盾構到達接收施工技術

盧曉慧

在地鐵施工技術不斷發展的今天,盾構法越來越多地被國內地鐵界所接受,目前我國各大城市地鐵修建均在采用此方法施工,以確保安全、如期、優質地完成各項工程。盾構到達接收是盾構法施工的最后一道“關檻”,是盾構法施工的重點和難點之一。本文以沈陽地鐵一號線云沈盾構區間施工為背景,詳細介紹了土壓平衡盾構到達接收的施工技術,以期對其他類似工程提供參考。

1 工程概況

沈陽地鐵一號線云沈區間為雙線隧道,單線斷面為圓形,覆土厚度約11.08 m～22.42 m,線間距約13 m～18 m,采用兩臺盾構機雙線同向施工。根據地質水文條件、現場施工環境、施工工期及成本等因素綜合考慮,本工程選用了沈重集團生產的直徑6 280 mm土壓平衡盾構機。盾構襯砌采用C50S10鋼筋混凝土預制管片拼裝而成,管片內徑5 400 mm,厚度300 mm,環寬1 200 mm,采用錯縫拼裝。

2 盾構到達施工

2.1 盾構到達工作內容及流程

盾構機到達施工指從盾構機到達接收井前50 m,到盾構機進入車站接收井上接收基座的整個施工過程(見圖1)。

2.2 端頭加固

地層加固處理一般采取攪拌樁、旋噴樁、注漿、SMW工法等,根據接收端頭地質情況及周邊環境,采取了水平旋噴樁加固方案。水平加固長度為4 m,寬度為隧道左右外邊緣以外3 m(中間盾構掘進范圍內空鉆),加固高度為隧道拱底以下3 m至拱頂以上3 m(中間盾構掘進范圍內空鉆)。在鑿除洞門之前首先對旋噴加固樁進行鉆芯取樣檢查,同時做超前探,判斷地下水的滲透情況,以決定是否需要重新加固或采取降水輔助措施。

2.3 端頭降水

在左線隧道外緣打設了3口深36 m降水井(見圖2),下80 m3/h的潛水泵開始提前降水。右線隧道外緣為地下出站廳,無法打設降水井,因此在兩線中間增打了1口36 m深降水井,同時利用車站明挖主體結構和附屬結構的降水井一起降水。

2.4 盾構機定位及接收洞門位置復核測量

2.4.1 人工復核測量

在盾構推進至盾構到達范圍時,對盾構機的位置進行準確測量,在到達前200 m進行聯系測量,到達前50 m加強盾構姿態及隧道線形測量,同時對接收洞門位置進行復核測量,確定盾構機的貫通姿態及糾偏計劃。盾構貫通前25環最后一次導站時,充分利用貫通前線路復測的結果,用測量二等控制點的辦法精確測量測站、后視點的坐標和高程,每一測量點的測量不少于6個測回。

2.4.2 盾構姿態調整

根據人工復核測量結果,制定盾構姿態調整方案,并逐漸將盾構姿態調整至計劃的位置。確定盾構貫通姿態時,盾構機姿態必須控制在規定范圍內(平面不大于±20 mm,高程不大于±20 mm,水平偏航角不大于±3 mm/m,垂直偏航角不大于3 mm/m),避免出現俯角姿態。根據實測洞門位置調整隧道貫通時刀盤位置,避免刀盤卡在洞口。

