下隧道；水工隧洞；城市地下管廊；盾構(gòu)法

[作者簡(jiǎn)介] 韋昌寶，南寧泰宇水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣西 南寧，530023

[中圖分類(lèi)號(hào)] TV554 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-7723（2012）12-0063-0003

盾構(gòu)是集地下掘進(jìn)和襯砌為一體的施工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于地下給水排水管溝、地下隧道、水下隧道、水工隧洞、城市地下綜合管廊等工程。

桂西北某大型水利設(shè)施施工給排水管道和管廊施工中采用盾構(gòu)施工，現(xiàn)結(jié)合施工實(shí)際介紹盾構(gòu)法施工技術(shù)。

一、下放和始頂

整體盾構(gòu)可用起重設(shè)備下放到起點(diǎn)井，類(lèi)似頂管施工時(shí)下管。大直徑盾構(gòu)難以進(jìn)行整體搬運(yùn)時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)組裝或在工作坑內(nèi)裝配。盾構(gòu)下放至工作坑導(dǎo)軌上后，自起點(diǎn)井開(kāi)始至完全沒(méi)入土中的這一段距離，稱(chēng)為盾構(gòu)的始頂。盾構(gòu)始頂需借另外的千斤頂頂進(jìn)。盾構(gòu)從起點(diǎn)井進(jìn)入土層時(shí)，起點(diǎn)井壁挖口土方很容易坍塌，也可對(duì)土層進(jìn)行局部加固。

盾構(gòu)千斤頂以已砌好的砌塊環(huán)作為支承結(jié)構(gòu)而推進(jìn)盾構(gòu)。在一般情況下，砌塊環(huán)長(zhǎng)度約需30～50m，才足以支承盾構(gòu)千斤頂。在此之前，應(yīng)設(shè)立臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)。通常做法是：盾構(gòu)沒(méi)入土中后，在起點(diǎn)井后背與盾構(gòu)襯砌環(huán)內(nèi)，各設(shè)置一個(gè)其外徑和內(nèi)徑均與砌塊環(huán)的外徑與內(nèi)徑相同的圓形木環(huán)。在兩木環(huán)之間砌半圓形的砌塊環(huán)，而在木環(huán)水平直徑以上用圓木支撐，如圖1所示，作為始頂段的盾構(gòu)千斤頂?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)。隨著盾構(gòu)的推進(jìn)，第一圈永久性砌塊環(huán)用粘結(jié)料緊貼木環(huán)砌筑。

二、盾構(gòu)掘進(jìn)的挖土及頂進(jìn)

盾構(gòu)掘進(jìn)的挖土方法取決于土的性質(zhì)和地下水情況，手挖盾構(gòu)適用于比較密實(shí)的土層。工人在切削環(huán)保護(hù)罩內(nèi)挖土，工作面挖成鍋底形，一次挖深一般等于砌塊的寬度。為了保證坑道形狀正確，減少與砌塊間的空隙，貼進(jìn)盾殼的土應(yīng)由切削環(huán)切下，厚度約10～15cra。在工作中不能直立地對(duì)松散土層中掘進(jìn)時(shí)，將盾構(gòu)刃腳先切入工作面，然后工人在保護(hù)罩切削環(huán)內(nèi)挖土。根據(jù)土質(zhì)條件，進(jìn)行局部挖土。局部挖出的工作面應(yīng)支設(shè)支撐，見(jiàn)圖2所示。應(yīng)依次進(jìn)行到全部挖掘面。局部挖掘從頂部開(kāi)始，當(dāng)盾構(gòu)刃腳難于先切入工作面，如砂礫石層，可以先挖后頂，但必須嚴(yán)格控制每次掘進(jìn)的縱深。

盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，應(yīng)確保前方土體的穩(wěn)定，在軟土地層，應(yīng)根據(jù)質(zhì)構(gòu)類(lèi)型采取不同的正面支護(hù)方法；盾構(gòu)推進(jìn)軸線(xiàn)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求控制質(zhì)量，推進(jìn)中每環(huán)測(cè)量一次；糾偏時(shí)應(yīng)在推進(jìn)中逐步進(jìn)行；盾構(gòu)頂進(jìn)應(yīng)在砌塊襯砌后立即進(jìn)行。

