城際軌道交通地下區(qū)間盾構(gòu)施工工藝

卜紅旗

(1.南京重大路橋建設(shè)指揮部，南京 210039；2.南京市地下鐵道工程建設(shè)指揮部，南京 210039)

隨著城市地下軌道交通建設(shè)的不斷深入，盾構(gòu)法以其安全、可靠、快速和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越收到人們的青睞[1-3]。由于地下管網(wǎng)和已建隧道越來(lái)越密集，盾構(gòu)施工地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，使得盾構(gòu)施工難度和風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大。隨著國(guó)內(nèi)外專家的不斷深入研究以及工程經(jīng)驗(yàn)的積累，越來(lái)越多的盾構(gòu)施工難題被解開(kāi)，為盾構(gòu)施工積累了大量的財(cái)富。本文結(jié)合寧和城際軌道交通一期工程天河路站～新梗街站區(qū)間盾構(gòu)工程對(duì)盾構(gòu)施工中最關(guān)鍵的盾構(gòu)始發(fā)與接收施工技術(shù)進(jìn)行了闡述，并詳述了盾構(gòu)在正常掘進(jìn)過(guò)程中的施工工藝，希望能在類似工程中推廣運(yùn)用。

1 工程概況

寧和城際軌道交通一期工程線路全長(zhǎng)約37.64 km，其中高架線23.04 km，地下線14.2 km，地面線0.1 km，敞開(kāi)段0.3 km，共設(shè)18座車站。線路最大站間距12 331 m，最小站間距792 m。工程擬采用B型車，設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h。天河路站～新梗街站區(qū)間最小曲線半徑R=350 m，左右線間距為13.5～18.5 m。區(qū)間全長(zhǎng)1 537.40 m。盾構(gòu)區(qū)間隧道左、右線采用2臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。線路最大縱坡12.1％，最小縱坡10％。隧道拱頂覆土8.9～12.4 m。根據(jù)地下水賦存條件，場(chǎng)區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，松散巖類孔隙水有孔隙潛水及孔隙承壓水。工程平面示意圖如圖1所示。

2 正常段盾構(gòu)掘進(jìn)施工

在正常推進(jìn)條件下，盾構(gòu)推進(jìn)的要點(diǎn)是控制土層損失率，防止引起的地面沉降影響周圍建筑物和地下管線的安全。

(1)地面沉降控制(信息化動(dòng)態(tài)施工管理)

每環(huán)推進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制土壓力，波動(dòng)范圍控制在20 kPa以內(nèi)，使切口正面土體保持穩(wěn)定狀態(tài)，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)程度?，F(xiàn)場(chǎng)建立數(shù)字化監(jiān)測(cè)信息交流系統(tǒng)，使盾構(gòu)在推進(jìn)過(guò)程中參數(shù)更為合理和準(zhǔn)確，地面沉降在可控范圍之內(nèi)。

圖1 工程總平面示意圖

(2)盾構(gòu)推進(jìn)主要參數(shù)設(shè)定

盾構(gòu)推進(jìn)需進(jìn)行土倉(cāng)內(nèi)土壓力P、千斤頂推力F、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速n1、刀盤(pán)扭矩T、掘進(jìn)速度V、注漿壓力P2、注漿量V1、左右推進(jìn)千斤頂行程差ΔS、盾構(gòu)機(jī)俯仰角α、盾構(gòu)機(jī)滾轉(zhuǎn)角β、管片與盾尾的間隙δ～δ4等參數(shù)的設(shè)定。

(3)渣土改良

天河路站至新梗街站區(qū)間隧道斷面涉及土層主要為砂層和淤泥質(zhì)粉土，掘進(jìn)過(guò)程中較容易產(chǎn)生“鐵板沙”現(xiàn)象和螺旋機(jī)“噴涌”現(xiàn)象，在掘進(jìn)過(guò)程中防止“鐵板沙”現(xiàn)象和螺旋機(jī)“噴涌”的產(chǎn)生將是本工程的重中之重。

(4)盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制

由于多種復(fù)雜因素的影響，包括地層不均、曲線隧道和隧道坡度變化以及盾構(gòu)操控等，使得盾構(gòu)推進(jìn)實(shí)際軸線與設(shè)計(jì)軸線可能會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。為防止實(shí)際軸線偏差超過(guò)一定限界使隧道襯砌侵限、管片局部受力惡化，在盾構(gòu)施工中必須及時(shí)有效糾正掘進(jìn)偏差。

(5)盾尾油脂的壓注

為了能安全并順利地完成隧道的掘進(jìn)任務(wù)，配備良好的盾尾密封系統(tǒng)并切實(shí)地做好盾尾油脂的壓注工作至關(guān)重要。本工程采用盾構(gòu)機(jī)的盾尾密封系統(tǒng)具有良好的可靠性和耐久性，施工過(guò)程中可在各道密封刷之間利用自動(dòng)供給油脂系統(tǒng)壓注高止水性油脂，確保穿越河道、深覆土及巖層段掘進(jìn)的止水可靠性。

