地鐵盾構法隧道施工軸線控制問題分析

陸躍

(中鐵四局城市軌道公司,安徽合肥 230071)

地鐵盾構法隧道施工軸線控制問題分析

陸躍

(中鐵四局城市軌道公司,安徽合肥 230071)

為緩解交通壓力,城市地鐵規(guī)模不斷擴大。在地鐵隧道工程中,多采取機械化及自動化程度較高的盾構法進行施工。應用盾構機進行隧道施工,可以在短時間讓隧道一次成形,綜合效益較好。然而在進行隧道軸線檢測時,存在著部分隧道軸線偏離問題。隧道軸線偏離,會對地鐵隧道施工進度造成影響,嚴重會引起安全事故。結合工程實例,對地鐵盾構法隧道施工軸線控制問題進行研究。

地鐵 盾構法 隧道施工 軸線控制

1 工程概況

某城市為緩解交通壓力，興建地鐵工程，地鐵隧道埋深在8.0-14.5m范圍內，穿越淤泥質粉質粘土層、粉質粘土層、粉細砂層、粘土層與粉土層。地鐵隧道區(qū)間分布為三組平面曲線，分別為半徑1000m平面左曲線、半徑為1500m平面左曲線、半徑為800m平面右曲線。在隧道區(qū)間曲線之間設置有直線段。隧道工程最大縱坡值為30‰，縱坡表現(xiàn)為V形。于隧道變坡點位置設置豎曲線，曲線半徑設置為3000m與5000m。在該地鐵隧道施工中，采取S195型號盾構機，盾構機刀盤直徑為6.4m，隧道襯砌管片內徑為5.5m，外徑為6.2m。

2 盾構機姿態(tài)分析

在地鐵隧道施工中，直接影響隧道線路軸線的因素為：盾構機掘進作業(yè)開挖軸線與盾構機襯砌管片成型軸線。在隧道施工中，其開挖軸線與襯砌管片軸線應保持一致。然而因盾構機在隧道掘進過程中，盾構機沿隧道設計軸線滾動及運動，盾構機刀盤會對土體產生一定超挖問題，出現(xiàn)超挖空間，需要大量砂漿同步注漿進行填充作業(yè)。注漿作業(yè)時漿液間隙填充過程即襯砌管片軸線再次成形的過程，從而導致襯砌安裝管片軸線準確性難以控制，影響施工質量。在盾構機隧道施工中，盾構機開挖直接反映為盾構機掘進姿態(tài)，襯砌管片軸線數據數據直接反映為襯砌管片姿態(tài)，盾構機掘進姿態(tài)與襯砌管片姿態(tài)控制直接影響著隧道施工軸線控制，為此，對影響盾構機姿態(tài)的因素進行研究。

2.1 盾構機初始階段

通過始發(fā)臺與反力架精確定位實現(xiàn)盾構機初始姿態(tài)確定。其中，始發(fā)臺為盾構機提供必要的初始空間狀態(tài)，始發(fā)臺與盾構機之間的關系如圖1所示：

反力架屬于鋼結構，負責為盾構機推進時提供反力。始發(fā)臺與反力架其姿態(tài)，是影響盾構機初始階段推進姿態(tài)的關鍵。

在盾構隧道施工中，一般要求對盾構機出洞端頭進行加固處理，因盾構機出洞后為便為加速下坡路段，且在初始階段不能進行盾構機方向調整，在盾構機與始發(fā)臺脫離后，容易出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象，且盾構機與加固區(qū)域地層之中的摩擦力偏低，受掘進推力等因素影響，導致盾構機姿態(tài)失控。在本工程中，地鐵隧道南端頭井始發(fā)點在圓曲線段，在盾構機到達加固區(qū)之前，無法調整方向，導致盾構機無法與車站端墻相垂直，對襯砌管片軸線成形造成影響。

2.2 盾構機掘進階段

在盾構機掘進階段，影響盾構機姿態(tài)的主要包括以下兩點：第一，掘進過程糾偏。受地鐵隧道地質因素、盾構機推進操作因素的影響，盾構機在掘進時會出現(xiàn)滾動及蛇行問題。雖然在該工程中應用的S195型號盾構機設置有鉸接裝置，但其在掘進過程中的蛇行問題仍無法有效控制。蛇行運動形成過程，屬于盾構機掘進姿態(tài)調整并逐漸達到規(guī)范姿態(tài)的過程，即糾偏過程；第二，管片位移。盾構機隧道管片位移狀況可以分為管片水平位移與管片水平上浮兩種問題。如在該地鐵隧道施工中，盾構機掘進過程中，于曲線段出現(xiàn)最大水平位移，于左曲線段管片出現(xiàn)左偏，于右曲線段管片出現(xiàn)右偏問題，在直線段與曲線段還存在著管片上浮問題。

