高盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)曲線始發(fā)技術(shù)

張軍榮

以成都地鐵8號線殷家林站～高朋大道站區(qū)間地鐵施工為例，工程地質(zhì)及周邊環(huán)境較為復(fù)雜。其主要技術(shù)控制節(jié)點為始發(fā)、過站、到達(dá)、管片拼裝、掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化、穿越建筑物、穿越西環(huán)鐵路、下穿既有地鐵線路等幾項重點闡述。

一、工程概況

殷家林站～高朋大道站位于成都市武侯區(qū)科園大道路與南三環(huán)路五段之間，區(qū)間線路由殷家林站起往正北方向下穿至高朋大道站風(fēng)亭。該段區(qū)間最小平面曲線半徑為350m，最大縱坡為24‰，隧道埋深8.40～25.09m。區(qū)間左線里程范圍為ZK29+193.259～ZK30+285.013，長鏈13.128m，區(qū)間左線長1104.881m。區(qū)間右線里程范圍為YK29+210.261～YK30+285.012，長鏈8.608m，區(qū)間右線長1083.359m。

二、盾構(gòu)小曲線始發(fā)的難點關(guān)鍵點

1.地質(zhì)條件復(fù)雜

始發(fā)段覆土埋深8.4m，全斷面穿越<2-5-2>稍密卵石地層，卵石約占55%～60%，卵石最大粒徑200mm，一般粒徑20～80mm。本段地處岷江水系Ⅰ級階地，無地表水經(jīng)過。地下水主要有賦存于粘性土層之上填土層中的上層滯水、第四系砂、卵石層的孔隙潛水和基巖裂隙水。始發(fā)段地層具有穩(wěn)定性差、透氣性大、地下水豐富、水位高、水壓力大等特點，推進(jìn)時各參數(shù)的合理選擇成為關(guān)鍵。

2.始發(fā)線路的合理選擇

盾構(gòu)始發(fā)井在平面位置為半徑R350m的圓曲線段，豎向位置在半徑R3000的豎曲線上。受盾構(gòu)始發(fā)條件限制，盾構(gòu)始發(fā)托架，負(fù)環(huán)管片和反力架難以布置成相應(yīng)的曲線形狀。盾構(gòu)機在始發(fā)托架上只能沿直線推進(jìn)，掘進(jìn)軌跡產(chǎn)生偏差后糾偏將十分困難。因此，盾構(gòu)始發(fā)路徑的合理選擇是盾構(gòu)曲線始發(fā)能否成功的一大難點和關(guān)鍵。

3.負(fù)環(huán)管片和反力架的設(shè)置

盾構(gòu)曲線始發(fā)時，盾構(gòu)掘進(jìn)反作用力的大小和方向都具有較大不確定性和不均勻性。負(fù)環(huán)管片和反力架能否穩(wěn)定可靠的提供反力，將盾構(gòu)機成功推進(jìn)至加固體，是始發(fā)成功的關(guān)鍵。

三、始發(fā)工藝

1.加固措施

盾構(gòu)始發(fā)前將地下水位降至隧道底3m以下后，先采用袖閥管注漿對始發(fā)端頭范圍進(jìn)行地面注漿加固(圖1)，后采用108大管棚對盾構(gòu)洞門注漿加固（圖2），以上措施對地層既有空隙進(jìn)行填充，并將地層固結(jié)，地層加固后無側(cè)限抗壓強度不小于1MPa。確保盾構(gòu)始發(fā)地層的穩(wěn)定，施工安全。

圖1 始發(fā)端袖閥管加固圖

圖2 洞門大棚管加固圖

2.始發(fā)線路設(shè)計

反力架與托架及支撐系統(tǒng)布置成一條直線，做圓曲線的割線布置（圖3），從始發(fā)洞門開始其中心路徑前10m沿隧道設(shè)計中心線（ R350m曲線）的割線（該割線通過始發(fā)洞門中心線）推進(jìn)，待盾尾脫離基座后逐步調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)使盾構(gòu)沿隧道設(shè)計線路推進(jìn)。

圖3 曲線始發(fā)布置圖

3.導(dǎo)向系統(tǒng)

殷家林站～高朋大道區(qū)間左線中鐵裝備62盾構(gòu)機采用日本演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)(三棱鏡)，右線海瑞克S768盾構(gòu)機采用德國VMT導(dǎo)向系統(tǒng)（激光靶）。熟悉了解這兩種導(dǎo)向系統(tǒng)特性，組成原理，確保盾構(gòu)機掘進(jìn)過程中導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)正確，系統(tǒng)運行正常。

