盾構(gòu)平衡始發(fā)與到達(dá)施工技術(shù)解析及風(fēng)險控制對策

馮明輝 中鐵七局集團(tuán)武漢工程有限公司

在地鐵隧道建設(shè)的過程中，使用盾構(gòu)法施工具有以下幾種優(yōu)勢：高度機(jī)械化的施工設(shè)備、對周圍環(huán)境的破壞小、施工安全系數(shù)高而且施工效率快。盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)是整個地鐵隧道盾構(gòu)施工中所需承擔(dān)風(fēng)險較大的環(huán)節(jié)，只有全面分析該環(huán)節(jié)面臨的各種風(fēng)險，并為之制定相關(guān)的解決對策，才能保障隧道建設(shè)的安全穩(wěn)定性，進(jìn)而提升整個工程的建設(shè)質(zhì)量。

1.工程概況

某地鐵站所需修建的雙線隧道長度可達(dá)到830.19m，整個施工區(qū)間采用盾構(gòu)施工技術(shù)。始發(fā)地點(diǎn)設(shè)立在隧道的南端，位于左線區(qū)，到北端之后緊跟著掉頭駛?cè)胗揖€區(qū)，這也是第二次始發(fā)的地點(diǎn)。之后轉(zhuǎn)入北端，參照上述施工路線。

2.盾構(gòu)平衡始發(fā)與到達(dá)施工技術(shù)

2.1 密閉始發(fā)與到達(dá)

如圖1所示，密閉始發(fā)到達(dá)工作的原理實(shí)質(zhì)上是借助于盾構(gòu)的始發(fā)與到達(dá)的平衡作用，將密封性能良好的鋼套筒或者是鋼套筒鋼筋混凝土箱體埋設(shè)在盾構(gòu)的始發(fā)和到達(dá)的洞內(nèi)，由此增強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)和到達(dá)拍的密封指數(shù)，進(jìn)而延長盾構(gòu)的始發(fā)與到達(dá)的路程，使之可以正常的進(jìn)洞、出洞，避免影響施工進(jìn)度。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件并不允許常規(guī)端頭加固的方式來分擔(dān)盾構(gòu)施工始發(fā)與到達(dá)的風(fēng)險時，可以使用這種方式。此外當(dāng)加固施工沒有適當(dāng)?shù)氖┕龅鼗虻叵鹿芫€較多時，也適合用上述方法。

圖1 密閉鋼套筒

2.2 水土中始發(fā)與到達(dá)

如圖2所示，水土中始發(fā)與到達(dá)的工作原理依然是平衡，主要是確保洞內(nèi)和洞外之間的水土壓力可以達(dá)到平衡狀態(tài)。一般情況下會采用如下的三種方式來實(shí)現(xiàn)：（1）澆筑鋼筋混凝土墻，其澆筑的位置選在盾構(gòu)施工的井內(nèi)；（2）采用恰當(dāng)?shù)母綦x方式進(jìn)行隔離；（3）回填砂、土，其回填位置也選在盾構(gòu)施工的井內(nèi)。這樣一來就避免出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞或出洞時所帶來的涌水涌沙現(xiàn)象，提升盾構(gòu)施工的安全系數(shù)。

圖2 盾構(gòu)機(jī)示意圖

該方法具體的操作流程如下所述：（1）將導(dǎo)臺設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)的井內(nèi)，并與車站進(jìn)行隔離，同時澆筑好混凝土墻，修建一座反力墻；（2）下井之后組裝好盾構(gòu)機(jī)，并對其進(jìn)行調(diào)試，上述步驟完成之后開始第一環(huán)負(fù)環(huán)管片的安裝，在盾尾推出該管片之后，使之和混凝土墻相連，并做好密封；（3）鑿除始發(fā)的洞門，在洞門的掌子面處放置盾構(gòu)機(jī)的刀盤裝置，之后用砂、土回填材料，再用混凝土蓋板對水土進(jìn)行隔離；（4）利開啟盾構(gòu)機(jī)的同步注漿系統(tǒng)，對管片的內(nèi)部和壁后部位進(jìn)行同步注漿；（5）上述步驟完成之后，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)工作開始展開，隨著掘進(jìn)的深入也產(chǎn)生了土艙壓力，確保其掘進(jìn)狀態(tài)正常。

3.盾構(gòu)平衡始發(fā)與到達(dá)風(fēng)險及技術(shù)控制

3.1 密封失效

密封風(fēng)險的表現(xiàn)情況綜述如下：（1）鋼套筒本身的缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿芊庑阅埽唬?）縫隙導(dǎo)致的，其位置在于鋼套筒和洞門預(yù)埋環(huán)板或負(fù)環(huán)管片之間；（3）接縫密封不嚴(yán)實(shí)引起的，主要是混凝土箱體和施工井內(nèi)的接縫處。上述問題可能導(dǎo)致筒體或箱體的壓力向外泄露，造成水土壓力失衡，進(jìn)而引發(fā)地表產(chǎn)生沉降，嚴(yán)重會產(chǎn)生塌陷。

