復(fù)合地層盾構(gòu)施工過程控制技術(shù)

胡方明

摘要：在城市軌道的建設(shè)中，盾構(gòu)施工技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，本文以青島地鐵1號線汽流區(qū)間為例，分析了在復(fù)合地層中采用盾構(gòu)技術(shù)進行施工所具有的優(yōu)勢，本文主要闡述了地鐵盾構(gòu)施工中的控制要點，包括掘進參數(shù)擬定以及壁后注漿的施工控制，姿態(tài)的控制，管片拼裝的控制，測量工作的控制等，為城市軌道建設(shè)質(zhì)量的提高提供有參考價值。

關(guān)鍵詞：復(fù)合地層;盾構(gòu)施工技術(shù);控制要點

1.工程概況

青島地鐵1號線汽流區(qū)間隧道設(shè)計起訖里程：K58+309.21～K60+344.255，全長約3036m。本區(qū)間出汽車北站向北穿越雙流高架路基段、變電所、白沙河、軍事用地及機場用地，止于流亭機場。區(qū)間隧道穿越全斷面微風(fēng)化、中風(fēng)化和強風(fēng)化巖層，穿越軟弱不均巖層，穿越含卵石粗砂礫層，且地下水豐富。

2.盾構(gòu)施工過程控制技術(shù)

在復(fù)合地層中控制好盾構(gòu)施工過程中的各項參數(shù)和控制要點，做好各項措施，才能保證盾構(gòu)隧道的質(zhì)量和安全，接下來對一些盾構(gòu)施工的控制要點和方法進行探討。

2.1擬定掘進參數(shù)

根據(jù)盾構(gòu)穿越地層的地質(zhì)和地表情況，以及復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機技術(shù)參數(shù)，擬定掘進參數(shù)A，分段下達掘進指令。在實際掘進過程中，根據(jù)地層的變化，掘進參數(shù)動態(tài)調(diào)整，如明確土壓、推力、刀盤轉(zhuǎn)速、推進速度、扭矩、貫入度等的控制范圍，保證盾構(gòu)機勻速前進，施工正常。

2.2注漿控制

堅持“無漿不推” 原則，注漿跟掘進保持同步，保證注漿壓力和注漿量。

（1）根據(jù)風(fēng)險源等級及地層水文、每環(huán)施工時間及日進度確定同步漿液初凝時間，確保管片脫出盾尾時，漿液已凝固;

（2）準確統(tǒng)計出土量，確定同步注漿方量和壓力，保證間隙及時填充;

（3）根據(jù)地層情況及時調(diào)整漿液配比，保證漿液質(zhì)量;

（4）每日上報地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，重要區(qū)域增加監(jiān)測頻次，必要時進行二次注漿。

（5）為減小管片上浮趨勢，同步注漿使用上兩路注漿，低限警告壓力設(shè)置1.0bar，啟動壓力設(shè)置2.0bar，停止壓力設(shè)置4.0bar。

（6）對注漿量不足的位置特別記錄，在離盾尾8環(huán)后進行二次補漿，保證管片壁后間隙填充密實。

2.3渣土改良控制

選用泡沫作為渣土改良劑，泡沫的作用如下：

（1）可以降低土體的摩擦性，減小刀具的磨損程度。

（2）改善渣土流動性，減少 “泥餅”、“堵塞”現(xiàn)象，保證開挖面穩(wěn)定。

（3）降低土體的黏附性，提高排土效率。

（4）降低渣土的透水性，有效防止掘進中噴涌的發(fā)生，保證挖掘過程的壓力。

（5）有效降低刀盤扭矩，起潤滑和冷卻作用。

根據(jù)地層調(diào)整泡沫系統(tǒng)的氣流量、泡沫注入比、泡沫原液比例和泡沫膨脹率，時刻觀察渣土的性狀，確保改良好渣土。

2.4盾尾密封控制

根據(jù)不同地層設(shè)置不同的注脂壓力，油脂壓力軟巖地層壓力控制在18～22bar，富水地層盾尾油脂控制在20～28bar，油脂注入要均勻、連續(xù)、足量，保護盾尾刷，保證盾尾密封良好。

2.5盾構(gòu)姿態(tài)控制

為保證成型隧道的中心線較好的符合設(shè)計線路，盾構(gòu)機需要保持良好的姿態(tài)，需要對掘進過程中盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生偏離的進行糾偏，盡可能地減少每次糾偏的幅度，要堅持“勤監(jiān)測、勤糾偏、小糾偏”的原則。

水平姿態(tài)：水平偏差值，右偏為正，左偏為負。

垂直姿態(tài)：高程偏差值，沿坡度向上為正，向下為負。

盾構(gòu)側(cè)滾：左轉(zhuǎn)為負，右轉(zhuǎn)為正。

（1）通過調(diào)節(jié)分組油缸的推進力與油缸行程從而實現(xiàn)盾構(gòu)的水平調(diào)向和垂直調(diào)向。

（2）掘進速度的快慢與調(diào)向也有直接的關(guān)系，速度慢對調(diào)向更為有利。

（3）合理選用管片類型保證盾尾間隙糾偏。

（4）鉸接控制。

（5）滾動控制。

①調(diào)整刀盤旋轉(zhuǎn)方向。

②管片拼裝采取左右交叉順序。

③調(diào)整兩腰推進油缸，使其軸線與盾構(gòu)軸線不平行，增加摩擦力。

（6）趨勢調(diào)節(jié)。

趨勢調(diào)節(jié)不能太大，否則會造成急于糾偏的現(xiàn)象，大趨勢變化由大方位變化而來。趨勢要與管片楔形量調(diào)整大小匹配，在管片能夠調(diào)整的范圍內(nèi)進行調(diào)向。也就是要跟著管片方向進行調(diào)向。反之則容易使管片與盾尾卡死，鉸接拉力及行程會增加。

