管廊盾構(gòu)下穿建筑中掘進(jìn)參數(shù)的控制策略

馬永博

摘要：本文以石家莊市塔北路綜合管廊工程 DJ-03～DJ-04-02區(qū)間盾構(gòu)下穿建筑物工程為例，深入研究盾構(gòu)下穿建筑中掘進(jìn)參數(shù)的控制策略，具有重要意義。

Abstract： This paper takes the DJ-03～DJ-04-02 section of the comprehensive pipe gallery project of Tabei Road， Shijiazhuang City as an example， and studies the control strategy of the tunneling parameters in the shield tunnel underpass the buildings. It is of great significance.

關(guān)鍵詞：盾構(gòu);下穿建筑;掘進(jìn)參數(shù);控制策略

Key words： shield;underpass construction;tunneling parameters;control strategy

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0133-03

0 ?引言

盾構(gòu)法是一種工法，能夠有效拓展地下空間，具有多種特點(diǎn)，如成型隧道質(zhì)量高、施工環(huán)境良好、開(kāi)挖掘進(jìn)速度較快、施工機(jī)械化程度高、對(duì)施工周邊環(huán)境影響較小等。但是針對(duì)盾構(gòu)機(jī)穿越的地層，因其自身的多種特點(diǎn)，如多變性、復(fù)雜性、不可預(yù)見(jiàn)性等，所以在實(shí)際施工過(guò)程中，常常會(huì)存在多種無(wú)法預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在地質(zhì)較差條件下，在下穿建筑物時(shí)，因存在非常大的施工風(fēng)險(xiǎn)，極易破壞、損壞建筑物，出現(xiàn)嚴(yán)重的人員傷亡事故現(xiàn)象和重大財(cái)產(chǎn)損失現(xiàn)象。因此，在盾構(gòu)下穿建筑物施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制相關(guān)掘進(jìn)參數(shù)。本文以石家莊市塔北路綜合管廊工程DJ-03～DJ-04-02區(qū)間盾構(gòu)下穿建筑物工程為例，對(duì)盾構(gòu)下穿建筑中掘進(jìn)參數(shù)的控制策略進(jìn)行了深入研究，具有重要意義。

1 ?案例分析

1.1 工程背景

DJ-03～DJ-04-02區(qū)間位于規(guī)劃塔北路及現(xiàn)有塔北路南側(cè)，呈東西走向，區(qū)間全長(zhǎng)2097m。本工程區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工。線(xiàn)路縱向坡度呈“W”字坡，最大縱坡為-35‰下坡、35‰上坡。管廊覆土厚度約13.31m-30.04m，區(qū)間隧道斷面穿越地層主要以粉細(xì)砂層、中粗砂含卵石層、粉質(zhì)黏土層為主。

1.1.1 盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)形式

隧道襯砌采用預(yù)制混凝土平板型管片襯砌，襯砌環(huán)外徑為6000mm，內(nèi)徑為5400mm;管片寬度為1200mm，厚度為300mm。預(yù)制鋼筋混凝土管片設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，抗?jié)B等級(jí)為P12。襯砌環(huán)采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)+左右轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)型式。襯砌環(huán)由1個(gè)封頂塊、2個(gè)鄰接塊、3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊組成。襯砌環(huán)采用錯(cuò)縫拼裝，接縫采用彎螺栓連接，其中每個(gè)環(huán)縫采用16根M24螺栓，每環(huán)縱縫采用12根M24螺栓。

1.1.2 隧道平縱斷面圖設(shè)計(jì)

DJ-03～DJ-04-02區(qū)間盾構(gòu)線(xiàn)路平面為直線(xiàn)。線(xiàn)路縱向最大坡度為35‰，共含7處豎曲線(xiàn)，采用兩種曲線(xiàn)半徑，分別為2000m、3000m;盾構(gòu)從DJ-03盾構(gòu)井始發(fā)后依次以6‰的下坡掘進(jìn)20m，以35‰的下坡掘進(jìn)300m，以3‰的下坡掘進(jìn)139.3m，以22‰的上坡掘進(jìn)231m，以3‰的上坡掘進(jìn)370m，以35‰的上坡掘進(jìn)273m，以5‰的下坡掘進(jìn)367m，以5‰的上坡掘進(jìn)396.3m到達(dá)DJ-04-02盾構(gòu)接收井。管廊線(xiàn)路中心線(xiàn)標(biāo)高為33.579-49.459m。

