淺論隧道盾構施工技術措施

鐘曉敏

摘 要：隧道盾構施工技術是一種適用于現(xiàn)代城市向地下發(fā)展的重要施工方法。隨著我國經(jīng)濟技術的不斷發(fā)展，盾構法隧道施工技術在我國隧道施工中被廣泛應用。該文結合工程實例，簡單介紹了隧道盾構施工技術的基本原理的特點和盾構施工技術措施等。

關鍵詞：隧道 盾構施工技術 措施

中圖分類號：TU77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0047-02

1 工程概況

本標段區(qū)間電纜隧道線路南起東圃變電站，穿越中山大道，沿大觀南路中地下向北，到達廣深鐵路南面的盾構吊出井。線路總長度為1173.465 m，左轉(zhuǎn)彎半徑一個右轉(zhuǎn)彎半徑兩個，曲線轉(zhuǎn)彎半徑為240 m，左轉(zhuǎn)彎長度29 m，右轉(zhuǎn)彎弧長分別為240 m和32.67 m。最大縱向坡度為3.2‰，隧道埋深約為6～8 m。

4.1 m盾構隧道、始發(fā)井2、盾構過井3。沿線地質(zhì)情況均為軟弱地層，其中砂層和粉質(zhì)粘土層占絕大多數(shù)。工程在東圃鬧市區(qū)，沿線公路管線豐富。因本標段為4.1 m單線隧道，采用1臺的盾構機完成本標段盾構隧道。隧道相鄰兩段轉(zhuǎn)彎間隔短，為保證急轉(zhuǎn)彎段順利掘進，從盾構設備、施工措施、管片設計和拼裝等方面提出了必要措施。盾構機將會完全適用本工程小轉(zhuǎn)彎半徑的隧道掘進。盾構機將配備中折裝置，鉸接行程為150 mm，中折角度可達1.5 °，同時推進系統(tǒng)中油缸分為四組，只要正確選用推進千斤頂，掘進轉(zhuǎn)彎半徑為240 m的隧道完全沒問題。關鍵在于保證中折密封的耐久性。

2 盾構施工準備

2.1 盾構始發(fā)混凝土托架

在盾構機下井前，根據(jù)洞門實際中心線，定出盾構始發(fā)姿態(tài)的空間位置，然后反推出素混凝土托架的空間位置，按照盾構隧道的坡度，將混凝土托架按照盾構機機身的弧度外加5 cm的砂層間隔做好，在始發(fā)井的底板上先預埋好鋼板，將其正中對準隧道的中軸線。

2.2 反力墻施工

盾構機始發(fā)采用反力墻取代反力架的施工，反力架在施工底板以后開始進行，反力墻的設計按照盾構始發(fā)的推力確定，保證其安全富余系數(shù)，反力墻的的軸心與盾構機始發(fā)軸心相同，反力墻端面應與發(fā)射臺水平軸垂直，以便盾構軸線與隧道設計軸線保持平行，反力墻始發(fā)洞門凈空采用3640 mm其中16 mm為安裝的環(huán)向鋼板的尺寸，每側(cè)再富余4 mm的間隙，鋼板的安裝保證在盾構始發(fā)后期反力墻與管片之間的連接時能夠有效的防止漏水涌砂的現(xiàn)象。反力墻應具有足夠的剛度和強度，盾構初始掘進推進千斤頂?shù)牧νㄟ^0環(huán)管片由反力墻傳遞到車站結構（主要是底板和中板）。

2.3 焊接槽的施工

盾構機吊裝下井后A環(huán)、B環(huán)、C環(huán)之間要預留焊接槽，焊接槽按照盾構機放好位置后設置，槽寬600 mm，深800 mm，底板局部下沉。滿足底板的設計要求。