(6)盾構(gòu)管片拼裝

本工程管片采用錯(cuò)縫拼裝，每環(huán)隧道襯砌由6塊預(yù)制鋼筋混凝土管片(1塊小封頂塊、2塊鄰接塊和3塊標(biāo)準(zhǔn)塊)拼裝而成，成環(huán)形式為小封頂縱向插入式。管片在拼裝過(guò)程中需要注意許多關(guān)鍵問(wèn)題：如控制襯砌環(huán)面的平整度、環(huán)面的超前量、橢圓度、管片成環(huán)后的間隙等。具體控制措施如下：①先對(duì)管片的環(huán)面、端面進(jìn)行清理，然后再進(jìn)行防水橡膠條的粘貼，再對(duì)管片進(jìn)行防水處理。②在管片拼裝過(guò)程中要注意先清除盾尾處拼裝部位的垃圾和雜物，第一塊管片的定位十分重要，要確保定位精確。③管片拼裝的姿態(tài)需根據(jù)管片的高程和平面的測(cè)量報(bào)表及管片間隙及時(shí)做出調(diào)整。④在一環(huán)管片拼裝結(jié)束后，利用千斤頂控制到所需的頂力，進(jìn)行下一管片的拼裝，這樣逐塊進(jìn)行完成一環(huán)管片的拼裝。⑤在使用千斤頂時(shí)需注意當(dāng)管片拼裝完成后要及時(shí)調(diào)整千斤頂?shù)捻斄?，防止盾?gòu)姿態(tài)突變。⑥自負(fù)環(huán)管片做起，需要一環(huán)一環(huán)的檢查，嚴(yán)格控制管片環(huán)面的平整度，保證每塊管片的環(huán)面不能凸出相鄰管片，以免管片接縫處碎裂。⑦施工中為嚴(yán)格控制管片環(huán)面與隧道設(shè)計(jì)軸線的垂直，需要抽檢管片圓環(huán)環(huán)面與隧道設(shè)計(jì)軸線的垂直度。⑧相鄰環(huán)高差控制：管片在拼裝過(guò)程中需要嚴(yán)格控制環(huán)高差，不超出允許范圍。因?yàn)橄噜彮h(huán)高差量的大小直接影響到建成隧道軸線的質(zhì)量以及隧道有效斷面。⑨成環(huán)管片縱、環(huán)向螺栓連接的緊密程度將直接影響到隧道的整體性能和質(zhì)量。因此在每環(huán)襯砌拼裝結(jié)束后需及時(shí)擰緊連接襯砌的縱、環(huán)向螺栓；在下一環(huán)推進(jìn)過(guò)程中，利用千斤頂頂力的作用，復(fù)緊縱向螺栓；當(dāng)成環(huán)管片推出車架后，再次對(duì)縱、環(huán)向螺栓進(jìn)行復(fù)緊。

(7)同步注漿

由于管片的直徑小于盾構(gòu)的外徑，但是在盾構(gòu)的推進(jìn)過(guò)程中管片與土體之間將產(chǎn)生建筑空隙。為了能控制盾構(gòu)施工時(shí)對(duì)地面沉降的影響需及時(shí)填充這些空隙。所以采用盾構(gòu)一邊向前推進(jìn)，一邊對(duì)盾構(gòu)產(chǎn)生的建筑空隙進(jìn)行及時(shí)填充注漿的方法，即同步注漿法。

3 盾構(gòu)始發(fā)與接收

盾構(gòu)始發(fā)與接收是盾構(gòu)法建造隧道的關(guān)鍵工序，該工序施工工藝的優(yōu)劣將直接影響到建成后隧道或管道的軸線質(zhì)量、始發(fā)與接收洞口處環(huán)境保護(hù)的成效及工程施工的成敗。下面結(jié)合工程實(shí)際對(duì)盾構(gòu)的始發(fā)與接收施工工藝提出一些建議。

3.1 盾構(gòu)始發(fā)施工

3.1.1 洞門(mén)鑿除

區(qū)間隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用地下連續(xù)墻，在洞門(mén)加固取芯強(qiáng)度及抗?jié)B指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求及洞門(mén)樣洞情況良好的條件下，對(duì)洞門(mén)進(jìn)行鑿除。在洞門(mén)鑿除前，需要在洞門(mén)圈內(nèi)打探孔，對(duì)洞門(mén)地基加固情況進(jìn)行觀察，根據(jù)實(shí)際情況開(kāi)不小于9個(gè)探孔。探孔分布圖如圖2所示。只有當(dāng)確定洞門(mén)外土體滿足施工所需的自立性和止水性要求時(shí)方可鑿除洞門(mén)[4]。