推進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、埋深、地面的建筑設(shè)施及地面的隆陷值等情況，而確定，通常為50mm/min。

盾構(gòu)推進(jìn)中，遇有需要停止推進(jìn)且間歇時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，必須做好正面封閉、盾尾密封并及時(shí)處理；在拼裝管片或盾構(gòu)推進(jìn)停歇時(shí)，應(yīng)采取防止盾構(gòu)后退的措施；當(dāng)推進(jìn)中盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，采取糾正的措施。彎道、變坡掘進(jìn)和校正誤差時(shí)，應(yīng)使用部分千斤頂。

根據(jù)盾構(gòu)選型，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，土方可以由斗車(chē)、礦車(chē)、皮帶或泥漿等方式運(yùn)出。

三、管片安裝與注漿

盾構(gòu)頂進(jìn)后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行襯砌工作，襯砌的目的是：砌塊作為盾構(gòu)千斤頂?shù)暮蟊常S受頂力；掘進(jìn)施工過(guò)程作為支撐；盾構(gòu)施工結(jié)束后作為永久性承載結(jié)構(gòu)。

通常采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土砌塊。砌塊形狀有矩形、梯形、中缺形等。矩形砌塊如圖3所示，根據(jù)施工條件和盾構(gòu)直徑，確定每環(huán)的分割數(shù)。矩形砌塊形狀簡(jiǎn)單，容易砌筑，產(chǎn)生誤差時(shí)容易糾正，但整體性差。梯形砌塊的襯砌環(huán)的整體性較短形砌塊為好。為了提高砌塊環(huán)的整體性，可采用圖4所示的中缺形砌塊，但安裝技術(shù)水平要求高，而且產(chǎn)生誤差后不易調(diào)整。砌塊的連接有平口和企口兩種。企口接縫防水性好，但拼裝不易。

上述砌塊用粘結(jié)劑連接。常用粘結(jié)劑有瀝青膠或環(huán)氧膠泥等。粘結(jié)劑連接易產(chǎn)生偏斜。

為了提高砌塊的整圓度和強(qiáng)度，可采用如圖5所示的彼此間有螺栓連接的砌塊。

砌塊拼裝的工具常用由舉重臂與動(dòng)力部分組成的杠桿式拼裝器，舉重臂的作用是夾住砌塊，并將其舉到安裝的位置。另一種是弧形拼裝器，它是由卷?yè)P(yáng)機(jī)操縱，砌塊沿導(dǎo)向弧形構(gòu)件由導(dǎo)向滑輪運(yùn)到安裝位置，再由千斤頂使其就位，進(jìn)行拼裝。

為了在襯砌后用水泥砂漿灌入砌塊外壁與土壁間留有的盾殼厚度的空隙，一部分砌塊應(yīng)有灌注孔。通常，每隔3～5環(huán)應(yīng)砌一灌注孔環(huán)，此環(huán)上設(shè)有4～10個(gè)灌注孔。灌注孔直徑不小于36mm。這種填充空隙的作業(yè)稱(chēng)為“縫隙填灌”。

砌塊砌筑和縫隙填灌合稱(chēng)為盾構(gòu)的一次襯砌。填灌的材料有水泥砂漿、細(xì)石混凝土、水泥凈漿等。灌漿材料不應(yīng)產(chǎn)生離析、不喪失流動(dòng)性、灌人后體積不減少，早期強(qiáng)度不低于承受壓力。灌漿作業(yè)應(yīng)該在盾尾土方未坍以前進(jìn)行。灌入順序是自下而上，左右對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行，以防止砌塊環(huán)周的孔隙寬度不均勻。漿料灌入量應(yīng)為計(jì)算孔隙量的130%～150%。灌漿時(shí)應(yīng)防止料漿漏入盾構(gòu)內(nèi)，為此，在盾尾與砌塊外皮間應(yīng)作止水。

螺栓連接砌塊的軸向與環(huán)向螺栓孔也應(yīng)灌漿。為此，在砌塊上也應(yīng)留設(shè)螺栓孔的漿液灌注孔。

二次襯砌按隧道使用要求而定，在一次襯砌質(zhì)量完全合格的情況下進(jìn)行。二次襯砌采用澆灌細(xì)石混凝土，或采用噴射混凝土。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳柏榮.防汛與抗旱[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.