2.4 玻璃纖維筋的采用

為了規(guī)避在軟弱含水層中盾構始發(fā)與到達破除洞門時產(chǎn)生的涌水涌砂地面沉降導致的影響，先后在西江引水工程中成功運用玻璃纖維筋的形式進行風險的化解措施。玻璃纖維筋因其脆性，其強度與鋼筋相同的特性，刀盤易于切削。在洞門范圍四周各外放50 cm范圍內(nèi)采用玻璃纖維筋。玻璃纖維筋與鋼筋搭接采用U型扣件形式。中間骨架采用鋼筋桁架筋固定，待下籠時再切除。

3 盾構施工設備組裝與調(diào)試

3.1 盾構機的組裝

盾構機為新建造的泥水平衡盾構機，盾構機分為刀盤、前體、中體、盾尾組成，盾構機單體重量最大達到57 t，擬采用吊裝設備為1臺200T履帶吊機、80T汽車吊、2臺50T液壓千斤頂以及相應的吊具。盾構機的吊裝下井必須有汽車吊輔助翻轉(zhuǎn)。下井順序先后配套，后主機，設備組裝完畢后，接通液壓管路、動力電纜、控制電纜，最后將水管、風管、氣管連接好，一切準備就緒后，開機現(xiàn)場調(diào)試設備設計要求的各部件性能參數(shù)。

3.2 泥漿處理設備及注漿設備的組裝

泥水盾構機掘進時，主要采用直徑為8寸的送漿管和直徑為6寸的排漿管及泥水輸送泵把切削下來的土通過泥水循環(huán)輸送到地面的泥水處理設備。因此，在掘進前必須組裝好泥水處理設備，安裝好泥水輸送泵，再根據(jù)場地情況布置泥漿管的走向，在盾構始發(fā)井的豎管上安裝流量、密度計，并加固穩(wěn)定。本工程采用單液注漿的方式，在掘進前必須根據(jù)場地情況安裝好水泥漿罐、粉煤灰罐、水泥漿輸送泵，以及布置好水泥漿管和環(huán)流管溝的走向。

3.3 盾構機下井

（1）將盾構機分解后運至始發(fā)井口的組裝場地，用吊車將分解后的盾構部件吊入始發(fā)井，進行組裝及調(diào)試。為此擬計劃租用200 t吊車，80 t吊車各一臺。其中，80 t吊車將配合200 t吊車完成盾構機的中盾、前盾、刀盤的空中轉(zhuǎn)體，然后由200 t吊車單獨將前盾、中盾、刀盤放入井中，完成組裝任務。盾構機的其它部分以及后配套設備將由80 t吊車獨立吊入井中，完成吊裝任務。

（2）盾構機整體重量和體積均較大，為滿足吊裝和運輸要求，需將盾構機分解。盾構機分解為刀盤系統(tǒng)、前盾系統(tǒng)、中盾系統(tǒng)、盾尾系統(tǒng)、管片拼裝機系統(tǒng)、泥漿循環(huán)輸送系統(tǒng)及車架系統(tǒng)等部件。將盾構各部件用平板車、貨運車運至吊裝現(xiàn)場。用汽車吊將部件吊放井下。

（3）盾構機下井擬采用的索具是6根直徑是56 mm，長度8.5 m，抗拉強度是1670 MPa，其最小破斷拉力是1540 kN（鋼絲繩型號6×37 fc）；4根直徑是32 mm， 長度17.5 m（對折使用），抗拉強度是1670 MPa，其最小破斷拉力是504 KN（鋼絲繩型號6×37 fc）；卸扣全部采用6件50 t美制弓形卸甲。

3.4 盾構機、設備組裝的技術措施

盾構機的組裝可分為盾構機盾體的組裝，后配套車架的連接，盾構機盾體與后配套車架的連接；接著進行盾構機的液壓管線連接，盾構機的電氣線路連接，盾構機的其它管線連接；最后完成盾構機的全部組裝連接。endprint

設備組裝前必須制定詳細的組裝方案與計劃，由廠家派遣技術人員現(xiàn)場指導。盾構機組裝前應對始發(fā)基座進行精確定位。履帶吊機工作區(qū)應鋪設鋼板，防止地層不均勻沉陷。盾構機大件設備吊裝時應對始發(fā)井端頭墻進行嚴密的觀測，掌握其變形與受力狀態(tài)。吊裝時必須有80T吊車輔助翻轉(zhuǎn)。

