復(fù)雜條件下盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)控制

楊帆

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了城市交通行業(yè)的發(fā)展，城市交通逐漸朝下層空間延伸，隨之增加了我國大城市的盾構(gòu)結(jié)構(gòu)數(shù)量。由于穿越底層的地質(zhì)情況復(fù)雜，在開展盾構(gòu)結(jié)構(gòu)施工作業(yè)的過程中很容易忽視沉降問題，從而在一定程度上影響建筑物周圍設(shè)施的安全性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜條件;盾構(gòu)施工;關(guān)鍵技術(shù);控制

1工程概況

某區(qū)間隧道左線長351.6m、右線長357.9m;左線最小平曲線半徑380m，右線最小平曲線半徑350m，區(qū)間線間距8.5～12.4m。區(qū)間縱斷面為斜下坡，左線縱坡坡度分別為33.925‰、6.25‰、14.5‰，區(qū)間右線縱坡分別為35‰、4.441‰、14.5‰。隧道結(jié)構(gòu)覆土厚度4.1～8.8m，采用盾構(gòu)法施工。成型隧道允許偏差：高程和平面±50mm;每環(huán)相鄰管片平整度≤10mm;縱向相鄰管片環(huán)面平整度≤15mm;襯砌圓環(huán)直徑橢圓度≤5‰D。區(qū)間隧道主要穿越地層為（6）1粉質(zhì)黏土、（6）3砂質(zhì)粉土及（6）4粉質(zhì)黏土，隧道上方地層主要為（1）1雜填土、（1）2雜填土及（4）1粉質(zhì)黏土，隧道下方地層主要為（7）1粉質(zhì)黏土、（7）2黏質(zhì)粉土及（8）1粉質(zhì)黏土。區(qū)間隧道盾構(gòu)始發(fā)后先后下穿廢品交易市場、道路、簡易板房、單層磚砌平房及小橋涵，周邊環(huán)境相對簡單。

2工程難點(diǎn)分析

1）淺覆土。隧道埋深小，地層荷載不足，刀盤前方土壓平衡建立困難，土倉壓力難以控制，容易造成地表沉降、竄漿或者冒頂坍塌等問題;同時(shí)盾構(gòu)機(jī)上下受力不平衡，盾構(gòu)姿態(tài)易上揚(yáng)，造成盾構(gòu)姿態(tài)控制困難。2）小間距。本盾構(gòu)區(qū)間有約55m長度隧道間距<0.7D，最小間距盾構(gòu)接收段僅2.28m。地層土體二次擾動(dòng)、后行隧道盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)造成的擠壓、卸載作用對先行隧道的影響，易造成先行隧道變形，進(jìn)而引發(fā)錯(cuò)臺、破損、滲漏等質(zhì)量問題。3）小半徑曲線。本區(qū)間隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑為350m，對施工要求較高。由于盾構(gòu)機(jī)自身為直線形剛體，為確保盾構(gòu)隧道軸線與設(shè)計(jì)軸線吻合，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，須不停地連續(xù)糾偏，對操作人員技能、設(shè)備性能穩(wěn)定性要求高，姿態(tài)控制難度大。盾構(gòu)機(jī)要通過超挖來實(shí)現(xiàn)小曲線半徑轉(zhuǎn)彎，同時(shí)油缸存在不同壓力差與行程差，易對成型管環(huán)產(chǎn)生橫向分力，導(dǎo)致管片受力不均勻。

3復(fù)雜條件下盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)控制

3.1大坡度施工

3.1.1防管片上浮

1）在保證盾構(gòu)機(jī)不出現(xiàn)磕頭的情況下盡量減小上下油缸的推力差，防止由于下部油缸推力過大產(chǎn)生豎向分力，造成管片上浮。2）適當(dāng)增加同步注漿量，尤其控制上部注漿量，提升管片背后的填充效果，防止管片脫出盾尾后上浮。3）做好管片螺栓復(fù)緊。每環(huán)推進(jìn)結(jié)束后，擰緊當(dāng)環(huán)管片的全部連接螺栓并在下環(huán)推進(jìn)中在油缸推力作用下進(jìn)行復(fù)緊，克服作用于管片上的推力產(chǎn)生的垂直分力，減少管片上浮。

3.1.2盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)保證措施

1）掘進(jìn)過程中為保證盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)，須上下分區(qū)油缸產(chǎn)生推力差，防止盾構(gòu)機(jī)栽頭，但推力差引起的向上分力會(huì)導(dǎo)致管片上浮。因此在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中應(yīng)在保證盾構(gòu)機(jī)不出現(xiàn)栽頭的前提下，盡量減小上下分區(qū)油缸推力差，從而減小向上的分力作用。2）盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，適當(dāng)增加隧道監(jiān)測頻率，通過多次測量確保盾構(gòu)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)盾構(gòu)推進(jìn)和糾偏。3）在大坡度地段，由于隧道內(nèi)通視條件較差，須多次設(shè)置新測量點(diǎn)和后視點(diǎn)。新的測量點(diǎn)設(shè)置后，應(yīng)嚴(yán)格加以復(fù)測，確保測量點(diǎn)的準(zhǔn)確性，防止誤測。

