大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)始發(fā)技術(shù)

章衛(wèi)

【摘要】隨著大直徑土壓平衡盾構(gòu)法施工工法的應(yīng)用越來越廣泛，土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)在盾構(gòu)施工中成為風(fēng)險(xiǎn)性較大的環(huán)節(jié)，通過對(duì)穗莞深某標(biāo)段盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)的研究，給以后的大直徑盾構(gòu)始發(fā)提供參考。

【關(guān)鍵詞】大直徑、土壓平衡盾構(gòu)、始發(fā)技術(shù)

1、概況

穗莞深城際鐵路某項(xiàng)目隧道采用盾構(gòu)法施工，該項(xiàng)目管片寬度1600mm，外徑8500mm，內(nèi)徑7700mm，厚度400mm，盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為8860mm。盾構(gòu)區(qū)間采用兩臺(tái)全新日本奧村土壓平衡盾構(gòu)機(jī)由始發(fā)井左、右線先后始發(fā)，掘進(jìn)至車站吊出。上覆第四季土層較厚，洞身穿越第四系土層，砂層及軟塑狀的粉質(zhì)黏土較厚。

2、始發(fā)順序

首先，在土方開挖前，進(jìn)行端頭土體加固；其次，組裝第一臺(tái)盾構(gòu)（1）后配套臺(tái)車，并將其拖入矩形段結(jié)構(gòu)；再次，組裝盾構(gòu)主機(jī)并將主機(jī)和后配套臺(tái)車連接，完成盾構(gòu)機(jī)整機(jī)調(diào)試，同時(shí)完成垂直運(yùn)輸系統(tǒng)和水平運(yùn)輸系統(tǒng)、攪拌站等安裝調(diào)試。

3、始發(fā)形式

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)采取臺(tái)車分體始發(fā)方案（2），即在第6節(jié)臺(tái)車和第7節(jié)臺(tái)車之間斷開，使用50米加長管線連接后始發(fā)，以保證垂直運(yùn)輸?shù)目臻g，待盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)約40米以后再將后續(xù)3節(jié)臺(tái)車與前面臺(tái)車連接，拆除加長管線，連接原有管線。如圖：

圖3 臺(tái)車分體始發(fā)示意圖

4、托架、反力架支撐及洞門密封安裝

由于盾構(gòu)機(jī)重達(dá)850噸，始發(fā)托架必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。安裝過程中托架采用“井”字形水平支撐進(jìn)行加固。組裝時(shí)，在始發(fā)托架的軌道上涂抹潤滑油以減小盾構(gòu)機(jī)始發(fā)推進(jìn)時(shí)的阻力；始發(fā)掘進(jìn)時(shí)，托架兩側(cè)加方木楔塊和鋼絲繩固定負(fù)環(huán)管片。隧道始發(fā)段盾構(gòu)機(jī)以27.569‰（左線28.56‰）的坡度始發(fā)，當(dāng)?shù)侗P接近洞門時(shí)，始發(fā)托架與洞門鋼環(huán)之間的空隙必須延伸焊接臨時(shí)導(dǎo)軌，保證盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)入洞門。為了保證在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)快速、牢固地安裝密封裝置，在盾構(gòu)工作井內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)施工時(shí)在預(yù)留洞門處預(yù)埋洞門鋼環(huán)，洞門鋼環(huán)的內(nèi)徑為Φ9200㎜，與內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)一同施工。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入預(yù)留洞門前在外圍刀盤和簾布橡膠板外側(cè)涂潤滑油以免盾構(gòu)機(jī)刀盤掛破簾布橡膠影響密封效果。

5、洞門破除

洞門鑿除施工時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)與掌子面之間搭建腳手架，利用人工進(jìn)行鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)砼施工，鑿除按照“先拉槽、再破除、后修邊”，的順序進(jìn)行。

6、臨時(shí)堆載

盾構(gòu)機(jī)識(shí)發(fā)前對(duì)出口段工作井端頭進(jìn)行臨時(shí)堆土，硬化場地標(biāo)高為3.2米，堆土標(biāo)高為4米，堆土范圍為沿線路方向30米，線路中線外側(cè)15米。堆載粘土且分層夯實(shí)，分層厚度0.2～0.3米，壓實(shí)系數(shù)不小于0.94。始發(fā)完成監(jiān)測穩(wěn)定后清除堆載。

7、盾構(gòu)始發(fā)

