小半徑曲線段盾構過區間風井施工技術

賀曉鵬

(中鐵十八局集團第三工程有限公司, 陜西西安 710032)

小半徑曲線段盾構過區間風井施工技術

賀曉鵬

(中鐵十八局集團第三工程有限公司, 陜西西安 710032)

在線路較長的地鐵隧道中間一般均設計通風豎井，即中間風井。由于風井內施工作業空間狹小，四周結構封閉，吊裝及拆裝一些接收和二次始發材料困難，通常選擇整環管片通縫拼裝的方式。盾構機可利用自身推力通過風井，而在小半徑曲線段盾構過區間風井增加了一些姿態控制難度。

區間風井; 弧形導臺; 通縫拼裝; 曲線始發; 姿態控制

西安地鐵三號線辛家廟站-廣泰門站區間風井位于辛家廟立交東南角綠化帶內，為三層矩形結構，底板埋深31m(局部32m)，與區間隧道相交段負三層(盾構通過范圍)凈寬8.4 m。風井前后隧道設計線路中，左線為600 m的小曲線半徑、右線為500 m的小曲線半徑，盾構需在風井接收和二次始發。

1 工藝流程

盾構過區間風井工藝流程：檢查洞門處土體加固效果--弧形導臺制作-洞門復測-盾構到達前姿態調整-盾構刀盤頂至圍護樁-到達洞門破除-止水簾布、小導軌安裝-盾構接收及負環管片安裝-盾構維修保養-始發端洞門土體加固效果檢查-始發洞門破除-止水簾布、小導軌安裝-盾構二次始發。

2 盾構過風井施工技術

2.1 盾構接收及二次始發姿態控制

如使盾構沿著設計隧道中心線接收和二次始發，即盾構沿著始發、接收洞門中心點連成的直線推進，待盾構整機進入土體后，在600 m曲線半徑掘進的盾構刀盤中心線偏向線路中線外0.119 m(圖1)；在500 m曲線半徑掘進的盾構刀盤中心線偏向線路中線外0.143 m(圖2)。上述偏差值均超出規范所允許的水平偏差±50 mm。

圖1 600 m半徑曲線(單位:m)

圖2 500 m半徑曲線(單位:m)

如使左線(右線)盾構在到達前就開始向曲線圓心相反方向偏離45 mm(50 mm)，在始發時又向曲線圓心方向偏離45 mm(50 mm)，雖然前后相差累加值為90 mm(100 mm)，但盾體沿著這條直線完全進洞后，刀盤中心線偏向曲線圓心方向0.017 mm(0.008 mm)，如圖3、圖4所示；由到達洞側洞門中心線向曲線圓心外偏45 mm(50 mm)的點和現盾構刀盤中心點連成的直線段中割線長15.357 m(14.609 m)，可計算出割線中間點偏離設計中線值最大，為0.049m(0.053 mm)，在規范允許偏差值附近。同時，刀盤中心線已在曲線內側，下步掘進時直接按此姿態控制即可，達到盾構沿割線行走的姿態。

圖3 改進的600 m半徑曲線(單位:m)

圖4 改進的500 m半徑曲線(單位:m)

盾構采用上述方法接收、始發過程中先后沿著兩條直線推進，其中一條是臨近洞口時盾體整體向線路外側偏移45 mm，在接收洞門口開始沿著另一條直線推進至盾構二次始發盾體完全進洞后段，這兩條直線夾角為178.580°，與180°偏差值為1.429°，對盾構在交點處推進影響不大。

2.2 盾構到達段掘進參數

為控制好盾構姿態，使盾構機按照設定的姿態順利接收推上弧形導臺上，盾構在到達段掘進參數控制如下：

2.2.1 盾構正面的平衡壓力

到達段盾構施工過程中必須嚴格控制土倉的平衡土壓力，盡量減少平衡壓力的波動。當刀盤進入加固區后，土倉壓力逐漸減小，一般不大于50 kPa(0.5 bar)。

2.2.2 推進速度及刀盤扭矩

加固區土質較硬，為減小對周圍土體的擾動和確保洞門安全，需慢慢切割加固土體，使加固區土體得到充分削切，因此推進速度應放慢，盡量做到均衡施工，刀盤轉速控制在1.0 r/min，推進速度控制在10 mm/min左右，同時刀盤扭矩控制在2000 kN·m以內。