引起管片水平位移的原因主要為：在進行盾構機調整方向時，因管片選型存在不合理性，導致轉彎環(huán)管片偏移量無法滿足盾構機調向幅度；盾構機盾尾與中體存在角度誤差，當盾構機推力作用于管片時，受徑向分離影響管片出現(xiàn)水平位移。管片上浮主要是因地鐵隧道地質因素及背襯注漿因素而產生。

2.3 盾構機到達階段

在盾構機掘進時，為保證其掘進準確經過預留洞門，要求在盾構機距離預留洞門約100m時，進行盾構機人工姿態(tài)測量作業(yè)，在這個階段中，隧道中心軸線與設計隧道軸線存在著一定偏差，在實際偏差的基礎上，擬定出盾構機掘進線路，其擬定軸線對盾構機施工軸線產生著直接影響。

3 盾構機姿態(tài)控制措施

為保障地鐵隧道工程施工中其隧道軸線符合規(guī)范要求，需要保證掘進姿態(tài)與管片姿態(tài)正確合理。在該地鐵工程中，從盾構機姿態(tài)控制、背襯注漿與管片選型三個方面采取控制措施，進行地鐵隧道軸線控制研究。

3.1 姿態(tài)控制研究

在地鐵隧道各階段施工過程中，應根據隧道不同階段地質條件，綜合進行盾構機掘進分析，嚴格控制隧道施工中盾構機掘進姿態(tài)。如在掘進中盾構機出現(xiàn)滾動問題時，應及時采取正反轉刀盤進行糾正處理；當盾構機出現(xiàn)蛇行偏差時，應及時糾正，尤其是在隧道曲線段區(qū)域，應按照長距離、緩慢修正的原則進行糾正偏差，每環(huán)糾偏量應控制在20mm以內，糾偏的過程中，應綜合考慮盾構機推進油缸壓力變化對盾構機姿態(tài)所產生的影響。構建盾構機管片姿態(tài)人工復核制度，安裝3-5環(huán)管片后應對盾構機管片姿態(tài)進行檢查，記錄并分析檢查結果，為盾構機掘進姿態(tài)調整發(fā)揮指導意義。

3.2 背襯注漿

為實現(xiàn)環(huán)形間隙均勻填充作業(yè)，在注漿過程中應嚴格控制注漿壓力，控制注漿量，避免管片所承受壓力不均衡。背襯注漿采取左右對稱注漿方式。于注漿孔出口位置安裝分壓器，從而實現(xiàn)對各注漿孔注漿壓力與注漿量的檢測與控制。對管片姿態(tài)進行測量并及時調整孔口壓力。為防止管片上浮，一般上部注漿壓力大于下部注漿壓力。在注漿過程中，應根據監(jiān)控狀況，及時調整注漿參數。

3.3 管片選型

圖1 始發(fā)臺與盾構機關系示意圖

在地鐵隧道施工中采取盾構機施工方法，為實現(xiàn)隧道軸線控制，應做好管片選型作業(yè)。管片選型應遵循以下原則：與盾構機姿態(tài)相適應，與隧道設計軸線相適應。采取轉彎環(huán)及標準環(huán)拼裝管片，通過組合標準環(huán)與轉彎環(huán)，構建出各種線形地鐵隧道。在實際拼裝過程中，尤其是進行曲線段管片拼裝時，管片拼裝點位直接決定著不同方向偏移量。綜合考慮盾構機盾尾間隙、膠結油缸差值、推進差值等因素，保證管片調整量精確，實現(xiàn)對隧道施工軸線控制。

4 結語

城市化進程加快，推動著城市地鐵規(guī)模的不斷擴大。在城市地鐵隧道工程中，多采取盾構法進行施工。在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，盾構機隧道施工容易出現(xiàn)軸線偏離問題，對地鐵隧道工程施工進度、施工質量及安全性造成影響。為實現(xiàn)盾構機在隧道施工中其軸線控制，需要對盾構姿態(tài)、管片姿態(tài)進行全程監(jiān)控，并采取措施控制盾構姿態(tài)與管片姿態(tài)，進而實現(xiàn)隧道軸線控制。實踐證明，盾構機在地鐵隧道工程施工中采取措施控制盾構姿態(tài)與管片姿態(tài)，能夠有效提高地鐵隧道施工進度，保障施工質量，實現(xiàn)地鐵工程施工效益。

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