7.1負(fù)環(huán)管片的正確安裝

在拼裝第一環(huán)負(fù)環(huán)時(shí)（3），在盾尾管片拼裝區(qū)上部180°范圍內(nèi)，當(dāng)管片拼裝機(jī)每安裝固定一塊管片時(shí)，就要用已經(jīng)焊接成L形狀槽鋼焊接在筒體內(nèi)部來保護(hù)拼裝的管片不會(huì)側(cè)翻，在第一環(huán)負(fù)環(huán)成環(huán)之后將其拆除。在每環(huán)管片推出盾尾后，在管片外的軌道上用木制楔子及時(shí)進(jìn)行支墊，將管片壓力均勻的傳遞到托架。如圖所示：

圖7.1 負(fù)環(huán)管片固定示意圖

7.2導(dǎo)向軌道安裝

由于工作井結(jié)構(gòu)的厚度及槽壁結(jié)構(gòu)的厚度，使現(xiàn)在盾構(gòu)托架上的導(dǎo)向軌道與掘進(jìn)面之間有約1米的距離，為保證盾構(gòu)安全、正確出洞，在始發(fā)托架前端與端墻之間安裝二根導(dǎo)向接長鋼軌道，安裝角度、位置應(yīng)順延盾構(gòu)托架上的軌道。

7.3盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入洞門

完全清除洞門砼后，為防止端頭加固體的失穩(wěn)，應(yīng)盡快安裝好導(dǎo)向軌道，并盡快使用推進(jìn)千斤頂使盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入洞門。

7.4調(diào)整洞口止水裝置

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的刀盤接觸土體后，及時(shí)調(diào)整活動(dòng)壓板與盾構(gòu)筒體的間隙，一般為5～10mm，由于本工程端頭始發(fā)土質(zhì)較松軟。

7.5盾構(gòu)掘進(jìn)

壓板調(diào)整及螺栓上緊固定后，即可對(duì)土艙進(jìn)行保壓，然后進(jìn)行掘進(jìn)。橡膠止水布簾內(nèi)層與盾構(gòu)的筒體之間封閉也需要在掘進(jìn)中產(chǎn)生的小顆粒物填充壓實(shí)空間，使密封更為牢固。

7.6盾尾通過洞門密封后進(jìn)行回填注漿

當(dāng)盾尾通過洞門密封后，立即將壓板調(diào)整壓緊洞口0環(huán)管片，然后進(jìn)行同步注漿，必要時(shí)可以注入雙液漿以縮短凝固時(shí)間。要注意控制注漿壓力不要過大以免漿液沖破洞門密封。

8、土倉壓力控制

盾構(gòu)機(jī)在出口段始發(fā)時(shí)埋深比較淺，屬于淺埋始發(fā)，始發(fā)段臨時(shí)堆土標(biāo)高為4米，盾構(gòu)隧道中心標(biāo)高為-2.3米，土壓平衡的建立主要考慮主動(dòng)土壓力P1、水壓力P2以及一定的預(yù)備壓力P3。

（1）主動(dòng)土壓力P1的計(jì)算

P1=Ph×tan?（45°-θ/2）-2ctan（45°-θ/2）=24.42 kPa。

（2）水壓力P2的計(jì)算

P2=q×λh=18 kPa

（3）預(yù)備壓力P3

通過以上的計(jì)算，可以得出施工時(shí)的土壓力理論設(shè)定值應(yīng)該是P1+ P2+ P3=52.42～62.42 kPa

9、盾構(gòu)始發(fā)測量及監(jiān)測

在盾構(gòu)始發(fā)段監(jiān)測采取的措施：⑴ 地表沉降加密測點(diǎn)；⑵ 建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測；⑶ 增加監(jiān)測頻率；⑷ 測量的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)匯總進(jìn)行分析。

10、始發(fā)掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)

⑴如盾構(gòu)出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整推進(jìn)油缸行程進(jìn)行合理的糾偏。

⑵始發(fā)前托架定位時(shí)，盾構(gòu)機(jī)軸線與隧道設(shè)計(jì)軸線保持平行，盾構(gòu)中線可比設(shè)計(jì)軸線適當(dāng)抬高。

⑶始發(fā)階段要注意推力、扭矩的控制，同時(shí)也要注意各部位油脂的有效作用。

⑷盾構(gòu)在始發(fā)段推進(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。

參考文獻(xiàn)

[1]周文波.超大直徑土壓平衡盾構(gòu)在中心城區(qū)公路隧道中的應(yīng)用技術(shù)探討[A]. 地下交通工程與工程安全——第五屆中國國際隧道工程研討會(huì)文集[C]. 2011

[2]代仁平. 土壓平衡盾構(gòu)砂卵石處理模式及應(yīng)用分析[A]. 低碳經(jīng)濟(jì)與土木工程科技創(chuàng)新——2010中國（北京）國際建筑科技大會(huì)論文集卷Ⅱ[C]. 2010

[3]紀(jì)梅.大直徑土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表沉降分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào). 2012（01）