大坡度、小半徑盾構(gòu)施工技術(shù)分析

岑立輝

Construction Technology of Large Slope and Small Radius Shield

CEN Li-hui

（ Nanjing Branch of CCCC Tunnel Engineering Company Limited， Nanjing 210000， China）

【摘? 要】隨著地鐵建設(shè)的高速發(fā)展，盾構(gòu)施工工況多種多樣，對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)及管理要求越來(lái)越高。論文重點(diǎn)介紹了大坡度、小半徑盾構(gòu)施工技術(shù)的一些要點(diǎn)及相關(guān)措施。

【Abstract】 With the rapid development of subway construction， there are many kinds of shield construction conditions， and the requirements for shield construction technology and management have become higher and higher. This paper mainly introduces some key points and related measures of the construction technology of large slope and small radius shield.

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)施工;大坡度、小半徑;措施

【Keywords】 shield construction; large slope and small radius; measures

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU7;TU2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）03-0130-03

1 工程概況

廣州市地鐵四號(hào)線南延段西出入場(chǎng)線盾構(gòu)施工段為單線隧道，起訖里程為RDK0+340.201～RDK1+440.6，長(zhǎng)1100.39m，管片734環(huán)。盾構(gòu)段線路出加油站南側(cè)的明挖段盾構(gòu)始發(fā)井后，沿環(huán)市大道西南行，然后以270m半徑繞過(guò)寡涌橋和下穿寡涌，再進(jìn)入環(huán)市西大道南行，最后下穿廣隆涌（下穿廣隆橋）后到達(dá)廣隆站北端接收井。線路平面最小轉(zhuǎn)彎半徑為270m，里程為RDK1304.956～RDK1079.844，環(huán)號(hào)為91～241，長(zhǎng)度225.112m，縱面設(shè)置1處V形坡，最大坡度45‰，坡長(zhǎng)76.07m，環(huán)號(hào)為0～51，為始發(fā)段下坡，另一較大坡度為39.5‰，坡長(zhǎng)220.5m，為到達(dá)段上坡。本區(qū)間盾構(gòu)重難點(diǎn)為大坡度、小半徑曲線施工。

2 施工重難點(diǎn)控制措施

西出入場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間施工重難點(diǎn)主要有小半徑曲線施工時(shí)的盾構(gòu)姿態(tài)及成形隧道軸線控制，以及大坡度（45‰）施工電瓶車(chē)防溜車(chē)控制。

2.1 小半徑曲線施工控制措施

①小半徑曲線段工程概況

小半徑曲線段里程為RDK1+304.956～RDK1+079.844，長(zhǎng)度225.112m，半徑為270m，順掘進(jìn)方向線路縱坡為19.5‰（長(zhǎng)126.556m，下坡）接4.8‰（長(zhǎng)98.556m，下坡），隧道埋深10.48～13.147。根據(jù)管片排版，本段環(huán)數(shù)為91～241環(huán)。

本段隧道范圍內(nèi)地層為<2-1A>、<2-1B>、<2-2>、<2-3>淤泥質(zhì)中粗砂層、<2-4>和<3-2>，隧頂為<1>人工填土層、<2-1A>淤泥層、<2-1B>淤泥質(zhì)土層和<2-3>淤泥質(zhì)中粗砂層。本段淤泥層采用三軸攪拌樁和旋噴樁進(jìn)行了地面加固。

本段主要位于環(huán)市西大道西側(cè)人行道下，周邊建筑物有濱海城酒樓（2層，？準(zhǔn)500靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，樁基與隧道最近距離為2.44m）、寡涌橋（？準(zhǔn)1000混凝土灌注樁，樁基與隧道最近距離為3.22m）和濱海水晶灣（2層，？準(zhǔn)500預(yù)應(yīng)力管樁，樁基與隧道最近距離為3.94m）。隧頂上方主要有通訊管線、電力管線、給水管線和雨污水管線，小半徑曲線段地質(zhì)圖見(jiàn)圖1。

②制定大坡度、小半徑曲線施工專(zhuān)項(xiàng)方案

為控制小半徑曲線掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)超限，按方案擬提前進(jìn)入曲線段及預(yù)留偏置量。

根據(jù)類(lèi)似工程施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合分析，同時(shí)需考慮掘進(jìn)區(qū)域所處的地層情況，在R270m小半經(jīng)曲線隧道掘進(jìn)過(guò)程中，擬將設(shè)置預(yù)偏量80mm，施工中通過(guò)對(duì)小半徑段隧道偏移監(jiān)測(cè)，適當(dāng)調(diào)整預(yù)偏量。