2.5 到達段50 m掘進

1)盾構進入到達段后,以“小推力、低刀盤轉速,減小擾動”為原則,結合理論計算及經驗調整掘進參數,掘進時頂部土壓 p控制在0.6 bar～0.8 bar,停機狀態保證 p≥0.8 bar。若停機時間較長,p≤0.8 bar時,需適當推進油缸將土壓提升,以免地面發生較大的沉降。掘進速度控制在35 mm/min以內,避免因速度過快造成注漿不飽滿;掘進推力控制在18 000 kN以內,各組油缸推力差不宜過大;刀盤轉速在0.9 r/min左右;泡沫劑用量為20 L/環～25 L/環,視地質變化及出渣效果酌情增減;出渣量控制在45 m3/環～48 m3/環;注漿量要保證不少于3.5 m3/環,同時進行二次補漿,以充分填充管片背部間隙,減小對周圍土體的擾動。2)在盾構刀盤距圍護樁10 m時,將掘進速度控制在15 mm/min左右,控制出土量并逐步減小土倉壓力,在最后兩環采用趨于零土壓的掘進模式。3)在盾構刀盤距圍護樁5 m時,利用二次注漿孔對盾尾管片進行環箍注漿,以阻止盾構后部的水流向洞口。4)在盾構刀盤距圍護樁2 m左右時,在洞門中心鑿一個300 mm直徑的孔以較準確確定盾構與洞門的相對位置。5)最后一環掘進時,要注意減少注漿量,控制在前半環推進時將砂漿注完,后半環改膨潤土單液注入,防止堵塞注漿管。6)進入到達段后,地面監控人員要注意跟蹤監測車站主體結構側墻及地表情況,發現異常時及時與相關人員聯系。

2.6 管片拼裝

隧道貫通后,盾構前方沒有了反推力,將造成管片之間環縫連接不緊密,易滲漏,因此將靠近洞口的10環管片用型鋼焊接連接縱向拉緊,保證管片間的防水條壓縮到位。

管片安裝完畢后,用風動扳手擰緊環向及縱向螺栓,且在下一環掘進完畢后二次緊固螺栓。

2.7 洞門鑿除

刀盤頂樁后停止掘進,鑿除洞口圍護樁。為減小破樁振動對端頭的影響,采用人工風鎬破除。根據以往破樁經驗,采用兩端破除截斷,中間整體吊出的方法。

2.8 洞門密封裝置安裝

首先,對洞圈預埋鋼環上雙頭螺栓孔進行攻絲清理,上緊雙頭螺栓后,再點焊固定。其次,洞門鑿除完成后,清理渣土,一次性安裝完防水密封裝置,并穿好鋼絲繩,暫且不拉緊。密封裝置安裝順序為:簾布橡膠板→圓環板→鋼翻板→墊圈→螺母。防水裝置翻板上鋼絲繩在盾構出洞時要拉緊一次,等到盾尾拖出之后簾布橡膠板落到管片上時,再完全拉緊翻板上的鋼絲繩,以保證洞門密封效果,防止水土流失造成洞門坍塌(見圖3)。

2.9 接收基座安裝

1)洞門鑿完后,按照預計盾構姿態對接收基座進行初步定位,做好加固材料準備。

2)盾構貫通后根據盾構機實際姿態對接收基座進行準確定位,加固接收基座。盾構機標高宜高出接收架的滑軌面標高20 mm～30 mm。

2.10 盾構主機出洞

盾構主機長9.62 m,盾尾能容納兩環管片,當管片拼裝到設計洞門范圍內,需要利用千斤頂的推力把盾構主機推出洞口,此時在底部臨時安裝兩塊管片作為千斤頂的支點,通過導軌把盾構引上接收基座。

3 結語

1)在盾構施工過程中要嚴格按照監測流程進行監測,及時對監測數據進行分析和預測,并在第一時間反饋給施工現場指揮,以便指導施工。

2)在整個盾構到達掘進過程中,依據洞門鋼環橢圓度實測情況,重點控制盾構掘進姿態,確保盾構順利從鋼環內鉆出。

3)無水作業是盾構到達接收的前提,可通過旋噴注漿與降水結合來實現,若實探旋噴效果不佳,短時間內可及時補打或利用車站降水井進行區域降水,實現盾構接收條件。

4)若接收端頭地質情況較好且水位降至隧道底1 m以下,可考慮不安裝洞門密封裝置,以便節約成本,減小工作量。

[1] 劉建航,候學淵.盾構法隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1991.

[2] 施仲衡.地下鐵道設計與施工[M].西安:陜西科技出版社,1997.

[3] 朱合華,傅德明,張鳳祥.盾構隧道[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 張鳳祥,項兆池,楊國祥.盾構隧道施工手冊[M].北京:人民交通出版社,2005.