對應(yīng)的技術(shù)控制手段如下所述：（1）將鋼套筒進(jìn)行分塊，在各塊的連接處添加橡膠墊圈，及時修復(fù)螺連接面的變形部位，檢查其數(shù)量是否有缺失。（2）增設(shè)預(yù)壓千斤頂，其位置設(shè)立于反力架和環(huán)梁之間。該設(shè)備可以施加預(yù)壓，可以使得鋼套筒與洞門環(huán)板之間貼合更為緊密。但需對洞門環(huán)板的受壓狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。（3）在環(huán)梁和負(fù)環(huán)管片的連接部位增加止水橡膠圈，密封時使用雙液漿將縫隙處理妥當(dāng)。

3.2 洞門鑿除

沒有加固的端頭會在洞門鑿除時，隨著工程的推進(jìn)，洞門逐漸變薄從而無法受住來自于門外的水土壓力，導(dǎo)致有可能出現(xiàn)滲漏或坍塌。

對應(yīng)的技術(shù)控制手段如下所述：（1）玻璃纖維筋是洞門維護(hù)的主要材質(zhì)，使用盾構(gòu)機(jī)的破巖功能鑿除洞門。（2）當(dāng)盾構(gòu)機(jī)沒有破巖功能時，增設(shè)加固體用來抵抗來自門外的水土壓力。

3.3 盾構(gòu)機(jī)栽頭

盾構(gòu)機(jī)栽頭，可能出現(xiàn)鋼套管的拉裂，造成滲漏。對應(yīng)的技術(shù)控制如下所述：（1）在掘金軸線的中心處，超出實(shí)測洞門中心的20～30mm的距離作為盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞的高度。（2）頂推托輪組可安裝在接收的鋼套筒內(nèi)，便于在施工中及時調(diào)整掘進(jìn)姿態(tài)。

3.4 鋼套筒或混凝土箱體拆除

在這一環(huán)節(jié)施工過程中，如果注漿無法達(dá)到密實(shí)程度，也不飽滿時，很容易在洞門的地方增加涌水涌砂風(fēng)險?？刹扇∪缦碌募夹g(shù)控制手段來規(guī)避風(fēng)險：（1）加大同步注漿量，注意施工時機(jī)。最好選在盾構(gòu)機(jī)快要到達(dá)洞門或到達(dá)洞門的時間段，再使用雙液漿填充管片的空隙處。（2）注入雙液漿，其施工位置選在洞門口的地表處，待止水注漿施工之后，觀察是否還存有滲漏，若有，則繼續(xù)注漿，直到?jīng)]有滲漏為止。之后可執(zhí)行拆除施工。

4.水土中始發(fā)與到達(dá)風(fēng)險技術(shù)措施

4.1 水土壓力不平衡

當(dāng)洞內(nèi)的水土壓力無法與盾構(gòu)井內(nèi)的回填厚度維持平衡狀態(tài)時，有可能會出現(xiàn)地表的沉降或坍塌的風(fēng)險。技術(shù)控制如下所述：（1）計算出盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)洞、出洞產(chǎn)生的水土壓力值，使之小于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)回填的厚度或水深狀態(tài)下產(chǎn)生的壓力值；（2）填充砂、水之前需注意材料的密度是否符合規(guī)范的要求。

4.2 盾構(gòu)機(jī)破除洞門

破除洞門的車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)是水土中始發(fā)與到達(dá)施工的必經(jīng)環(huán)節(jié)。其風(fēng)險參照3.2節(jié)所述。

技術(shù)控制內(nèi)容如下所述如下：（1）玻璃纖維筋是洞門維護(hù)的主要材質(zhì)，使用盾構(gòu)機(jī)的破巖功能鑿除洞門。（2）在施工之前要確保整個刀具的各項指標(biāo)符合規(guī)定要求，尤其是檢查邊緣滾刀，使之工作性能處于良好的狀態(tài)，以免出現(xiàn)卡刀盤，使得扭矩變高。

4.3 工作井土方開挖

在這一環(huán)節(jié)施工過程中，如果注漿無法達(dá)到密實(shí)程度，也不飽滿時，很容易在洞門的地方增加涌水涌砂風(fēng)險?？刹扇∪缦碌募夹g(shù)控制手段來規(guī)避上述風(fēng)險：（1）在盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)洞、出洞的時間段控制好同步注漿量和注漿壓力，并隨時參照周邊的地層產(chǎn)生的空隙比調(diào)整注漿量。當(dāng)上述參照指標(biāo)較大時，注漿量應(yīng)是正常狀態(tài)下的1.8～2倍左右，在注漿中，土艙的壓力要始終大于注漿的壓力。（2）將雙液漿注入到洞門位置的地表，以此來增強(qiáng)洞門的止水能力。（3）抓好使用小型機(jī)械或人工開挖的時機(jī)，一般說來，當(dāng)工作井內(nèi)回填土到洞門時就可使用上述施工方式進(jìn)行繼續(xù)開挖施工。

5.結(jié)束語

綜上所述，本文所介紹的盾構(gòu)平衡技術(shù)是在無法在端頭加固施工的前提下，確保盾構(gòu)設(shè)備在水土壓保持平衡的狀態(tài)下開始掘進(jìn)施工的一種區(qū)別于傳統(tǒng)盾構(gòu)施工的技術(shù)。這種施工技術(shù)可以有效地應(yīng)對盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與到達(dá)施工的產(chǎn)生的風(fēng)險，具有重要的研究推廣價值。