盾構(gòu)法隧道施工工藝及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

劉剛

摘 要：伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)家增加了對(duì)于城市軌道交通、城市綜合管廊等基礎(chǔ)性建設(shè)工程的資金投入，希望能夠緩解各大城市出現(xiàn)的交通堵塞等現(xiàn)象。本文依托深圳市城市軌道交通10號(hào)線孖嶺站～冬瓜嶺站區(qū)間盾構(gòu)法隧道施工經(jīng)驗(yàn)，介紹了盾構(gòu)法隧道施工工藝，對(duì)施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的概述，并提出一些規(guī)避措施，旨在能夠?qū)Χ軜?gòu)隧道施工提供一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：地鐵;盾構(gòu)法隧道;施工工藝;施工風(fēng)險(xiǎn);風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

1 工程概況

深圳市城市軌道交通10號(hào)線冬瓜嶺站至孖嶺站區(qū)間沿彩田路南北敷設(shè)，側(cè)穿北環(huán)彩田立交，下穿大斷面雨水箱涵、北環(huán)電纜隧道、北環(huán)大道后到達(dá)孖嶺站。左線全長(zhǎng)383.842 m，右線全長(zhǎng)395.282 m，埋深10.0 m～16.1 m。所處地層主要為全風(fēng)化混合巖，局部位于砂質(zhì)粘性土和強(qiáng)風(fēng)化混合巖中。

2 盾構(gòu)法隧道施工方法

2.1 施工流程

盾構(gòu)始發(fā)前準(zhǔn)備工作→盾構(gòu)掘進(jìn)施工→盾構(gòu)到達(dá)施工。

2.2 盾構(gòu)始發(fā)前準(zhǔn)備工作

盾構(gòu)始發(fā)前準(zhǔn)備工作主要有：托架與反力架支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝、端頭加固、安裝洞門(mén)密封卷簾、盾尾刷焊接與手涂密封油脂、洞門(mén)封閉、確定施工參數(shù)。

托架安裝時(shí)為防止盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象，需抬高5 cm進(jìn)行安裝。反力架支撐系統(tǒng)主要由鋼反力架、鋼支撐與負(fù)環(huán)管片組成，為保證施工安全并為盾構(gòu)機(jī)提供足夠推力，支撐必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，合格后再進(jìn)行施工。

端頭加固為盾構(gòu)始發(fā)準(zhǔn)備工作的重要一項(xiàng)。只有在端頭加固完成且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，方可進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)工作，一般情況下采用旋噴樁工藝作為端頭加固施工工藝。

因刀盤(pán)直徑一般大于成型隧道外徑，為避免掘進(jìn)時(shí)地下水及漿液順著縫隙流出，在側(cè)墻上安裝環(huán)形橡膠板止水裝置，即洞門(mén)密封卷簾。

盾尾刷及手涂油脂主要起密封作用，將地下水及漿液與隧道分隔開(kāi)來(lái)。此工序極為重要，必須嚴(yán)格把控材料及質(zhì)量。

洞門(mén)密封主要目的為減少隧道與刀盤(pán)間隙流出的地下水與漿液，避免造成地面沉降過(guò)大。當(dāng)盾尾完全通過(guò)洞門(mén)后，對(duì)洞口位置進(jìn)行補(bǔ)注漿。

盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)主要有：推力、掘進(jìn)速度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、刀盤(pán)扭矩、土壓力、碴土改良方式及注入量、同步注漿壓力及注漿量等參數(shù)。掘進(jìn)參數(shù)可根據(jù)地質(zhì)條件與該地區(qū)既有施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)施工

盾構(gòu)掘進(jìn)施工主要有：碴土改良、壁后注漿、管片拼裝、盾構(gòu)姿態(tài)控制和刀具檢查與維保。

始發(fā)段掘進(jìn)施工時(shí)根據(jù)各參數(shù)的使用效果及實(shí)際地質(zhì)情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，完善各項(xiàng)參數(shù)，減少地面沉降。

碴土改良是盾構(gòu)施工工序中重要一項(xiàng)。其作用原理為讓渣土和添加介質(zhì)攪拌在一起，變成一種透水性差、塑流性好的碴土，形成穩(wěn)定的開(kāi)挖面。保證施工中有效控制地面沉降、保證進(jìn)速度。常規(guī)的碴土改良方式是膨潤(rùn)土與泡沫相結(jié)合的方式[1]。

