小半徑曲線盾構(gòu)隧道管片錯(cuò)臺(tái)控制技術(shù)研究

吳發(fā)展 尹粵 宋仕雄 陳亞憲

摘 要：小半徑曲線盾構(gòu)隧道工程，管片向外側(cè)扭曲擠壓地層，使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復(fù)雜的影響。可見(jiàn)，管片安裝好壞直接影響隧道的質(zhì)量和使用壽命。由此，本文依托小半徑曲線盾構(gòu)電纜隧道調(diào)查管片拼裝錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況，對(duì)超標(biāo)原因進(jìn)行分析，并針對(duì)性地提出具體的控制措施，提高管片拼裝質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：小半徑曲線;盾構(gòu);管片;錯(cuò)臺(tái)

中圖分類號(hào)：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）02-0086-03

Research on Control Technology of Slice Stagger in Small?Radius Curved Shield Tunnel

Abstract： In the small radius curve shield tunnel project， the segments twist and squeeze the stratum outward， which makes the stratum and segment structure suffer complex influence. It can be seen that the installation of segment directly affects the quality and service life of the tunnel. Therefore， this paper relied on the statistics of small radius curve shield cable tunnel to investigate the over-standard of segment assembling staggered platform， analyzed the reasons for the over-standard， and put forward specific control measures to improve the quality of segment assembling.

Keywords： curve in small radius;shield;segment;step

城市地下空間利用和建設(shè)，受地面既有建筑物和地下空間的限制，出現(xiàn)了大量小半徑曲線隧道工程。小半徑曲線盾構(gòu)外側(cè)呈擠壓狀態(tài)。管片向外側(cè)扭曲擠壓地層，使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復(fù)雜的影響。管片安裝好壞直接影響隧道的質(zhì)量和使用壽命。蒙曉蓮[1]以廣州地鐵4、5號(hào)線直線電機(jī)盾構(gòu)隧道工程為背景，針對(duì)直線電機(jī)隧道大坡度和小曲線半徑的顯著特性，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比分析等方法，對(duì)小半徑、大坡度線路條件下盾構(gòu)隧道施工開(kāi)挖面穩(wěn)定性和管片受力相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究探討。薄帥帥[2]運(yùn)用數(shù)值模擬研究管片結(jié)構(gòu)受力等效應(yīng)力和管片接頭的力學(xué)狀態(tài)等情況。劉建國(guó)研究了盾構(gòu)隧道管片拼裝質(zhì)量控制技術(shù)，分析管片拼裝錯(cuò)臺(tái)的原因，并提出相應(yīng)的防治措施。本文依托電纜隧道，研究小半徑曲線盾構(gòu)隧道管片錯(cuò)臺(tái)控制技術(shù)。

1 工程概況

深圳電網(wǎng)北環(huán)110kV架空線改造入地電纜隧道工程土建I標(biāo)南線隧道位于深圳市福田區(qū)，從筆架山公園南側(cè)坡腳開(kāi)始，向南穿行筍崗西路、中心公園，至深南東路轉(zhuǎn)向西行，沿深南大道經(jīng)福田河、深南皇崗立交至深南彩田立交，沿彩田路西側(cè)南行，至終點(diǎn)為220kV福華變電站，南線主要長(zhǎng)度為4 044m，其中盾構(gòu)隧道全長(zhǎng)3 965.956m。盾構(gòu)隧道設(shè)5處曲線，其中3處最小半徑為250m（見(jiàn)表1），設(shè)置4個(gè)區(qū)間，最長(zhǎng)區(qū)間為1 456m（見(jiàn)圖1）。

工程地質(zhì)情況如下。隧道沿線范圍內(nèi)上覆人工素填土、沖洪積粉質(zhì)黏土、粗砂、黏土及殘積土，下伏基巖為燕山期花崗巖。隧道局部地段洞身穿越中、微風(fēng)化巖層或隧道開(kāi)挖面上軟下硬。地下水主要表現(xiàn)為松散土層孔隙水、孔隙潛水及基巖裂隙水。隧道埋深在28～32m，沿線地下水穩(wěn)定水面埋藏深度0.60～18.00m，標(biāo)高介于0.05～9.00m，且有一定承壓性。

2 管片拼裝情況

設(shè)計(jì)管片外徑4.6m，內(nèi)徑4.0m，管片寬度1.2m，管片厚度0.3m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50P10。

2.1 管片拼裝要求

本工程管片拼裝允許偏差滿足《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50446—2008）和《地下鐵道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50299—2018）規(guī)定，成型隧道相鄰管片徑向錯(cuò)臺(tái)大于10mm、相鄰管片環(huán)向錯(cuò)臺(tái)大于15mm的超標(biāo)率≤5%。為打造精品優(yōu)質(zhì)工程，超標(biāo)率控制在4%以內(nèi)。

2.2 管片拼裝調(diào)查

項(xiàng)目部調(diào)查第一段小半徑曲線第352—401環(huán)共400處點(diǎn)位，其中有40處點(diǎn)位發(fā)生錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)的現(xiàn)象（見(jiàn)表2）。