3.5 盾構機的調(diào)試

（1）空載調(diào)試：盾構機拼裝和連接完畢后，即可進行空載調(diào)試，空載調(diào)試的目的主要是檢查設備是否正常運轉(zhuǎn)。主要調(diào)試內(nèi)容為：液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變速系統(tǒng)、管片拼裝機、整圓器以及各種儀表的校正。

（2）負載調(diào)試：空載調(diào)試證明盾構機具有工作能力后即可進行負載設計。負載調(diào)試的主要目的是檢查各種管線及密封件的負載能力。對空載調(diào)試不能完成的工作進一步完善，以使盾構機的各個工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達到滿足正常生產(chǎn)要求的工作狀態(tài)。

3.6 泥漿處理設備及注漿設備的調(diào)試

在盾構機掘進前，必須對泥漿處理設備進行調(diào)試，根據(jù)始發(fā)端頭的地質(zhì)情況來對泥漿的比重和緩沖氣壓室內(nèi)的氣體壓力進行調(diào)整。泥漿處理設備的調(diào)試主要是檢驗環(huán)流輸送系統(tǒng)的泵及管路是否有漏漿現(xiàn)象，泥水流量、密度計的校正。泥漿處理設備的出土及泥漿回收是否順暢。篩板是否能適合始發(fā)地層的土質(zhì)。注漿設備的調(diào)試主要是檢查注漿系統(tǒng)各部件的閥組及管路是否有堵塞現(xiàn)象，注漿頭的千斤頂伸縮是否正常，注漿壓力及流量計的校正。

4 盾構分體平衡始發(fā)

4.1 盾構平衡分體始發(fā)

盾構始發(fā)井狹小，始發(fā)井內(nèi)側(cè)為38.4 m×10 m，而吊裝井可擺放盾構機后配套臺車的面積為25.7 m×10 m。因此，實際可吊裝擺放盾構機后配套臺車的面積為25.7 m×10 m，而直徑4350盾構機的臺車長度為73450 mm，若加上盾構機牽引桿的長度9970 mm，盾構機除機頭的長度外，后配套的總長度為83420 mm。即為83.42 m。與始發(fā)井的25.7 m長度相差非常大，不可能按原有傳統(tǒng)的方法進行盾構始發(fā)，必須對盾構機進行分體，讓盾構機臺車分段進入始發(fā)井內(nèi)掘進軌道。

4.2 盾構始發(fā)技術要點

（1）在進行始發(fā)臺和首環(huán)管片的定位時，要嚴格控制始發(fā)導臺、預埋鋼環(huán)和第一環(huán)環(huán)管片的安裝精度，確保盾構機穿越洞門的中心，即掘進軸線與洞門的中心重合。

（2）第一環(huán)管片定位時，管片的后端面應與線路中線垂直。鋼管片軸線應與線路的切線重合。確保第一環(huán)及預埋鋼環(huán)端面與1000 mm厚隔墻立面平行，還應確保其密封防水效果。

（3）始發(fā)前導臺定位時，盾構機軸線與隧道設計軸線保持平行，盾構中線可比設計軸線適當抬高。向前推進時，通過控制推進油缸行程使盾構機基本沿始發(fā)導臺向前推進。

（4）因洞門范圍內(nèi)鋼筋用玻璃纖維鋼筋代替，故盾構機頂上洞門后應控制好推力、扭矩等參數(shù)。

（5）初始掘進時，盾構機處在導臺上，因此需考慮如何盾構機掘進時由于摩阻力不夠?qū)е碌亩軜嫏C發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

（6）盾構機下井后并做好反力墻與第一環(huán)負環(huán)管片的止水措施后用砂和粘土回填盾構工作井范圍，進行正常始發(fā)掘進。嚴格控制回填施工的質(zhì)量，保證回填的密實度。在始發(fā)階段，由于設備處于磨合階段，要注意推力、扭矩的控制，同時也要注意各部位油脂的有效作用。掘進總推力應控制在反力墻承受能力以下，同時確保在此推力下刀具切入地層所產(chǎn)生的扭矩在防扭轉(zhuǎn)支座承受范圍內(nèi)。