壁后注漿分為同步注漿與二次注漿，同步注漿在掘進(jìn)時(shí)進(jìn)行，二次注漿則盾尾通過(guò)管片后進(jìn)行。同步注漿多采用水泥砂漿，二次注漿主要采用水泥漿或雙液漿。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)同步注漿量一般為6 m3/環(huán)～7 m3/環(huán)。二次注漿根據(jù)地質(zhì)及注漿記錄情況，分析注漿效果、結(jié)合監(jiān)測(cè)情況，根據(jù)注漿壓力變化確定注漿量。

管片拼裝的依據(jù)主要有：①盾構(gòu)千斤頂與鉸接千斤頂?shù)男谐滩?②管片拼裝前后管片外表面與盾殼內(nèi)面的間隙。管片拼裝采用先底部管片，再?gòu)南峦?、左右交叉，最后楔形塊的順序進(jìn)行[2]。

盾構(gòu)姿態(tài)控制是盾構(gòu)施工的核心。在實(shí)際施工中，因管片選型錯(cuò)誤、盾構(gòu)機(jī)操作失誤、地層提供的滾動(dòng)阻力小、線路變坡段或急彎段掘進(jìn)難度大，可能會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)方向偏離設(shè)計(jì)圖紙要求，并且超過(guò)規(guī)范允許值。施工時(shí)利用導(dǎo)向系統(tǒng)提供的盾構(gòu)機(jī)實(shí)際位置，判斷目前盾構(gòu)機(jī)位置以及變化趨勢(shì)，并根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內(nèi)，調(diào)整原則為“勤糾偏、小糾偏”[3]。

由于冬孖區(qū)間線路較短且刀具均為新刀，因此本區(qū)間掘進(jìn)過(guò)程中無(wú)換刀工序。但當(dāng)區(qū)間范圍內(nèi)存在孤石、基巖等不良地質(zhì)時(shí)，則根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)判斷是否需要進(jìn)行換刀。當(dāng)扭矩超過(guò)5 500 kNm且持續(xù)增加、掘進(jìn)時(shí)無(wú)進(jìn)尺或速度小于5 mm/min，增加推力后上述現(xiàn)象仍然無(wú)明顯改善。則可認(rèn)為刀具已磨損，需進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)換刀作業(yè)。

2.4 盾構(gòu)到達(dá)施工

盾構(gòu)到達(dá)施工主要有：盾構(gòu)機(jī)定位及接收洞門(mén)位置復(fù)核、端頭加固、洞門(mén)破除、安裝洞門(mén)圈密封圈、安裝接收基座[4]。

因掘進(jìn)與洞門(mén)施工均存在誤差，為避免盾構(gòu)機(jī)無(wú)法出洞，在推進(jìn)至盾構(gòu)到達(dá)范圍時(shí)，必須對(duì)盾構(gòu)機(jī)位置進(jìn)行精確測(cè)量，同時(shí)對(duì)接收洞門(mén)位置進(jìn)行復(fù)核。綜合以上兩點(diǎn)因素進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確定盾構(gòu)機(jī)貫通姿態(tài)并制定糾偏計(jì)劃。糾偏要逐步完成，每一環(huán)糾偏量不能過(guò)大。

接收洞門(mén)與始發(fā)洞門(mén)的端頭加固方法及意義相同，一般與始發(fā)端同時(shí)或稍后施工。

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后，如不能獨(dú)立完成破碎出洞工作，則需對(duì)洞門(mén)進(jìn)行破除。一般為人工利用風(fēng)炮進(jìn)行施工，可破除一半或者全部破除。洞門(mén)密封裝置需在洞門(mén)破除完成，渣土清理完成后再開(kāi)始安裝。

接收基座安裝與始發(fā)托架安裝基本相同，值得注意的是為便盾構(gòu)機(jī)順利上座，可降低5 cm安裝。

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收段后，首先降低盾構(gòu)機(jī)推力、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，時(shí)刻監(jiān)視出土量和土倉(cāng)壓力。出洞時(shí)，需派專(zhuān)人對(duì)車(chē)站進(jìn)行觀察，如土體震動(dòng)較大，盾構(gòu)機(jī)需進(jìn)一步降低推力、速度及轉(zhuǎn)速，避免坍塌[5]。