4.導(dǎo)臺

為防止盾構(gòu)機始發(fā)時栽頭，在距離洞門鋼環(huán)內(nèi)側(cè)0.45m（防水簾布0.4m）處施作混凝土導(dǎo)臺見圖4：

圖4 混凝土導(dǎo)臺示意圖

5.洞門鑿除

鋼環(huán)內(nèi)掌子面的鑿除工作，洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)為玻璃纖維筋圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)，刀盤長度0.8m、防水簾布0.4m，相加得1.2m，這是洞門所需凈長的最小值。如果根據(jù)刀盤長度加防水簾布的計算方法來計算所需鑿除混凝土厚度的話，會造成刀盤的左側(cè)已經(jīng)抵達(dá)掌子面而右側(cè)還沒接觸到的情況，因為本工程盾構(gòu)機軸線與設(shè)計軸線存在角度的問題，嚴(yán)重的可能會刀盤切口未全進(jìn)入簾布內(nèi)，轉(zhuǎn)動刀盤時會與折頁壓板發(fā)生碰撞，最終導(dǎo)致折頁壓板被損壞無法進(jìn)行掘進(jìn)，根據(jù)計算得右側(cè)需比左側(cè)多鑿除0.5m方可滿足盾構(gòu)始發(fā)要求（圖5-1-2）。

圖5-1 洞門鑿除示意圖

圖5-2 洞門鑿除示意圖

四、盾構(gòu)始發(fā)過程控制

1.反力架變形監(jiān)測

（1）監(jiān)測點布置：框架橫梁、立柱、各布設(shè)3個監(jiān)測點。監(jiān)測點所在位置為該反力架變形最大位置。

（2）反力架變形監(jiān)測方法：在各測點貼上反光貼片，采用精密全站儀測設(shè)個測點的三維坐標(biāo)，通過相鄰兩次觀測數(shù)據(jù)比較，就可得出各測點各方向的位移量。

（3）監(jiān)測頻率及數(shù)據(jù)處理：監(jiān)測負(fù)6～正30環(huán)，環(huán)環(huán)必測，盾構(gòu)機掘進(jìn)開始前觀測一次，盾構(gòu)機掘進(jìn)中觀測兩次，盾構(gòu)機推進(jìn)結(jié)束后觀測一次，每次觀測結(jié)束后，及時整理觀測記錄、計算當(dāng)次變形量和累積變形量。

2.盾構(gòu)始發(fā)過程控制

盾構(gòu)始發(fā)時其交接角度為零，盾構(gòu)中心軸線位于隧道設(shè)計中心線的外側(cè)，即處于盾構(gòu)始發(fā)路徑的延長線上，坡度小于隧道設(shè)計坡度盾構(gòu)機前點高于后點30mm。盾構(gòu)機前點下沉，盾構(gòu)機姿態(tài)還在控制范圍。盾構(gòu)離開始發(fā)基座前基本沿著預(yù)定始發(fā)路徑直線前進(jìn)，在此期間盾構(gòu)需切割洞門加固體，以慢速、低壓為推進(jìn)原則，以保證盾構(gòu)姿態(tài)的穩(wěn)定。

3.負(fù)環(huán)加固

負(fù)環(huán)采用7環(huán)1.5m標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，正環(huán)采用1.2m管片，將標(biāo)準(zhǔn)環(huán)點位對拼形成直線環(huán)的方法布置，0環(huán)進(jìn)入洞門鋼環(huán)0.7m，隧道貫通后將0環(huán)拔出，施工洞門后澆環(huán)梁。為防止曲線始發(fā)受力不均，受力方向復(fù)雜等問題，本工程負(fù)環(huán)加固采用多方面立體加固，兩側(cè)采用型鋼支撐、全環(huán)采用鋼絲繩花籃組合緊固。

圖6 殷家林站～高朋大道站區(qū)間右線-6環(huán)～50環(huán)盾構(gòu)機姿態(tài)

4.實際掘進(jìn)姿態(tài)數(shù)據(jù)

圖7 殷家林站～高朋大道站區(qū)間左線-6環(huán)～14環(huán)盾構(gòu)機姿態(tài)

平面姿態(tài)在掘進(jìn)6環(huán)后才做出調(diào)整，6環(huán)=9m，盾構(gòu)機長度為9m，既盾構(gòu)機全部進(jìn)入土體后進(jìn)行逐步調(diào)整，掘進(jìn)10環(huán)已經(jīng)緊貼設(shè)計軸線（圖6、圖7）。

左右線盾頭脫離托架后垂直姿態(tài)變化比較明顯，盾構(gòu)機有掉頭趨勢，到正3環(huán)時才有所調(diào)整，盾構(gòu)始發(fā)段為9‰～24‰變坡段，始發(fā)井處將盾構(gòu)機前點抬高3cm仰頭始發(fā)防止掉頭的做法是有意義的。

五、 結(jié)語

本次始發(fā)盾構(gòu)機姿態(tài)在控制范圍，根據(jù)專業(yè)測量單位檢測結(jié)果，本工程小半徑、大坡度盾構(gòu)始發(fā)非常成功，管片成型姿態(tài)，水平偏差最大42mm、高程偏差最大46mm，管片錯臺在5mm以內(nèi)，地面最大隆起1mm，最大沉降11mm，未出現(xiàn)房屋開裂和地下構(gòu)筑物及管線破壞現(xiàn)象。