南寧地鐵盾構(gòu)密閉法始發(fā)裝置技術(shù)應(yīng)用

文 濤/WEN Tao

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510620）

1 工程概況及盾構(gòu)始發(fā)端頭問題

南寧地鐵1號(hào)線（廣西大學(xué)站-魯班路站）盾構(gòu)始發(fā)端頭處于市政主干道上且地質(zhì)情況差，存在始發(fā)端頭加固范圍內(nèi)管線遷改困難、加固質(zhì)量難以保證等問題。其地層從上到下依次為素填土①2①2、粘土②2-1、粉質(zhì)粘土②2-2、粉質(zhì)粘土②3-2、粉質(zhì)粘土②4-2、粉土③1、粉（細(xì)）砂④1-1、圓礫層⑤1-1，隧道穿越的地層主要為粉質(zhì)粘土②4-2、粉質(zhì)粘土②5-2、粉（細(xì)）砂④1-1。穩(wěn)定地下水位線標(biāo)高70.01m，位于隧道拱頂上方4.7m高處，水位線和隧道拱頂之間分布粉土層、軟朔粘土層等。由于水源充足，地層的透水性較好，使得覆蓋層的穩(wěn)定性較差，這要求必須對(duì)端頭進(jìn)行處理。

從傳統(tǒng)工藝在地層加固上的方法來看，盾構(gòu)始發(fā)端頭存在的問題主要有：①始發(fā)端頭存在較多較大地下管線且管遷改施工工期長、難度大、費(fèi)用高,對(duì)端頭路面進(jìn)行破除后影響文明施工；②始發(fā)端頭加固場地移交滯后，端頭加固體齡期長無法確保節(jié)點(diǎn)工期；③處于市政主干道交通流量大及周邊商住樓林立，加固的區(qū)域深度比較深，且由于地層的透水性較強(qiáng)，嚴(yán)重影響加固質(zhì)量。因此必須尋找一種質(zhì)量安全可靠的方法，此方法要具備占地小、工期短以及無需端頭加固及管轄遷改等特點(diǎn)。

2 盾構(gòu)密閉始發(fā)裝置及制作

盾構(gòu)密閉始發(fā)裝置是依據(jù)平衡始發(fā)原理，從直徑和長度進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過把直徑與長度設(shè)計(jì)成比盾構(gòu)略長的密封圓柱狀與洞口密閉連接；盾構(gòu)掘進(jìn)前，在盾構(gòu)始發(fā)井內(nèi)安裝鋼套筒，盾構(gòu)安裝在鋼套筒內(nèi)，然后在鋼套筒內(nèi)填充回填物，通過鋼套筒這個(gè)密閉的空間提供平衡掌子面的水土壓力，盾構(gòu)在鋼套筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全始發(fā)掘進(jìn)進(jìn)入前方土體，最終使盾構(gòu)能夠正常掘進(jìn)施工。密閉始發(fā)裝置需要解決以下問題。

1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 要求裝置能承受外界壓力和盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的作用力。

2)始發(fā)裝置密封 要求裝置在一定壓力下保證良好的密封性，鋼套筒與洞門預(yù)埋環(huán)板連續(xù)處開裂，鋼套筒與負(fù)環(huán)之間密封不好，盾構(gòu)始發(fā)時(shí)引起鋼套筒壓力泄漏，導(dǎo)致內(nèi)外水土壓力不平衡，引起地面沉降。

3)應(yīng)力應(yīng)變調(diào)整 當(dāng)裝置受土壓力和盾構(gòu)掘進(jìn)力時(shí)，其設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)必然會(huì)出現(xiàn)彈性變形，雖然彈性變形的量不是很大，但是會(huì)造成應(yīng)力集中，鋼構(gòu)件的部分就會(huì)出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。所以對(duì)于裝置的變形的消除是使用密閉始發(fā)裝置技術(shù)的關(guān)鍵之一。

4)盾構(gòu)防扭轉(zhuǎn) 盾構(gòu)在破除洞門連續(xù)墻后，洞門外水土壓力傳遞至鋼套筒內(nèi)，盾構(gòu)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)相當(dāng)于中間隧道的常規(guī)掘進(jìn)，鋼套筒內(nèi)填充物和盾構(gòu)自重足以提供防扭轉(zhuǎn)的反力；但在洞門連續(xù)墻破除前，盾構(gòu)切削連續(xù)墻時(shí)產(chǎn)生較大扭矩及刀盤切削扭矩發(fā)生較大波動(dòng)，造成盾構(gòu)盾體和鋼套筒整體發(fā)生扭轉(zhuǎn)、傾覆。

5)盾構(gòu)始發(fā)前的保壓 盾構(gòu)密閉始發(fā)的基本原理就是利用鋼套筒內(nèi)、外水土壓力平衡，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)安全始發(fā)。因此，確保盾構(gòu)始發(fā)前土艙內(nèi)達(dá)到平衡外界水土壓力是盾構(gòu)安全始發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)。

