淺析地鐵盾構(gòu)始發(fā)、接收關(guān)鍵施工技術(shù)

張 杉 王利龍

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院 浙江杭州 310000）

1 土體加固

1.1 加固方法的選擇

杭州地區(qū)盾構(gòu)始發(fā)、接受洞門土層一般位于砂土類、粉土類、黏土類，三類土層在有水狀態(tài)下均不穩(wěn)定，始發(fā)、接收時必須進(jìn)行加固。目前常用的加固方法有冷凍法、攪拌樁法、注漿法、高壓旋噴樁、及組合加固法等，但每種工法都有一定的局限性，若加固方法選擇不當(dāng)，就會導(dǎo)致加固質(zhì)量不能達(dá)到要求，如主要地層為淤泥質(zhì)土層時不宜采用旋噴樁加固，可用攪拌樁或冷凍加固；地層含水量低于2.5%或地下水流速大于10m/d時，不宜采用冷凍法；攪拌樁法適用于飽和軟黏土、粉土，但成本較高。端頭加固方法的選擇需要考慮工程所處地層的水文土質(zhì)、周邊環(huán)境、加固范圍、經(jīng)濟(jì)性和工期等因素。加固后土體應(yīng)具有良好的均勻性、直立性、止水性和強(qiáng)度，加固土體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8MPa，滲透系數(shù)＜1.0×10-8cm/s。

1.2 端頭加固范圍

（1）盾構(gòu)始發(fā)、接收區(qū)域地層不受地下水影響或受地下水影響較小，縱向加固范圍可根據(jù)土體強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性驗算、工程經(jīng)驗和周邊環(huán)境保護(hù)等級來確定加固范圍。

（2）始發(fā)時加固范圍分析，始發(fā)區(qū)域地層受地下水影響較大時，縱向加固范圍一般大于盾體長度，盾尾出洞門時，及時同步注漿，此時刀盤仍處于加固區(qū)域，能及時密封洞門，防止水土流失；反之，縱向加固范圍應(yīng)該小于盾體長度，盾尾還未出洞門，刀盤已出加固區(qū)，地下水可能沿盾殼與巖土之間的間隙涌入，嚴(yán)重時造成始發(fā)失敗，如圖1所示。

1.3 加固土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗算

1.3.1 加固土體強(qiáng)度驗算

將加固土體視為厚度為h的周邊只有支承的彈性圓板，板中心處的最大彎曲應(yīng)力，支座處的最大剪力，按照彈性力學(xué)原理求得強(qiáng)度驗算公式，其中砂性土水壓力和土壓力分別計算；粘性土水土合算。

圖1 始發(fā)時縱向加固長度小于盾體長度

沿工作井開洞口周邊計算加固體的剪切應(yīng)力，檢驗加固厚度是否合理：

其中：h——加固體厚度；

K——安全系數(shù)，一般取1.5；

D——盾構(gòu)機(jī)直徑；

σ——加固體設(shè)計彎拉強(qiáng)度，一般可取極限抗壓強(qiáng)度的10%；τ：加固體抗剪強(qiáng)度，一般可取1/6的極限抗壓強(qiáng)度。

1.3.2 穩(wěn)定性驗算

假定加固土體滑動面是以洞門最外側(cè)O點為圓心，洞門直徑D為半徑的圓弧滑動面，通過驗算可得下面結(jié)果：

此時引起的下滑力矩為：

式中：M1——地面堆載P引起的下滑力矩，M1=PD2/2；

M2——上覆土體自重Q上引起的下滑力矩，M2=Q上D/2；

M3——滑移圓弧線內(nèi)的土體下滑力矩，M3=rtD3/3；

抵抗下滑的力矩為：

Cu——加固前土體的黏結(jié)力；

Cut——加固后土體的黏結(jié)力；

H——上覆土體的高度；

上述計算方法僅是一種簡化處理，實踐中尚需根據(jù)類似的工作經(jīng)驗予以核定。

2 托架、反力架安裝

①盾構(gòu)始發(fā)時，托架要承受縱向、橫向推力及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩，所以，在始發(fā)前，必須對托架兩側(cè)進(jìn)行加固，接收時也需對托架兩側(cè)進(jìn)行加固；②盾構(gòu)機(jī)前盾重量較大，重心靠前，始發(fā)托架前端易發(fā)生變形下沉，盾構(gòu)始發(fā)時容易產(chǎn)生向下的“磕頭”想象。為了減小這種“磕頭”現(xiàn)象對盾構(gòu)始發(fā)造成的影響，始發(fā)托架安裝時將托架前端高程或洞門圓心標(biāo)高抬高2～3cm。同理，在盾構(gòu)接收時接收托架降低2～3cm，方便盾構(gòu)駛上托架。