預(yù)留偏移量應(yīng)在盾構(gòu)進(jìn)入緩和曲線段時(shí)開(kāi)始進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，在進(jìn)入曲線段時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)達(dá)到預(yù)留偏移量，在曲線段時(shí)調(diào)整盾構(gòu)資料逐步減小預(yù)留量，直至出緩和曲線時(shí)恢復(fù)至設(shè)計(jì)軸線。緩和曲線長(zhǎng)50m，共34環(huán)，各點(diǎn)姿態(tài)和預(yù)留偏移量如下表1。

進(jìn)入緩和曲線后每5環(huán)進(jìn)行一次管片軸線測(cè)量，與設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)與當(dāng)環(huán)盾尾姿態(tài)記錄進(jìn)行對(duì)比;當(dāng)掘進(jìn)5環(huán)后，盾尾姿態(tài)達(dá)不到理論要求時(shí)，需加大盾構(gòu)姿態(tài)趨勢(shì);當(dāng)實(shí)測(cè)管片軸線在曲線內(nèi)側(cè)，可適當(dāng)減小盾尾姿態(tài)從而減小預(yù)留偏移量，當(dāng)實(shí)測(cè)管片軸線在曲線外側(cè)，需緩慢加大趨勢(shì)，調(diào)整盾尾姿態(tài)增加預(yù)留偏移量。

③嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量

盾構(gòu)的曲線推進(jìn)實(shí)際上是處于曲線的切線上，推進(jìn)的關(guān)鍵是確保對(duì)盾構(gòu)的頭部控制，由于曲線推進(jìn)盾構(gòu)環(huán)環(huán)都在糾偏，須做到勤測(cè)勤糾，而每次的糾偏量應(yīng)盡量小，確保管片的環(huán)面始終處于曲率半徑的徑向豎直面內(nèi)，盾構(gòu)推進(jìn)的糾偏量控制在2～5mm/m。

④施工過(guò)程控制

掘進(jìn)過(guò)程中及時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)管片姿態(tài)進(jìn)行分析研究，不斷優(yōu)化調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，剛進(jìn)緩和曲線和圓曲線時(shí)，即在77環(huán)和115環(huán)時(shí)盾尾水平姿態(tài)曾分別達(dá)到最大值-112mm和-120mm，對(duì)應(yīng)的管片脫出盾尾后水平偏差為-63和-107。

通過(guò)試掘進(jìn)和幾次姿態(tài)糾偏的摸索和總結(jié)，在該地層中盾構(gòu)姿態(tài)水平趨勢(shì)小于6時(shí)，姿態(tài)即開(kāi)始整體左偏，垂直趨勢(shì)小于5時(shí)，姿態(tài)開(kāi)始整體下偏。糾偏措施如下：

加大向右的趨勢(shì)至12～14（左右側(cè)推進(jìn)油缸壓差基本為0），此范圍內(nèi)管片錯(cuò)臺(tái)不至于太大，此時(shí)盾頭向右擺的快;

逐漸減小趨勢(shì)（右側(cè)油缸推力>左側(cè)油缸推力，壓差約40～100bar不等，視姿態(tài)變化速率而定），此時(shí)盾尾姿態(tài)向右走得快，盾頭姿態(tài)仍向右較慢變化，直至趨勢(shì)減小到6～8，若姿態(tài)偏差還較大，則重復(fù)上述兩步，直至姿態(tài)回到合適值，綜上，對(duì)于此類(lèi)地層中姿態(tài)超限，主要利用盾頭、盾尾姿態(tài)變化速率差來(lái)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整糾偏;

對(duì)于管片姿態(tài)偏移超-10cm的，集中在左側(cè)注雙液漿，并加大注漿壓力至3.5～4.0bar，同時(shí)盾尾采取防漏漿措施，加大油脂注入量，必要時(shí)在盾尾塞海綿，以保證注漿量和注漿壓力，控制沉降;

根據(jù)之前方案確定預(yù)留的-8cm偏移量較大，控制不好盾尾姿態(tài)很容易超-10cm，趨勢(shì)調(diào)大后使脫出盾尾的管片再一次較盾尾姿態(tài)左偏，另外測(cè)量轉(zhuǎn)站后盾構(gòu)姿態(tài)有時(shí)還會(huì)左偏1～2cm，趨勢(shì)也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致實(shí)際控制有偏差，因此后期改為預(yù)留-4～-6cm偏移量，盾尾姿態(tài)超過(guò)-80就要開(kāi)始向右加大趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)整，使盾尾盡量在-60～-90范圍內(nèi)。

⑤ 管片姿態(tài)