圖2 探孔分布圖

鑿除洞門(mén)時(shí)先對(duì)地下連續(xù)墻進(jìn)行分塊，逐步鑿除?，F(xiàn)場(chǎng)洞門(mén)分塊鑿除情況如圖3所示。

圖3 鑿除洞門(mén)

3.1.2 盾構(gòu)始發(fā)

為避免盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)損壞洞口密封裝置，可在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。當(dāng)確定刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)影響到止水裝置以及洞圈上布置的導(dǎo)向軌時(shí)，并且盾構(gòu)刀盤(pán)即將靠上正面土體時(shí)，方可旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)使盾構(gòu)推進(jìn)建立正面初始平衡。

為保證盾殼順利進(jìn)入洞圈，及盾構(gòu)在前移的過(guò)程中盾殼與基座(發(fā)射架)接觸良好。盾構(gòu)千斤頂在使用過(guò)程中要注意千斤頂?shù)氖褂没疽韵虏繛橹?，且千斤頂行程差值需基本保持不變?/p>

3.1.3 檢查洞口止水裝置

在盾構(gòu)刀盤(pán)靠上洞圈之前需再次檢查洞門(mén)止水密封裝置的效果，確保盾構(gòu)始發(fā)安全。

3.1.4 穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)和加固區(qū)

盾構(gòu)穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)和加固區(qū)時(shí)需注意如下幾點(diǎn)：

(1)加密測(cè)點(diǎn)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率。

(2)根據(jù)盾構(gòu)切削范圍及各土層特性嚴(yán)格控制出土量，保持在切削方量的98％～100％為宜。

(3)盾構(gòu)推進(jìn)速度宜控制在1 cm/min以內(nèi)，確保盾構(gòu)頂進(jìn)壓力及刀盤(pán)扭距不至于太大，影響盾構(gòu)機(jī)性能。同時(shí)根據(jù)需要在盾構(gòu)正面加入膨潤(rùn)土等，以改良正面的土體。

(4)結(jié)合沉降報(bào)表和其它施工參數(shù)進(jìn)行分析、調(diào)整土壓力。

(5)在盾構(gòu)施工中根據(jù)地面監(jiān)測(cè)信息的分析，結(jié)合推力、推進(jìn)速度和出土量以及千斤頂?shù)木幗M等之間相互關(guān)系，為了減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)土體的擾動(dòng)需控制一次糾偏的量，保持盾構(gòu)推進(jìn)坡度的相對(duì)平穩(wěn)。

(6)當(dāng)負(fù)環(huán)管片脫出盾尾后，周圍無(wú)約束，在推力作用下易發(fā)生變形，為此需采取必要的加固措施(如加橫向臨時(shí)支撐)。

(7)千斤頂總推力控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，不應(yīng)超過(guò)反力架的設(shè)計(jì)荷載。

(8)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入洞門(mén)圈時(shí)，密切注意洞圈止水裝置是否完好，必要時(shí)對(duì)其采取補(bǔ)加固措施，確保密封效果。

(9)安裝負(fù)環(huán)管片時(shí)，保證管片和盾構(gòu)機(jī)下部的合理間隙。為保證盾尾密封效果需保證盾尾油脂的壓入量和均勻性。

(10)在進(jìn)行初始注漿時(shí)，注漿壓力的設(shè)定即需要保證地面沉降在可控范圍內(nèi)，也要考慮洞門(mén)密封裝置的承壓能力。

3.1.5 封堵洞門(mén)

當(dāng)盾尾脫離始發(fā)井或車站內(nèi)壁結(jié)構(gòu)時(shí)，進(jìn)行洞門(mén)封堵。即將洞門(mén)圈鋼板、鉸鏈板與洞口環(huán)管片背覆鋼板焊接，為防止土體從間隙中流失使地面塌落需保證洞圈止水裝置和管片粘結(jié)成整體[5-6]。同時(shí)，在控制注漿壓力的情況下通過(guò)洞門(mén)預(yù)留注漿孔壓注止水材料。

3.2 盾構(gòu)接收施工

3.2.1 盾構(gòu)接收井準(zhǔn)備

盾構(gòu)接收井施工完成后，當(dāng)接收井內(nèi)封堵材料準(zhǔn)備就緒，盾構(gòu)接收基座安裝完成及洞門(mén)位置測(cè)量確認(rèn)后，進(jìn)行盾構(gòu)接收。

(1)盾構(gòu)基座安裝

根據(jù)盾構(gòu)破除洞門(mén)的實(shí)際方位，對(duì)盾構(gòu)基座位置進(jìn)行精確放樣。將基座吊入井下并按照測(cè)量放樣的基線及設(shè)計(jì)的坡度就位拼裝、焊接?；臀缓筮M(jìn)行支撐加固，保證盾構(gòu)基座的整體穩(wěn)定性。

