盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)的應(yīng)用

黃勇

摘要：隨著盾構(gòu)法施工在地下隧道工程中的廣泛使用，隧道盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響，特別是地面沉降問題受到越來越多的關(guān)注。對于盾構(gòu)施工而言，盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)是關(guān)系整個(gè)工程成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在盾構(gòu)初始階段重中之重是如何控制好始發(fā)階段的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、保證始發(fā)階段土體自穩(wěn)和防止水土流失，使盾構(gòu)連續(xù)正常地從非土壓平衡工況過渡到土壓平衡工況。

關(guān)鍵詞：地鐵工程、盾構(gòu)機(jī)安裝、技術(shù)措施

近幾年，城市軌道交通飛速發(fā)展，事故頻繁發(fā)生，且盾構(gòu)在始發(fā)階段出現(xiàn)事故的概率較高，地下工程施工一旦發(fā)生事故就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。本文重點(diǎn)介紹盾構(gòu)始發(fā)工藝和技術(shù)。

一、始發(fā)洞口的地層處理

在盾構(gòu)始發(fā)之前，一般要根據(jù)洞口地質(zhì)狀況進(jìn)行評估，有針對性的采取加固處理措施。地層加固方法很多，常用的有地層注漿、攪拌樁、旋噴樁、鉆孔素樁、SMW工法、冷凍法等。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側(cè)向自穩(wěn)能力，且不能有地下水的損失。

二、始發(fā)洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)的切除

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般在始發(fā)前至少一個(gè)月開始洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)的切除。整個(gè)施工一般分兩次進(jìn)行，第一次先將圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體鑿除，只保留維護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層，在盾構(gòu)始發(fā)前將保護(hù)層混凝土鑿除。

在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時(shí)檢查始發(fā)洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設(shè)計(jì)輪廓范圍之內(nèi)。

三、洞口密封

洞口密封是為盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)防止背襯注漿砂漿外泄所用，按種類分有壓板式和折葉式兩種，其中折葉式應(yīng)用較廣。洞口密封的施工分兩步進(jìn)行，第一步是在車站結(jié)構(gòu)或始發(fā)工作井的施工工程中，做好始發(fā)洞門預(yù)埋件的埋設(shè)工作，特別注意的是在預(yù)埋件埋設(shè)過程中預(yù)埋件必須與車站或始發(fā)井結(jié)構(gòu)鋼筋連接在一起;第二步在盾構(gòu)正式始發(fā)之前，先清理完洞口的碴土，再完成洞口止水帶的安裝。

四、洞口始發(fā)導(dǎo)軌的安裝

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除后，盾構(gòu)始發(fā)臺端部距離洞口圍巖必然會(huì)產(chǎn)生一定的空隙，為保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)不致于因刀盤懸空而產(chǎn)生盾構(gòu)“叩頭”現(xiàn)象，需要在始發(fā)洞內(nèi)安設(shè)洞口始發(fā)導(dǎo)軌。

五、反力架、始發(fā)臺的安裝

1、反力架、負(fù)環(huán)管片位置的確定依據(jù)。反力架的位置確定主要依據(jù)洞口第一環(huán)管片的起始位置、盾構(gòu)的長度以及盾構(gòu)刀盤在始發(fā)前所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置確定。

2、負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)的確定。假定盾構(gòu)機(jī)機(jī)身長度LTBM=8.3M，始發(fā)井長度LAS=12M（因不同的始發(fā)井尺寸而不同），洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)在完成第一次鑿除后的里程DF，設(shè)計(jì)第一環(huán)管片起始里程D1S，管片環(huán)寬WS=1.2M，反力架與負(fù)環(huán)鋼管片長WR=1.5M（自行設(shè)計(jì)加工的尺寸）。DR為反力架端部里程，N為負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)。在安裝井內(nèi)始發(fā)時(shí)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)確定N=（D1S-DF+8.3）/WS環(huán)。

3、反力架、負(fù)環(huán)鋼管片位置的確定。在確定始發(fā)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)后，即可直接定出反力架及負(fù)環(huán)管片的位置。

反力架端部里程DR=D1S-N×WS。

4、反力架、始發(fā)臺的定位與安裝。在盾構(gòu)機(jī)主機(jī)與后配套連接之前，開始進(jìn)行反力架的安裝。安裝時(shí)反力架與車站結(jié)構(gòu)連接部位的間隙要墊實(shí)，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強(qiáng)度。

由于反力架和始發(fā)臺為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)提供初始的推力以及初始的空間姿態(tài)，在安裝反力架和始發(fā)臺時(shí)，反力架左右偏差控制在±10MM之內(nèi)，高程偏差控制在±5MM之內(nèi)，上下偏差控制在±10MM之內(nèi)。始發(fā)臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角<±2‰，盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線豎直趨勢偏差<2‰，水平趨勢偏差<±3‰。