6)環(huán)滲漏 盾構(gòu)掘進(jìn)一定環(huán)數(shù)拆除負(fù)環(huán)和鋼套筒后，洞門位置0環(huán)管片與外側(cè)土體之間無橡膠簾板，容易出現(xiàn)滲漏，進(jìn)而引起地面沉陷。

通過計(jì)算機(jī)對(duì)以上問題的模擬設(shè)計(jì)及分析論證，研制出第一套盾構(gòu)密閉始發(fā)裝置，如圖1所示。

圖1 密閉法始發(fā)裝置與原理圖

由圖1可見，該裝置主要由筒體、連接環(huán)、端蓋、反力架、液壓站及配套千斤頂和前后左右支撐等部分組成。

盾構(gòu)外徑6.26m，盾體長8.28m；密閉裝置筒體長9.9m，內(nèi)徑6.5m?？v向下半圓分3段，環(huán)向每段3.3m；縱向上半圓分3塊（A、B、C），沿縱向布置每塊長9.9m。筒體的外周焊接縱、環(huán)向肋板以保證筒體剛度。上下兩半圓及筒體之間均采用螺栓連接。在筒體底部制作托架，托架也相應(yīng)分3塊制作，與筒體底部焊接固定成一體。后端蓋環(huán)梁與反力架緊貼，反力架依靠與車站結(jié)構(gòu)連接的斜撐提供作用力。在鋼套筒頂部預(yù)留下料口，在底部預(yù)留排漿口。

密閉始發(fā)裝置與洞門環(huán)板之間設(shè)一過渡連接環(huán)，洞門環(huán)與過渡連接環(huán)采用焊接連接。

為防止盾構(gòu)盾體和鋼套筒整體發(fā)生扭轉(zhuǎn)、傾覆，在鋼套筒兩側(cè)每間隔2m安裝1根工字鋼橫撐和三角架，每側(cè)安裝4個(gè)，橫撐和三角架采用20#工字鋼制作；在筒內(nèi)安裝導(dǎo)行軌。

3 密閉始發(fā)裝置施工

3.1 安裝

1）洞門檢查 鋼套筒安裝前需對(duì)洞門預(yù)埋環(huán)板進(jìn)行檢查。為防止盾構(gòu)始發(fā)時(shí)刀盤切削到連續(xù)墻鋼筋或工字鋼接頭，造成刀盤損壞，對(duì)洞門圓周范圍鑿除連續(xù)墻的砼保護(hù)層，露出玻璃纖維筋，確認(rèn)洞門范圍不存在鋼筋。

2）安裝鋼套筒下半圓 開始安裝鋼套筒之前，先在始發(fā)井內(nèi)確定盾體中心線，確保鋼套筒下半圓與盾體中心重合； 各段之間螺栓孔對(duì)位準(zhǔn)確，并用高強(qiáng)螺栓連接緊固。

3）鋼套筒內(nèi)安裝盾構(gòu) 在鋼套筒內(nèi)安裝盾構(gòu)主體，并與連接橋和后配套臺(tái)車連接。

4）安裝鋼套筒上半圓 盾體安裝好后，安裝鋼套筒上半圓；安裝好以后，需進(jìn)行壓緊螺栓的調(diào)整。檢查各部連接處，使鋼套筒的上下半圓和各段之間螺栓孔對(duì)位準(zhǔn)確并及時(shí)擰緊。

5）安裝負(fù)環(huán)、盾構(gòu)刀盤推進(jìn)至洞門掌子面 鋼套筒、反力架安裝完畢，盾構(gòu)調(diào)試完成后，安裝負(fù)環(huán)、盾構(gòu)向前推進(jìn)至刀盤面板貼近洞門掌子面但不切削掌子面。

6）填料及密閉試壓檢查 ①為保證盾構(gòu)在密閉裝置內(nèi)平衡掘進(jìn)，盾構(gòu)向前推進(jìn)至刀盤面板貼近洞門掌子面后，向鋼套筒內(nèi)填砂，使套筒與盾體之間空隙填充密實(shí)；②密閉筒體填料完成后，注入壓力水進(jìn)行檢查，采用逐級(jí)加壓方式加壓至設(shè)定值，每級(jí)均要穩(wěn)壓監(jiān)測，檢查漏水及筒體變形情況。

3.2 變形監(jiān)測與控制

密閉裝置在受到外界的作用力和盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生彈性變形，作為結(jié)構(gòu)抵擋外力的端蓋及連接環(huán)會(huì)受到嚴(yán)重阻力，作用力就會(huì)傳到裝置結(jié)構(gòu)焊接部位，從而造成焊接部位出現(xiàn)裂縫，破壞結(jié)構(gòu)。因此在進(jìn)行施工時(shí)，要用百分表對(duì)環(huán)板周邊、端蓋和筒體的變形進(jìn)行監(jiān)測和反映。