2.6管片拼裝控制

（1）管片驗收。

①指派專人駐場，對管片生產(chǎn)全過程進行質(zhì)量監(jiān)督，達到齡期的管片進行出廠檢查驗收，驗收合格后才能出廠。

②管片進場后，嚴格按要求對管片進行檢查驗收，合格后方能卸車。

（2）管片防水粘貼。

①管片表面清理后，槽道采用定制油刷涂刷。

②止水條涂膠后，角部對棱，邊緣進槽，兩邊推壓。

③管片定框刷膠，襯墊均勻滿涂。

④膠錘敲擊，確保粘接密實。

⑤設(shè)棚遮陽避雨，預(yù)防醒膠脫落。

（3）管片拼裝。

①拼裝前，用水清洗管片。

②拼裝時，采用游標卡尺控制管片錯臺。

③封頂塊先徑向插入1/3，調(diào)整位置后緩慢縱向頂推，防止損壞管片及防水密封條。

④管片連接螺栓3次復(fù)緊，即管片螺栓在管片拼裝定位時初緊;管片脫出盾尾進行復(fù)緊;后續(xù)盾構(gòu)掘進時，在每環(huán)管片拼裝之前，對相鄰拼裝成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)螺栓進行全面復(fù)緊，復(fù)緊使用1m長加力桿扳手。

⑤復(fù)緊后用扭矩扳手檢測是否合格。

⑥管片錯臺按照規(guī)范要求檢測，相鄰管片環(huán)間錯臺≤6mm，相鄰管片環(huán)內(nèi)錯臺≤5mm。

2.7出渣量控制

土倉內(nèi)土壓力以螺旋輸送機轉(zhuǎn)速和出土門的開度控制，即以出

土量控制。巖層理論出土量：

V =π×（D/2）2×L×S

D—刀盤直徑，L—管片寬度，S—松散系數(shù)

出土量多少直接影響到刀盤正面土壓力和開挖面的穩(wěn)定，控制排土量是控制地表變形的重要措施。盾構(gòu)在保持一定正面土壓力時，其排土量取決于輸送機的轉(zhuǎn)速，而螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速與盾構(gòu)推進千斤頂推進速度協(xié)調(diào)，較好保持土壓平衡。

采用土壓平衡模式掘進，實際出土量控制出土量在理論的98%～100%之間，以維持一定土壓力，保證盾構(gòu)正面土體的穩(wěn)定。對出土量超出的位置里程單獨記錄，待脫出盾尾后及時補注漿填充空隙;另根據(jù)地表沉降監(jiān)測情況進行注漿，必要時進行地表注漿穩(wěn)固地層，控制沉降。

2.8測量控制

（1）盾構(gòu)掘進測量

計算隧道設(shè)計中線的坐標、新建工程導(dǎo)入線路數(shù)據(jù)，盾構(gòu)機零位數(shù)據(jù)輸入（始發(fā)棱鏡坐標、盾首盾尾坐標等），按照導(dǎo)向系統(tǒng)正常運行顯示的參數(shù)進行推進。在盾構(gòu)推進過程中可對各種參數(shù)進行查詢和導(dǎo)出，定期對工程數(shù)據(jù)備份防止數(shù)據(jù)丟失。

（2）盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)核測量

為保證導(dǎo)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，盾構(gòu)機每掘進100米就要進行盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)核。通過測設(shè)盾構(gòu)機內(nèi)安置的測點坐標，計算出盾構(gòu)姿態(tài)檢核導(dǎo)向系統(tǒng)顯示姿態(tài)。

（3）管片姿態(tài)側(cè)量

管片姿態(tài)測量采用橫尺法，計算出管片的水平偏差、垂直偏差。管片每天測量，20環(huán)一個批次，每次管片測量重疊5環(huán)，防止管片浮動。

3.實施效果

通過對以上控制要點的全面細致管控，在此種復(fù)合地層中，盾構(gòu)施工單日單線最高掘進記錄是16環(huán)，單班單線最高掘進記錄是9環(huán)。汽流區(qū)間盾構(gòu)施工平穩(wěn)順利的完成，各項施工質(zhì)量均達標，圓滿的完成了施工任務(wù)。

4.結(jié)語

盾構(gòu)法隧道施工，通過多年不斷摸索和實踐已經(jīng)形成了一套比較成熟的施工技術(shù)，在地鐵建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在原有的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展（如大直徑盾構(gòu)），這對施工人員素質(zhì)提出了更高的要求，更需施工人員通過不斷學(xué)習(xí)和實踐，掌握盾構(gòu)法隧道施工中的控制要點及相應(yīng)對策，才能為今后盾構(gòu)法隧道施工質(zhì)量、施工安全提供有力的保證。

參考文獻：

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（作者單位：上海華鐵工程咨詢有限公司）