2.3 調(diào)查結(jié)果

調(diào)查結(jié)果顯示，曲線段管片錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)率高出驗(yàn)收允許值（5%），且超標(biāo)率還在繼續(xù)擴(kuò)大。

3 調(diào)查分析

根據(jù)管片超標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況，對(duì)超標(biāo)原因進(jìn)行調(diào)查分析。

3.1 管片糾偏幅度過(guò)大

通過(guò)查找第364環(huán)的掘進(jìn)記錄（左轉(zhuǎn)），盾構(gòu)水平姿態(tài)為+51mm。此時(shí)，盾構(gòu)司機(jī)為了防止盾構(gòu)機(jī)進(jìn)一步偏離中線，采取了加大左右油壓差的方式進(jìn)行糾偏。但是，在操作過(guò)程中，糾偏幅度過(guò)大，造成連續(xù)3環(huán)的盾尾間隙過(guò)小，從而造成盾尾尾刷擠壓管片導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)。

3.2 管片拼裝點(diǎn)位選取錯(cuò)誤

通過(guò)查找第378環(huán)的掘進(jìn)記錄（左轉(zhuǎn)），盾尾間隙左側(cè)為75mm，右側(cè)為56mm，根據(jù)盾尾間隙、掘進(jìn)油缸行程差及鉸接油缸行程差，選擇了時(shí)鐘1點(diǎn)位，管片點(diǎn)位選取不當(dāng)，故而造成拼完之后的第379環(huán)出現(xiàn)盾尾間隙小，從而導(dǎo)致在下環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中盾尾尾刷臺(tái)階擠壓管片造成錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)。

3.3 管片拼裝操作不當(dāng)

調(diào)閱第380—384環(huán)的掘進(jìn)記錄表及拼裝時(shí)間發(fā)現(xiàn)：當(dāng)天白班完成掘進(jìn)12環(huán)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，管片調(diào)運(yùn)+拼裝時(shí)間應(yīng)在15～20min。翻閱拼裝記錄，發(fā)現(xiàn)當(dāng)天拼裝時(shí)間平均為13min?，F(xiàn)場(chǎng)值班人員反映，為了趕工，管片拼裝時(shí)只進(jìn)行了粗調(diào)。在拼裝環(huán)節(jié)，其錯(cuò)臺(tái)量已超標(biāo)?？梢?jiàn)，源頭上把控不到位導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)量超標(biāo)。

4 控制措施

通過(guò)調(diào)查分析，制定針對(duì)性的控制管片錯(cuò)臺(tái)對(duì)策（見(jiàn)表3）。

4.1 理論計(jì)算與實(shí)際操作結(jié)合，確定最大糾偏量

技術(shù)人員對(duì)小半徑曲線左右油缸行程差進(jìn)行了理論計(jì)算，其理論值為20.64mm。

[Δ=l×R+r2R-l×R-r2RmmΔ=1 200×4.3250=20.64mm] ? ? ? ? ? （1）

式中，[Δ]表示油缸行程差;[l]表示每環(huán)掘進(jìn)長(zhǎng)度;[R]表示曲線半徑;[r]表示油缸安裝直徑。

曲線盾構(gòu)推進(jìn)每環(huán)都在糾偏，通過(guò)盾構(gòu)千斤頂行程差控制糾偏量，逐環(huán)小量糾偏，防止過(guò)量糾偏對(duì)已拼裝管片和盾尾密封的損壞，糾偏量控制在2～3mm/m。每次糾偏量需保證楔形塊環(huán)面處于曲線半徑的徑向豎直面內(nèi)。管片與盾尾的間隙影響管片拼裝質(zhì)量及盾構(gòu)糾偏，通過(guò)盾構(gòu)方向調(diào)整使四周間隙基本相同。

在實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中，連續(xù)三環(huán)油行程缸差在26mm時(shí)，發(fā)現(xiàn)盾尾間隙逐漸減小，鉸接油缸壓力上升。通過(guò)調(diào)整油缸行程差及管片拼裝位點(diǎn)后使其降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍，經(jīng)多次試驗(yàn)后，左右油缸行程差控制在24mm時(shí)，對(duì)盾尾間隙無(wú)影響。此時(shí)，鉸接壓力為180bar，鉸接油缸位移差為80mm。

后續(xù)每環(huán)掘進(jìn)油缸行程差控制在24mm。此時(shí)，可以保證盾尾間隙每環(huán)的變化量能適應(yīng)刀盤(pán)的開(kāi)挖輪廓，否則超過(guò)該值后易造成盾尾與管片擠壓形成錯(cuò)臺(tái)。

4.2 技術(shù)人員對(duì)管片拼裝點(diǎn)位選取進(jìn)行技術(shù)交底

第一，技術(shù)人員對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)人員下發(fā)管片拼裝點(diǎn)位選取施工技術(shù)交底并進(jìn)行培訓(xùn)。通過(guò)進(jìn)行交底培訓(xùn)，讓現(xiàn)場(chǎng)人員了解管片構(gòu)造、楔形量控制以及管片超前量如何計(jì)算。