1.1.3 區(qū)間與建筑物相對(duì)位置關(guān)系

DJ-03～DJ-04-02區(qū)間在DK1+021.4～DK1+101.14處下穿空中花園地下室，隧道頂與空中花園地下室底板間凈距約4.46m，對(duì)應(yīng)環(huán)號(hào)為770～836環(huán)，共計(jì)66環(huán)。

DJ-03～DJ-04-02區(qū)間在DK1+266.466～DK1+796.246處近距離側(cè)穿卓達(dá)書(shū)香園小區(qū)住宅樓，隧道結(jié)構(gòu)邊緣距住宅樓結(jié)構(gòu)邊緣最近水平距離僅為3.4m，縱斷面上該穿越段區(qū)間隧道埋深約13.2-20.03m，此次盾構(gòu)近距離側(cè)穿地段總長(zhǎng)為442環(huán)，為960-1402環(huán)。

1.2 地鐵盾構(gòu)下穿建筑中掘進(jìn)參數(shù)的控制策略

1.2.1 普通試驗(yàn)段與克泥效試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)對(duì)比

地面沉降的控制主要從盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的合理設(shè)定來(lái)保證，根據(jù)3號(hào)機(jī)已施工完成660環(huán)成型隧道的總結(jié)結(jié)果，并考慮下穿建筑物的特殊情況，盾構(gòu)下穿試驗(yàn)段擬定4組掘進(jìn)參數(shù)。試驗(yàn)段前50m不采用克泥效工法施工，后50m采用克泥效工法。通過(guò)試驗(yàn)段4組數(shù)據(jù)的對(duì)比，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)情況的反饋，優(yōu)化數(shù)據(jù)，制定下穿建筑物合理的一組掘進(jìn)參數(shù)。

通過(guò)對(duì)已完成本區(qū)間666-749環(huán)穿越空中花園建筑物試驗(yàn)段兩種參數(shù)設(shè)定掘進(jìn)后，得到最優(yōu)的掘進(jìn)指導(dǎo)參數(shù)正穿段施工。

①掘進(jìn)速度。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)掘進(jìn)速度在35-40mm/min左右，進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)掘進(jìn)速度在30-35mm/min左右，普通試驗(yàn)段與克泥效試驗(yàn)段對(duì)比分析較容易發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)速度相對(duì)較慢，確保了漿液能填充飽滿(mǎn)、密實(shí)，并減少對(duì)地層的擾動(dòng)。

②總推力。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)總推力在11000kN左右，進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)總推力在13000kN左右，最大值時(shí)為719環(huán)14500kN，達(dá)到額定推力（37730kN）的38.43%，普通試驗(yàn)段與克泥效試驗(yàn)段對(duì)比分析較明顯發(fā)現(xiàn)總推力有所增大，增大值約為2000kN，原因可能是克泥效工法施工有部分克泥效液體進(jìn)入刀盤(pán)前方所導(dǎo)致，均屬于正常情況范圍。

③刀盤(pán)扭矩。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)扭矩在3900kNm左右，進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)扭矩在4200kNm左右，最大值時(shí)為730環(huán)4630kN，達(dá)到額定扭矩1.1轉(zhuǎn)每分鐘時(shí)（5771kN）的80.22%，普通試驗(yàn)段與克泥效試驗(yàn)段對(duì)比分析較容易發(fā)現(xiàn)扭矩有所增大，原因可能是克泥效工法施工注入時(shí)有部分克泥效液體進(jìn)入刀盤(pán)前方和土倉(cāng)內(nèi)增大壓力所導(dǎo)致，均屬于正常情況范圍。

④出土量。

本臺(tái)小松盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖直徑為6280mm，理論出土量為37.1m3，進(jìn)入試驗(yàn)段666-749環(huán)出土量基本控制在37m3左右，施工中出土量嚴(yán)格按照理論出土量控制（松散系數(shù)1.212），每環(huán)出土控制在45m3左右，均屬于正常范圍。