反力架一般由橫梁、立柱、底座、調(diào)整墊塊等組成，為盾構(gòu)始發(fā)提供所需的反推力，故需保證反力架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，安裝時應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)中線、負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)、第1負(fù)環(huán)管片位置確定反力架位置，反力架左右偏差、高程偏差必須控制在設(shè)計規(guī)范要求之內(nèi)。預(yù)埋件將反力架的支撐系統(tǒng)與土建結(jié)構(gòu)連接，使盾構(gòu)推力作用到車站主體結(jié)構(gòu)上，預(yù)埋件的安裝質(zhì)量極為重要。

3 始發(fā)、接收測量

鋼環(huán)定位測量：盾構(gòu)始發(fā)、接收時，一般需要在隧道洞口設(shè)置洞門鋼環(huán)，設(shè)置洞門鋼環(huán)有利于車站與區(qū)間的節(jié)點防水，而在盾構(gòu)始發(fā)、接收時需從洞門鋼環(huán)內(nèi)穿過，所以洞門鋼環(huán)中心位置與盾構(gòu)姿態(tài)是否一致是盾構(gòu)順利進(jìn)出洞的關(guān)鍵。在施工過程中，鋼環(huán)中心位置可能發(fā)生偏移，導(dǎo)致鋼環(huán)實際中心位置與鋼環(huán)設(shè)計中心位置不一致，故在盾構(gòu)始發(fā)、接收時需要對鋼環(huán)中心位置進(jìn)行測量。

托架定位測量主要任務(wù)是始發(fā)架中線、始發(fā)架高程測量、基礎(chǔ)平整度測量。始發(fā)架定位測量須保證始發(fā)架中心線與設(shè)計軸線、始發(fā)架高程與設(shè)計高程均在允許偏差范圍內(nèi)。

反力架定位測量包括反力架的高程、垂直度、與隧道中心線的關(guān)系，反力架為盾構(gòu)始發(fā)時提供反推力，在安裝反力架時，反力架端面應(yīng)與始發(fā)托架水平軸垂直，以便盾構(gòu)軸線與隧道設(shè)計軸線保持平行。反力架定位好以后，我們還需要檢查盾構(gòu)機(jī)尾端上下兩點S、X以及左右點距反力架前端的距離是否相等或接近。

盾構(gòu)機(jī)的水平偏航、俯仰角用于判定盾構(gòu)機(jī)在以后掘進(jìn)過程中是否在隧道設(shè)計中線上前進(jìn)，滾動角測量用于判定盾構(gòu)機(jī)是否在容許范圍內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。盾構(gòu)接收測量：隧道掘進(jìn)至最后100環(huán)時，暫停掘進(jìn)，進(jìn)行隧道測量定位復(fù)核、洞門中心偏差聯(lián)測等，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，確保盾構(gòu)順利駛上盾構(gòu)接收托架。

4 洞門破除

洞門鑿除過程中，洞口形成水土壓力釋放區(qū)，洞門破除過早，洞口土體暴露時間過長，端頭土層受力平衡被打破，致洞門涌水涌砂，土體失穩(wěn)，嚴(yán)重危及洞門鑿除工作人員人身安全，因此選擇適當(dāng)?shù)亩撮T鑿除時機(jī)和合理的鑿除方式極為重要。圍護(hù)結(jié)構(gòu)在洞門鑿除時一般采用人工手持風(fēng)鎬鑿除，洞門鑿除分兩次鑿除，第一次：當(dāng)盾構(gòu)調(diào)試完畢，具備推進(jìn)條件時開始鑿除洞門，鑿除洞口背土側(cè)混凝土及鋼筋，鑿除時自上而下，鑿至迎土面鋼筋外露為止，及時清理洞口，方便密封裝置安裝。第二步，盾構(gòu)機(jī)緩慢抵達(dá)圍護(hù)結(jié)構(gòu)前約1m時停止推進(jìn)，鑿除洞口迎土面混凝土及鋼筋。

5 洞門密封裝置

在密封裝置安裝施工中預(yù)埋鋼環(huán)必須與車站結(jié)構(gòu)鋼筋連接牢固，與車站結(jié)構(gòu)密實緊貼。密封裝置安裝前先清理洞門處的渣土，同時保證簾布橡膠板螺栓孔與預(yù)留螺栓孔位置一致，螺栓必須進(jìn)行二次旋緊螺栓。

在施工過程中容易出現(xiàn)密封圈準(zhǔn)確性差，刀盤旋轉(zhuǎn)可能損壞簾布橡膠板或使鋼板發(fā)生位移，導(dǎo)致密封性能下降，故在盾構(gòu)駛?cè)攵撮T前在刀盤外圍和簾布橡膠板外側(cè)涂抹潤滑劑，接收時及時調(diào)整扇形板，改善受力狀況，防止刀盤磨損簾布橡膠板。

6 結(jié)語

盾構(gòu)始發(fā)、接收時風(fēng)險較大，在施工過程中需根據(jù)工程環(huán)境選擇合理施工方式，加強(qiáng)管理，保證每個施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，降低始發(fā)、接收風(fēng)險，才能保障盾構(gòu)始發(fā)、接收的順利進(jìn)行。