第二，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管片拼裝點(diǎn)位選取指導(dǎo)，結(jié)合理論數(shù)據(jù)，確認(rèn)選擇的管片是否超前或者滯后，管片安裝順序從底部標(biāo)準(zhǔn)塊開(kāi)始向上拼裝相鄰塊，在隧道頂部拼裝封頂塊。

通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，合理進(jìn)行管片拼裝點(diǎn)位的選擇，糾偏后盾尾間隙均大于45mm。

4.3 選聘經(jīng)驗(yàn)豐富的管片拼裝工現(xiàn)場(chǎng)示范

第一，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)人員下發(fā)管片拼裝施工技術(shù)交底并進(jìn)行培訓(xùn)。通過(guò)進(jìn)行交底培訓(xùn)，讓現(xiàn)場(chǎng)人員熟悉管片構(gòu)造、管片拼裝的操作要求。

第二，拼裝工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)示范交底，并講述關(guān)鍵部位的把控。

管片拼裝后允許偏差相鄰管片的徑向錯(cuò)臺(tái)不超過(guò)5mm，相鄰環(huán)管片的環(huán)面錯(cuò)臺(tái)不超過(guò)6mm。

5 效果驗(yàn)證

控制錯(cuò)臺(tái)措施在第2段小曲線段實(shí)施后，共檢測(cè)點(diǎn)位400處，累計(jì)錯(cuò)臺(tái)點(diǎn)位為17處，錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)率為17/400=4.25%，達(dá)到驗(yàn)收要求（不超過(guò)5%），但未達(dá)到當(dāng)初確定的目標(biāo)（4%）。第二段250m小半徑曲線錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)調(diào)查表見(jiàn)表4。從后半段25環(huán)的錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)率來(lái)看，達(dá)到4%的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的，需要進(jìn)一步控制。

6 底部錯(cuò)臺(tái)控制

通過(guò)對(duì)第二段250m小半徑曲線管片記錄進(jìn)行分析與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)部分在成環(huán)管片的底部較多。這主要是因?yàn)槲纯紤]雨季施工因素。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)試驗(yàn)，將現(xiàn)場(chǎng)細(xì)砂的含水率調(diào)整為與雨季一致，其他配合比數(shù)據(jù)不變，實(shí)測(cè)初凝時(shí)間為10h，不符合方案要求的為6h。對(duì)此，提出以下控制措施。

計(jì)算施工配合比，合理進(jìn)行含水量的調(diào)整。對(duì)每次進(jìn)場(chǎng)的細(xì)砂進(jìn)行含水量測(cè)定，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試拌確定砂漿漿液初凝時(shí)間。

調(diào)整配合之后測(cè)定砂漿漿液。漿液初凝時(shí)間為6h，滿足方案要求的同步注漿初凝時(shí)間在4～6h。

控制錯(cuò)臺(tái)措施在第3段小曲線段實(shí)施后，共檢測(cè)點(diǎn)位400處，累計(jì)錯(cuò)臺(tái)點(diǎn)位為14處，錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)率為14/400=3.5%，符合《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50446—2008），且符合當(dāng)初制定的質(zhì)量控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)臺(tái)超標(biāo)率4%以內(nèi)的目標(biāo)（見(jiàn)表5）。

7 控制效果及鞏固措施

7.1 控制效果

管片拼裝質(zhì)量得到顯著改善，二次注漿費(fèi)用、管片修補(bǔ)費(fèi)用大幅降低，管片破損頻率大幅下降，平均日掘進(jìn)環(huán)數(shù)增加1.5環(huán)，施工效率提高，施工進(jìn)度加快，為企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益（見(jiàn)表6）。

7.2 鞏固措施

編制《盾構(gòu)隧道施工安全質(zhì)量管理手冊(cè)》下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)管理人員和操作人員手中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，制作幻燈片，舉辦學(xué)習(xí)班，深入施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)，不斷提高施工人員素質(zhì)，保證施工質(zhì)量。

8 結(jié)論

在具體施工中，要注意：理論計(jì)算與實(shí)際操作結(jié)合，確定最大糾偏量，每次糾偏量需要保證楔形塊環(huán)面處于曲線半徑的徑向豎直面內(nèi);雨季每工作班應(yīng)測(cè)定細(xì)砂含水率，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試拌確定砂漿漿液初凝時(shí)間。

對(duì)施工成型的盾構(gòu)隧道管片拼裝質(zhì)量進(jìn)行抽查，管片拼裝質(zhì)量有很大的改善，管片錯(cuò)臺(tái)大于10mm的比例降低到3.5%，提高了管片拼裝質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒙曉蓮.大坡度小半徑線路情況對(duì)盾構(gòu)法施工開(kāi)挖面穩(wěn)定性及管片受力影響的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[2]薄帥帥.盾構(gòu)施工對(duì)管片結(jié)構(gòu)受力的影響分析[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.