(2)洞圈止水裝置安裝

預(yù)先在洞圈上安裝洞圈止水裝置，確保其牢固。

(3)導(dǎo)向軌安放

為了使盾構(gòu)接收時(shí)有良好的導(dǎo)向，防止盾構(gòu)進(jìn)入洞圈后產(chǎn)生磕頭現(xiàn)象，在洞圈底部安置2根導(dǎo)向軌，超前導(dǎo)向軌道面應(yīng)略微高于弧形止水鋼板。并與盾構(gòu)基座上的兩根導(dǎo)向軌聯(lián)成整體。

(4)洞圈注漿球閥的布設(shè)

為防止盾構(gòu)接收時(shí)泥漿泄露，及時(shí)在滲漏點(diǎn)壓注雙液漿，需在洞圈周圍布設(shè)6～8個(gè)注漿球閥。為了加強(qiáng)注漿效果，注漿球閥后端連接一定長(zhǎng)度的1.5寸鋼管深入至內(nèi)道花紋鋼板。另外，盾構(gòu)接收完成封門(mén)時(shí)，需在隧道內(nèi)管片壁后注漿，此時(shí)注漿球閥還將起到檢驗(yàn)洞圈注漿效果作用。

(5)洞圈清理

由于在洞圈內(nèi)外側(cè)需焊接洞門(mén)止水裝置及封洞門(mén)的弧形鋼板等，因此洞圈必須清理干凈，確保鋼洞圈能與其它鐵質(zhì)裝置牢固焊接。

3.2.2 進(jìn)洞段推進(jìn)要點(diǎn)

(1)盾構(gòu)姿態(tài)的復(fù)核測(cè)量

為使盾構(gòu)以良好的姿態(tài)準(zhǔn)確就位在接收基座上，要做好盾構(gòu)貫通前的測(cè)量工作：復(fù)核盾構(gòu)所處的方位、確認(rèn)盾構(gòu)姿態(tài)。盾構(gòu)接收前的復(fù)核測(cè)量工作也是擬定盾構(gòu)進(jìn)洞段的施工軸線、推進(jìn)坡度和施工方案等的重要依據(jù)。

(2)管片連接

最后10環(huán)管片的縱向螺栓用槽鋼連接，以防盾尾在脫出管片后，管片環(huán)與環(huán)之間間隙被拉大，造成滲水或漏泥。

(3)最后10 m的注漿施工

當(dāng)盾構(gòu)切口位置離槽壁約8 m時(shí)，開(kāi)始通過(guò)盾構(gòu)機(jī)切口環(huán)周邊的6個(gè)注漿孔對(duì)外部土體進(jìn)行注漿，以提高此范圍內(nèi)的土體強(qiáng)度。

3.2.3 盾構(gòu)接收

在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)破除洞門(mén)混凝土后，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)接收時(shí)間。視洞圈滲漏情況采取不同的施工措施。

(1)若最后一環(huán)環(huán)管片留在洞圈內(nèi)。當(dāng)特殊管片脫出盾尾后，用預(yù)先加工的弧形鋼板將特殊管片的端面鋼板和鋼洞圈焊接并注漿。

(2)若最后一環(huán)環(huán)管片部分伸出洞圈。特殊環(huán)管片脫出盾尾后，先將扇形插板插下，緊貼管片外弧面，并焊接牢固，再用雙快水泥封閉管片與鋼板間的空隙，洞圈注漿采用單液漿(水泥漿)壓注。

盾構(gòu)接收時(shí)，如發(fā)現(xiàn)滲漏，應(yīng)以封閉管片與洞圈的間隙為主，并根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)的措施。在滲漏的過(guò)程中，必要時(shí)可以壓注聚氨脂防水。洞門(mén)封閉完成后，再進(jìn)行注漿加固穩(wěn)定隧道。

如出現(xiàn)洞圈有一定的滲漏或滲漏較為嚴(yán)重，會(huì)影響周邊環(huán)境時(shí)，可采用二次進(jìn)洞的方案。即當(dāng)盾殼尾部即將脫離加固區(qū)時(shí)進(jìn)行第一次封門(mén)，然后進(jìn)行壁后注漿保證進(jìn)洞加固段的密封性，確保第二次進(jìn)洞時(shí)的安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文就盾構(gòu)掘進(jìn)始發(fā)、接收以及正常段掘進(jìn)施工工藝進(jìn)行了闡述，提出了在每個(gè)施工階段的關(guān)鍵點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的控制措施，為類似工程的盾構(gòu)施工提供了必要的施工工藝流程。希望今后能類似工程提供參考。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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