六、盾構(gòu)的始發(fā)

1、始發(fā)臺兩側(cè)的加固?。由于始發(fā)臺在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩。所以在盾構(gòu)始發(fā)之前，必須對始發(fā)臺兩側(cè)進(jìn)行必要的加固。

2、負(fù)環(huán)管片安裝

（1）負(fù)環(huán)管片安裝準(zhǔn)備。在安裝負(fù)環(huán)管片之前，為保證負(fù)環(huán)管片不破壞尾盾刷、保證負(fù)環(huán)管片在拼裝好后能順利向后進(jìn)行水平力的傳遞，在盾殼內(nèi)安設(shè)厚度不小于盾尾間隙的方木（或型鋼），以使管片在盾殼內(nèi)的位置得到保證。?（2）負(fù)環(huán)管片后移。第一環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝成圓后，用4～5組油缸完成管片的后移。管片在后移過程中，要嚴(yán)格控制每組推進(jìn)油缸的行程，保證每組推進(jìn)油缸的行程差小于10MM。在管片的后移過程中，要注意不要使管片從盾殼內(nèi)的方木（或型鋼）上滑落。（3）負(fù)環(huán)管片與負(fù)環(huán)鋼管片的連接。負(fù)環(huán)管片的最終位置要以推進(jìn)油缸的行程進(jìn)行控制，在負(fù)環(huán)管片與負(fù)環(huán)鋼管片之間的空隙用早強(qiáng)砂漿或鋼板填滿。?（4）負(fù)環(huán)管片的拼裝類型。在始發(fā)井內(nèi)的負(fù)環(huán)管片的拼裝類型通常采取通縫拼裝，主要是因?yàn)槎軜?gòu)井一般只有一個(gè)，在施工過程中要利用此井進(jìn)行出渣、進(jìn)管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時(shí)、快速的拆除負(fù)環(huán)管片。

3、盾構(gòu)的始發(fā)

（1）空載推進(jìn)。盾構(gòu)在空載向前推進(jìn)時(shí)，主要控制盾構(gòu)的推進(jìn)油缸行程和限制盾構(gòu)每一環(huán)的推進(jìn)量。

盾構(gòu)向前推進(jìn)的同時(shí)，檢查盾構(gòu)機(jī)是否與始發(fā)臺、始發(fā)孔位發(fā)生干涉或是否有其他異常事件或事故的發(fā)生，確保盾構(gòu)安全的向前推進(jìn)。

（2）始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)的控制。主要通過盾構(gòu)機(jī)的推油缸行程來控制姿態(tài)。

（3）始發(fā)時(shí)盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的控制。在保證盾構(gòu)正常推進(jìn)的情況下，稍微降低總推力和刀盤扭矩。

4、洞口注漿

在盾尾完全進(jìn)入洞體后，調(diào)整洞口密封，進(jìn)行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強(qiáng)度。注漿壓力控制在1.5BAR以內(nèi)。

七、反力架、負(fù)環(huán)管片的拆除

反力架、負(fù)環(huán)管片的拆除時(shí)間根據(jù)背襯注漿的砂漿性能參數(shù)和盾構(gòu)的始發(fā)掘進(jìn)推力決定。一般情況下，掘進(jìn)100M以上（同時(shí)前50環(huán)完成掘進(jìn)7日以上），可以根據(jù)工序情況和工作整體安排，開始進(jìn)行反力架、負(fù)環(huán)管片的拆除。

八、結(jié)束語

始發(fā)條件及始發(fā)施工技術(shù)中每一環(huán)節(jié)的順利進(jìn)展與否都關(guān)系到盾構(gòu)機(jī)是否可以始發(fā)成功。要保證盾構(gòu)的安全并順利的始發(fā)，還應(yīng)在前期對地質(zhì)勘探、始發(fā)區(qū)域的建筑物及管線情況進(jìn)行調(diào)查和分析，特別是對端頭土體的液限、塑限、滲透系數(shù)、含水量等各種物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行全面的調(diào)查及評估;同時(shí)應(yīng)對始發(fā)技術(shù)施工中的每一個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)全面、細(xì)致的控制，以確保各種加固處理措施達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉仁鵬.土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)綜述.世界隨道，2000，37（1）：1-7.

[2]劉東亮.EPB盾構(gòu)掘進(jìn)的土壓控制.鐵道工程學(xué)報(bào)2005，22（2）：45-47.

[3]?趙樹德編.土壓力的計(jì)算.高等教育出版社，2001.

[4]?周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用.北京：中國建筑工業(yè)版社，2004.

（作者單位：中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院）