3.1.3盾構(gòu)施工安全保證措施

本區(qū)間隧道縱斷面為一字下坡，左線始發(fā)階段坡度達(dá)到33.925‰，施工過程中存在電瓶車溜車安全隱患。為確保隧道內(nèi)水平運(yùn)輸安全，對電瓶車各部件增設(shè)鋼絲繩，電瓶車車頭前端設(shè)置螳螂鉤，盾構(gòu)機(jī)1號臺車設(shè)置車擋，電瓶車配置防溜車。

3.2淺覆土施工

3.2.1盾構(gòu)掘進(jìn)土壓設(shè)定

考慮淺覆土軟弱地層的敏感性，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中切口壓力設(shè)定不宜過大，防止擊穿覆土，切口壓力在水土壓力基礎(chǔ)上增加10～20kPa。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中應(yīng)保持切口壓力穩(wěn)定，波動(dòng)范圍控制在±5kPa。

3.2.2注漿控制

注漿效果對控制沉降極為關(guān)鍵，針對淺覆土段，除常規(guī)的同步注漿外，隨盾構(gòu)掘進(jìn)二次補(bǔ)充注漿。每環(huán)一個(gè)吊裝孔位管片進(jìn)行補(bǔ)漿，每隔10環(huán)進(jìn)行一次整環(huán)注漿形成止水環(huán)，二次補(bǔ)充注漿漿液初凝時(shí)間宜控制在13～15s。注漿壓力宜略大于對應(yīng)地層位置靜止水土壓力，控制在0.2～0.3MPa。

3.2.3掘進(jìn)速度

淺覆土段盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制在20～30mm/min，以勻速為宜，避免對土體造成過大擾動(dòng)。

3.3小間距施工

3.3.1先行隧道內(nèi)注漿加固

在先行隧道（左線）右側(cè)90°范圍內(nèi)利用管片吊裝孔向土體中打入長1.5m，?48mm×3.0mm鋼花管進(jìn)行注漿加固，達(dá)到改良硬化土質(zhì)，減少對周邊地層擾動(dòng)的目的。見圖1。加固采用水泥-水玻璃雙液漿，初凝時(shí)間控制在60s，壓力控制在0.15MPa左右。為確保土體加固質(zhì)量，采用以下控制措施：1）同一孔內(nèi)采用從外到內(nèi)的注漿方式分層注漿，每次拔管長度150～200mm;2）同一管片內(nèi)不同注漿孔應(yīng)保持對稱平衡注漿;3）隧道縱向隔環(huán)跳注，每環(huán)一次施工1～2孔。

3.3.2后行隧道推進(jìn)控制

后行隧道施工對先行隧道的主要影響有擠壓和單側(cè)卸載，擠壓作用包括盾構(gòu)推進(jìn)產(chǎn)生的壓力和注漿壓力。為避免對先行隧道產(chǎn)生影響，采取了如下措施：1）合理設(shè)置土壓力，根據(jù)覆土厚度和水文地質(zhì)條件，土倉壓力控制在0.1MPa左右，出土量控制在42m3以內(nèi);2）盾構(gòu)掘進(jìn)過程加強(qiáng)同步注漿，及時(shí)進(jìn)行二次注漿，注漿壓力控制在0.3MPa以內(nèi);3）降低推進(jìn)速度，控制在10～20mm/min;4）嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，偏差控制在±20mm，盡量避免糾偏。

3.4小半徑曲線施工及曲線接收

小半徑曲線盾構(gòu)掘進(jìn)對鉸接裝備、仿形刀要求高，始發(fā)前繪制好管片拼裝點(diǎn)位圖，編排好管片理論排環(huán)表。1）加強(qiáng)對盾構(gòu)推進(jìn)軸線的控制。由于曲線推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)環(huán)環(huán)都在糾偏，須做到“勤測勤糾”，每次的糾偏量盡量小，以保證形管片的環(huán)面始終處于曲率半徑的豎直面內(nèi);控制管片的位移量和環(huán)面的平整度，以減少位移和管片碎裂現(xiàn)象的發(fā)生，從而達(dá)到有效控制軸線和地層變形的目的。2）為確保盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)出土量，同時(shí)根據(jù)地面監(jiān)測情況合理調(diào)整出土量。3）嚴(yán)格居中拼裝，從而使管片處于較理想狀態(tài)，確保拼裝質(zhì)量及推進(jìn)軸線控制在規(guī)范要求范圍之內(nèi)。4）隧道貫通前應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的控制，以使盾構(gòu)機(jī)擁有良好的到達(dá)姿態(tài)，準(zhǔn)確就位在盾構(gòu)接收基座上。在最后50環(huán)推進(jìn)時(shí)，增加人工測量的次數(shù)，及時(shí)修正盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向，使盾構(gòu)機(jī)保持準(zhǔn)確的出洞姿態(tài)。5）未能達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，應(yīng)啟用超挖刀進(jìn)行超挖糾偏。

4結(jié)語

總之，在我國城市交通壓力不斷增大的時(shí)代背景下，地鐵工程逐漸成為城市交通系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)，但是受復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境的影響，地鐵工程施工過程中會(huì)遇到各種類型的問題，這就需要選擇合適的盾構(gòu)機(jī)，同時(shí)要應(yīng)用科學(xué)合理的施工技術(shù)，確保地鐵盾構(gòu)施工作業(yè)的順利開展。

參考文獻(xiàn)

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