⑤土倉(cāng)上部土壓。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)土壓控制在1.2bar左右，進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)土壓控制在1.1bar左右，結(jié)合地表沉降監(jiān)測(cè)及掘進(jìn)參數(shù)情況來(lái)看均屬于正常合理范圍。

⑥同步注漿量與注漿壓力。

為了按照之前計(jì)劃的4組掘進(jìn)參數(shù)推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)和進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)同步注漿量在5m3和5.5m3，注漿壓力控制在0.3MPa左右，結(jié)合地表沉降監(jiān)測(cè)及掘進(jìn)參數(shù)情況來(lái)看，均屬于正常范圍，后期在保證地表沉降監(jiān)測(cè)值能夠在規(guī)范允許內(nèi)和盾尾不漏漿、盾尾刷不破壞的情況下，穿越期間盡可能多注漿。

⑦渣土溫度。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)渣土溫度在22.5-27℃左右，進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)渣土溫度在22-26℃左右，渣土溫度相對(duì)有所降低，原因可能是因?yàn)榭四嘈ё⑷氲侗P(pán)前方及土倉(cāng)內(nèi)，均屬于正常合理范圍。

⑧渣土塌落度。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)段666-707環(huán)渣土塌落度在110-130mm之間，進(jìn)入克泥效試驗(yàn)段708-749環(huán)渣土塌落度在116-138之間，塌落度相對(duì)有所變大，原因可能是因?yàn)榭四嘈ё⑷氲侗P(pán)前方及土倉(cāng)內(nèi)，均屬于正常合理范圍。

通過(guò)對(duì)已完成本區(qū)間666-749環(huán)穿越空中花園建筑物試驗(yàn)段兩種參數(shù)設(shè)定掘進(jìn)后，得到最優(yōu)的掘進(jìn)指導(dǎo)參數(shù)正穿段施工，具體參數(shù)設(shè)定，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)所處地層情況結(jié)合試驗(yàn)段的分析總結(jié)，設(shè)定相應(yīng)最優(yōu)參數(shù)，優(yōu)化渣土改良方法，細(xì)化泡沫劑、盾尾油脂、膨潤(rùn)土以及分散劑的使用情況和技術(shù)指標(biāo)。

1.2.2 擬定剩余各區(qū)段掘進(jìn)參數(shù)

本次擬定結(jié)果主要參考依據(jù)為試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)分析總結(jié)和筆者多年在同類(lèi)穿越建構(gòu)筑物期間總結(jié)得出來(lái)的掘進(jìn)參數(shù)施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)比分析總結(jié)所得，具體區(qū)段參數(shù)如表1。

2 ?結(jié)論

通過(guò)對(duì)已經(jīng)掘進(jìn)完成的666-749環(huán)試驗(yàn)段地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析總結(jié)得出：使用克泥效工法施工與不使用克泥效工法施工，無(wú)論是地表累計(jì)沉降值還是變形沉降速率值都得到較好的控制，地表最大累計(jì)沉降值由之前普通試驗(yàn)段677環(huán)-7.1mm，變成克泥效試驗(yàn)段正常范圍內(nèi)的-4mm左右，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)使用克泥效工法施工可減少2mm左右地表累計(jì)沉降;單次變形最大速率值由之前的-1.71mm/d，變?yōu)?0.57mm/d，均在設(shè)計(jì)要求允許范圍內(nèi)。如圖1所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁智，魏新江，魏綱，李曉珍.鄰近不同基礎(chǔ)建筑物地鐵盾構(gòu)施工相互內(nèi)力影響研究與分析[J].巖土力學(xué)，2017（S1）.

[2]劉國(guó)楠，張遠(yuǎn)榮，肖文海.盾構(gòu)過(guò)富水砂層對(duì)地表建筑物影響的研究[J].西北地震學(xué)報(bào)，2017（03）.

[3]李海.盾構(gòu)隧道下穿建筑物控制技術(shù)和監(jiān)測(cè)[J].鐵道建筑，2018（09）.

[4]王磊.淺談盾構(gòu)下穿建筑物掘進(jìn)參數(shù)控制[J].價(jià)值工程，2016，35（08）：107-110.