本裝置結(jié)構(gòu)變形以提供反力的方式進(jìn)行及局部補(bǔ)加肋板控制：出現(xiàn)鋼套筒本體連接端面或者筒體本身出現(xiàn)變形量較大時(shí)，要立即采取加強(qiáng)措施，在變形量較大處補(bǔ)加加強(qiáng)肋板。在反力架與環(huán)梁間設(shè)置預(yù)壓千斤頂，通過預(yù)壓千斤頂對(duì)鋼套筒施加預(yù)應(yīng)力，使鋼套筒頂緊洞門環(huán)板，對(duì)鋼套筒與洞門環(huán)板連接處進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整預(yù)壓千斤頂。

3.3 盾構(gòu)掘進(jìn)控制

洞門連續(xù)墻為800mm厚的C30玻璃纖維筋連續(xù)墻，盾構(gòu)在切削連續(xù)墻時(shí)，是正式始發(fā)掘進(jìn)較關(guān)鍵一步，需綜合控制。

1）推進(jìn)速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN.m，千斤頂總推力不大于800t。通過洞門后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤頂總推力逐步調(diào)整到1000～1500t。

2）控制密閉裝置的內(nèi)部壓力與盾構(gòu)的內(nèi)部壓力相平衡，保持壓力裝置的外部系統(tǒng)能在壓力不足時(shí)加水，與壓力過高時(shí)自主排水。

3）始發(fā)裝置通過變形監(jiān)測對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行控制，對(duì)反力機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以及對(duì)局部進(jìn)行加固，從而使得變形量得以控制。

4）始發(fā)裝置密封控制：①對(duì)洞門預(yù)埋環(huán)板進(jìn)行檢查，必要時(shí)須進(jìn)行植筋加固；②使洞門環(huán)板始終處于受壓狀態(tài)；③鋼套筒后端通過加強(qiáng)環(huán)梁和負(fù)環(huán)管片連接，連接處設(shè)置止橡膠圈，負(fù)環(huán)管片外側(cè)與鋼套筒之間的間隙通過管片壁后注雙液漿進(jìn)行密封。

5）0環(huán)滲漏控制：在洞門側(cè)墻上、下、左、右各安裝1個(gè)注漿管，注漿管一端安裝球閥；1～5環(huán)管片，除K塊外，在每塊管片上設(shè)置3個(gè)注漿孔（包括吊裝孔），每環(huán)管片的注漿孔均勻布置，通過壁后和側(cè)墻注漿管進(jìn)行加強(qiáng)注漿，注漿飽滿后方可拆除負(fù)環(huán)和鋼套筒。

6）測量與監(jiān)測：掘進(jìn)過程中要加大測量頻率，并及時(shí)復(fù)核控制點(diǎn)，確保盾構(gòu)姿態(tài)正確。在盾構(gòu)始發(fā)前布置監(jiān)測點(diǎn)，在端頭、地面及周圍建（構(gòu)）筑物布置沉降觀測點(diǎn)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鋼套筒、洞門周圍布置變形監(jiān)測點(diǎn)并測量初始值。掘進(jìn)過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，設(shè)專人觀測套筒的穩(wěn)定、變形情況，發(fā)現(xiàn)異常立即停機(jī)處理。在實(shí)際的施工中，要增加測量頻率，對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)的復(fù)核，從而使得盾構(gòu)姿態(tài)的正確性有所保證。對(duì)于監(jiān)測點(diǎn)的布置要在盾構(gòu)始發(fā)前，其位置主要在端頭、地面及周圍建（構(gòu)）筑物處。操作人員需要注意的是在掘進(jìn)過程中要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，專人專崗對(duì)套筒的穩(wěn)定、變形情況性性觀測，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)要立即停機(jī)處理。

3.4 密閉始發(fā)裝置拆解

在進(jìn)行拆除時(shí)，要注意拆除順序，對(duì)于始發(fā)反力架與上半部分筒體要有限拆除，繼而才是負(fù)環(huán)管片拆解。始發(fā)裝置下半部分筒體需等待拆完負(fù)環(huán)管片后方可依次拆解。

4 結(jié) 語

盾構(gòu)密閉法始發(fā)裝置在南寧地鐵廣西大學(xué)站首次使用，成功始發(fā)了S850和S851兩臺(tái)盾構(gòu)，解決了常規(guī)盾構(gòu)始發(fā)無法避免的難題。

地鐵施工場地往往存在大量管線或者建（構(gòu)）筑物，建筑物拆遷、管線遷改難度大、費(fèi)用高，本次盾構(gòu)密閉始發(fā)施工成功應(yīng)用，對(duì)豐富軌道交通盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)施工工法具有重要意義，為解決軌道交通施工過程中的建（構(gòu)）筑物拆遷、管線遷改難的問題增加又一法寶，對(duì)今后類似工程中的應(yīng)用具有借鑒意義。

[1]GB50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]李 飛，凌 波.一種盾構(gòu)到達(dá)接收輔助裝置的設(shè)計(jì)[R].2009.

[3]廣東華隧建設(shè)股份有限公司.一種用以盾構(gòu)密閉法始發(fā)及到達(dá)的裝置：中國，ZL200920058408.9[P]. 2009.