4.3 盾構初始掘進（80 m）

盾構機初始掘進的距離主要取決于平衡盾構機推力的管片外表面與土體之間摩擦力和盾構機后配套設備的長度，現(xiàn)擬定為80 m（67環(huán)）提供足夠的推進反力，估算如下：

F=S×f=3.14×4.1×80×2.0=2059.8t>掘進時的推進力約500～1919 t

其中：S為80 m長的管片外表面面積；f為管片與襯背壓漿形成的水泥土間的綜合摩擦系數(shù)，取2.0 t/m2。

5 盾構常規(guī)掘進

為確保盾構的使用效率，人工補充測量工序穿插施工，確保關鍵工序的不停頓，配合工序的時間需要控制在關鍵工序之內(nèi)。機車來回一趟單個循環(huán)（最不利情況）所需要的時間為87.7 min（且已經(jīng)包括材料的裝卸、運輸?shù)龋鴨蝹€循環(huán)關鍵工序所需的時間為122.5 min，因此，1輛電瓶車備用即可。

5.1 掘進方向的控制

SLS-T系統(tǒng)配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等到，能夠全天候在盾構主控室動態(tài)顯示盾構機當前位置與隧道設計軸線的偏差以及趨勢。據(jù)此調(diào)整盾構機掘進方向，使其保持在允許的偏差范圍內(nèi)。隨著盾構推進，導向系統(tǒng)后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位。同時還校核自動導向系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并復核盾構機的位置、姿態(tài)，確保盾構機掘進方向的正確。

根據(jù)線路條件所做的分段軸線擬合控制計劃、導向系統(tǒng)工程反映的盾構姿態(tài)信息，結合隧道地層情況，通過操作盾構機分區(qū)推進千斤頂控制掘進方向。

5.2 盾構姿態(tài)的調(diào)整與糾偏

在掘進施工中，由于地質(zhì)突變等原因盾構機推進方向推進方向可能會偏離設計軸線并超過管理警戒值。在穩(wěn)定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產(chǎn)生盾體滾動偏差；在線路變坡段或曲線段掘進，有可能產(chǎn)生一定的偏差。因此應及時調(diào)整盾構機姿態(tài)、糾正偏差。

5.3 方向控制與姿態(tài)調(diào)整注意事項

（1）在切換刀盤轉(zhuǎn)動方向時，應保留適當?shù)臅r間間隔，切換速度不宜過快，切換速度過快可能造成管片受力狀態(tài)突變，而使管片損壞。

（2）根據(jù)工作面地層情況應及時調(diào)整掘進參數(shù)，調(diào)整掘進方向時應設置警戒值與限制值。達到警戒值時就應該調(diào)整程序。

（3）蛇行糾偏時應緩慢進行，若糾偏過急蛇行反而更明顯。直線推進時應取盾構當前位置點與設計線上遠方的一點作一直線，然后以這條線為新基準進行線形管理。曲線推進時應使盾構當前位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。

（4）推進千斤頂油壓調(diào)整不宜過快、過大，否則會造成管片局部破損甚至開裂。正確的管片選型，確保拼裝質(zhì)量與精度，使端面盡可能與計劃掘進方向垂直。

（5）盾構始發(fā)到達時方向控制極其重要，應按照始發(fā)、到達掘進的有關技術要求，做好測量定位工作

6 結語

該文結合實際工程中盾構技術的應用說明盾構施工的優(yōu)越性，隧道襯砌技術也朝著自動高速化和經(jīng)濟化發(fā)展。通過分析地質(zhì)特征、調(diào)研掘進參數(shù)、優(yōu)化施工方案，成功地采用盾構法施工，保證了盾構機安全、連續(xù)、快速的推進，順利通過了各個風險點，解決了工程項目中的難題，提高了工程質(zhì)量，有效的降低了工程造價。endprint