3 施工風(fēng)險(xiǎn)概述

由于盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生一定程度的干擾且存在超挖現(xiàn)象。如果施工存在重大失誤，造成對(duì)周邊地層擾動(dòng)較大或超挖現(xiàn)象嚴(yán)重，則會(huì)導(dǎo)致地面坍塌、周邊建構(gòu)筑物開(kāi)裂，掘進(jìn)軸線偏離設(shè)計(jì)等施工風(fēng)險(xiǎn)。

4 風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避對(duì)策

4.1 嚴(yán)格控制施工參數(shù)

第一，嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，施工時(shí)掘進(jìn)速度需保持高度穩(wěn)定，不能掘進(jìn)過(guò)快、過(guò)慢或者忽快忽慢。

第二，嚴(yán)格控制土壓力，土壓力分為：靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。一般土壓力應(yīng)位于主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力之間。施工過(guò)程中，為保證掘進(jìn)工作順利完成，實(shí)際土壓力可與靜止土壓力接近。但當(dāng)下穿既有建構(gòu)筑物時(shí)，需適當(dāng)增加土壓力，以控制地表沉降。但不能超過(guò)被動(dòng)土壓力，避免出現(xiàn)地面隆起。

第三，密切關(guān)注出土量，對(duì)土體開(kāi)展實(shí)驗(yàn)分析，明確渣土分散系數(shù)，計(jì)算出每環(huán)理論出土量，與實(shí)際出土量進(jìn)行對(duì)比，確保出土量在合理范圍內(nèi)。

第四，控制注漿壓力及注漿量。一般同步注漿使用的是單液漿，始發(fā)前根據(jù)地質(zhì)報(bào)告與施工經(jīng)驗(yàn)計(jì)算理論注漿壓力與注漿量，掘進(jìn)過(guò)程中依據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，制定更加合理的施工參數(shù)，確保注漿及時(shí)性及足量性。

第五，做好碴土改良工作，始發(fā)階段對(duì)地質(zhì)情況展開(kāi)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析，并根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)情況，確定各類(lèi)型的添加劑使用數(shù)量，保證使用效果。

4.2 加強(qiáng)施工質(zhì)量管控

施工時(shí)需加強(qiáng)施工質(zhì)量管控，確保一切與質(zhì)量有關(guān)的工作均處可控狀態(tài)。施工前加強(qiáng)圖紙學(xué)習(xí)及會(huì)審，制定合理的施工方案;嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)交底制度;做好材料及構(gòu)配件檢驗(yàn)，保證原材料質(zhì)量可靠;施工過(guò)程中加強(qiáng)質(zhì)量檢查，“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等各項(xiàng)均滿足質(zhì)量要求;加強(qiáng)成品保護(hù)工作，對(duì)已完工程制定防護(hù)措施，防止前道工序損壞或污染后道工序。

4.3 做好設(shè)備維保工作

盾構(gòu)機(jī)穿越建構(gòu)筑物前，需對(duì)設(shè)備開(kāi)展維保工作，確保盾構(gòu)機(jī)及其后配套處于最佳狀態(tài)，并儲(chǔ)備備用零件，以便在出現(xiàn)故障時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行更換。確保穿越風(fēng)險(xiǎn)源過(guò)程中不會(huì)因故障等原因出現(xiàn)停機(jī)的狀況，避免出現(xiàn)施工風(fēng)險(xiǎn)。

5 總結(jié)

盾構(gòu)隧道施工存在不確定性。很多事故是多種危險(xiǎn)因素集合在一起產(chǎn)生的，因此需提高對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知并加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)源排查。從各施工階段與各項(xiàng)必要條件等方面進(jìn)行評(píng)估，做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)防控工作。上述對(duì)盾構(gòu)隧道施工工藝與風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施進(jìn)行了簡(jiǎn)述，旨在能為需要進(jìn)行盾構(gòu)施工的建設(shè)工程提供理論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張世輝，劉磊，段勁松，等.小直徑盾構(gòu)施工中對(duì)小轉(zhuǎn)彎半徑隧道管片拼裝質(zhì)量的管控[J].市政技術(shù)，2017（02）：156-158.

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