在圓曲線段，每次換站（約6～7環(huán)左右）同時(shí)即對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行人工測(cè)量，及時(shí)為后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)置參考數(shù)據(jù)提供指導(dǎo)，同時(shí)利用環(huán)片姿態(tài)對(duì)盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)工作的可靠性進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)最后拼裝的環(huán)片（即與推進(jìn)油缸鄰接的環(huán)片）姿態(tài)值與盾構(gòu)姿態(tài)后參考點(diǎn)偏差值較大時(shí)，可以懷疑導(dǎo)向系統(tǒng)工作的可靠性，并及時(shí)進(jìn)行相關(guān)的人工檢測(cè)工作，通過(guò)測(cè)量人員的人工復(fù)測(cè)管片姿態(tài)，目前盾構(gòu)已順利通過(guò)小半徑曲線段，成型管片的水平偏差最大值為-107mm，超過(guò)-100的共計(jì)5環(huán)，豎直偏差最大值為-65mm，錯(cuò)臺(tái)量超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范的環(huán)數(shù)不超10環(huán)，其余均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

2.2 大坡度施工控制措施

盾構(gòu)施工在大坡度條件下，水平運(yùn)輸設(shè)備極易發(fā)生溜車(chē)、制動(dòng)失靈、動(dòng)力不足等現(xiàn)象。為防止以上情況的發(fā)生主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮加強(qiáng)措施：

①設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，充分考慮了西出入場(chǎng)線盾構(gòu)掘進(jìn)的坡度問(wèn)題把原來(lái)兩個(gè)110kW驅(qū)動(dòng)電機(jī)換成了兩臺(tái)132kW電機(jī)，增大牽引力，并根據(jù)廠家提供的大坡度上牽引力計(jì)算書(shū)合理進(jìn)行列車(chē)編組，使整機(jī)重量控制在安全范圍之內(nèi)。

根據(jù)廠家計(jì)算結(jié)果牽引重量為150T，在電瓶車(chē)牽引能力范圍內(nèi)合理的進(jìn)行電瓶車(chē)編組，提高施工功效。電瓶車(chē)及其后配套參數(shù)如表2。

本區(qū)間盾構(gòu)施工考慮2列電瓶車(chē)編組，第一列編組為1電瓶車(chē)+3渣土車(chē)+1砂漿車(chē)+2管片車(chē)，運(yùn)輸最大重量為31.5+31.8*3+5+2*3=137.9T，另一列編組為1電瓶車(chē)+2渣土車(chē)，運(yùn)輸最大重量為31.5+31.8*2=95.1T，均能滿足電瓶車(chē)在50‰坡度下的牽引力要求。每列車(chē)裝滿土出來(lái)后先在始發(fā)井口吊土，吊完后再開(kāi)進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)段換下一列車(chē)進(jìn)去。

②制造時(shí)在電瓶車(chē)車(chē)頭前部加裝了兩個(gè)氣壓控制的鐵鉤，在電瓶車(chē)停車(chē)時(shí)鐵鉤放下勾住軌枕或預(yù)先焊好的固定裝置，防止溜車(chē)。

③編制大坡度防溜車(chē)專(zhuān)項(xiàng)方案，過(guò)程中嚴(yán)格按方案控制實(shí)施。

④在1號(hào)臺(tái)車(chē)前端設(shè)置固定式防撞欄桿，在5號(hào)臺(tái)車(chē)尾部加裝可開(kāi)關(guān)式防撞欄桿，電瓶車(chē)開(kāi)出臺(tái)車(chē)后馬上關(guān)上，進(jìn)入臺(tái)車(chē)前打開(kāi)。

⑤制作活動(dòng)鐵鞋，連接橋下防撞欄桿后軌道上安裝兩個(gè)，隨著軌道向前延伸隨時(shí)跟進(jìn)。始發(fā)井處常備活動(dòng)鐵鞋若干，停車(chē)時(shí)專(zhuān)人負(fù)責(zé)塞好，動(dòng)時(shí)拿開(kāi)。

⑥雨天派人在軌道上撒沙，增大摩擦力，防止溜車(chē)。

⑦每天安排專(zhuān)人對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，尤其是剎車(chē)系統(tǒng)和電壓，電壓降至510V必須更換電瓶，同時(shí)對(duì)安全裝置是否及時(shí)安裝也進(jìn)行檢查，并制定獎(jiǎng)罰辦法，杜絕安全隱患。

⑧電瓶車(chē)機(jī)車(chē)、渣斗車(chē)、砂漿車(chē)均采用雙氣路制動(dòng)系統(tǒng)，可縮短供氣及制動(dòng)時(shí)間，并設(shè)有手剎和腳剎等雙制動(dòng)裝置，提高行車(chē)和制動(dòng)的可靠性。

⑨在隧道內(nèi)增設(shè)限速標(biāo)識(shí)，提醒電瓶車(chē)司機(jī)在特殊路段（轉(zhuǎn)彎處和岔道處）采用適當(dāng)?shù)乃俣取?/p>

⑩軌道保養(yǎng)和隧道清理，軌枕采用12鋼筋焊接連接，各軌枕連接成整體。

通過(guò)采取上述種種施工技術(shù)及措施，本標(biāo)段盾構(gòu)施工順利完成，隧道成型質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，且未出現(xiàn)電瓶車(chē)溜車(chē)等安全事故。