2.2.3 做好出土量統計

當盾構機刀盤進入加固區后，隨著土倉壓力逐漸減小，周圍土體受擾動后易掉落，這樣易增加出土量，所以要嚴格做好出土量統計，以便較為精確的確定在后續洞門封堵時需補充漿液的方量。

2.2.4 同步注漿量

理論同步注漿量可用公式Q=V·λ計算。 其中：λ為砂漿注入百分率(根據規范及類似地層施工經驗取150%～200 %);V為刀盤開挖空間與管片外周形成的建筑間隙。而V=π(D2-d2)÷4×L，式中：D為刀盤開挖直徑6.280 m；d為管片外徑6.000 m；L為每環管片寬度1.5 m。則理論同步注漿量為：Q=V·λ=(6.282-62)÷4×3.14×1.5×(150%～200%)=6.07～8.1 m3/環。

即每環同步注漿量為6～8 m3，實際施工中漿液的用量及注漿壓力結合前一階段施工的用量以及監測地表沉降數值進行合理選擇。

2.2.5 盾尾油脂的壓注

在同步注漿量充足的前提下，盾構機的盾尾密封顯得尤為重要，為了順利、安全的完成盾構到達接收施工，必須做好盾尾油脂的壓注工作。

2.2.6 盾構掘進方向控制

為保證盾構順利爬上導臺(或基座)，一般都適當抬高盾構姿態。因盾構外殼與洞門鋼環間間隙較小，故控制盾構軸線在洞門中線以上10 mm范圍內。

2.3 盾構接收

盾構采用接收基座接收和始發在調整姿態方面很便利，利用兩臺100 t的千斤頂即可將基座和盾體整機調整，但由于盾構主機和風井負三層寬度幾乎相等，盾構主機完全推出洞門側后即進入二次始發側墻體，無法達到采用托架來調整盾構姿態的目的，故采用弧形導臺接收和始發(圖5)。

圖5 弧形導臺

2.3.1 管片拼裝

管片拼裝方式采用整環通縫拼裝，進出風井前各10環管片采用鋼帶將環與環間連成整體，鋼帶采用50 mm×5 mm的鋼板做成，分別在管片上部及兩側連接3處。

為方便后續拆除負環管片，在其中一環負環管片拼裝時不安裝封頂塊(圖6)，同時在此環管片和相鄰一環管片間多加幾層軟木襯墊。

圖6 負環管片拼裝

2.3.2 管片支撐加固

風井內所拼裝的管片為盾構二次始發提供反力，為使管片定位準確，控制錯臺量，必須做好管片的支撐。管片固定主要為兩側固定和環管片間的固定兩部分，管片支撐分為底部支撐、兩側支撐、頂部支撐、兩環管片間的固定、整環管片固定五部分。

(1)底部支撐：當管片脫出盾尾后，導臺鋼軌與管片之間存在140 mm間隙，每環墊4～6塊木楔，防止管片下沉。

(2)兩側支撐：在風井段設置斜向支撐(18 a工字鋼或φ80 mm鋼管)，管片脫出盾尾后，及時利用鋼管和木楔子固定管片與B1、B3塊管片，防止管片向兩側偏移。

(3)頂部支撐：為了防止管片上浮，在管片頂部設置18a槽鋼支撐，槽鋼頂住風井負三層頂部，風井段盾構機前進時，千斤頂下部反力由3塊B型管片提供，L1、L2、F塊提供。

(4)兩環管片間的固定：及時擰緊管片與管片間的螺栓。

(5)管片脫出盾尾一半后，立即用鋼絲繩環向拉緊管片，防止管片向上偏移。

2.3.3 盾構空推通過導臺

(1)刀盤在推進過程不能旋轉，平衡施加推力，推進速度控制在10～20 mm/min以內。

(2)為防止盾構機在空推過程中發生自身旋轉，在盾體兩側加焊防滾楔塊；管片拼裝時，在導向臺上焊接防盾體前移裝置。

(3)每環管片在脫離盾尾超過一半后，及時用楔形方木將管片與水平支撐間塞緊。

2.4 盾構二次始發

盾構機推上導臺后立即組織維修保養，盡快二次始發。始發所用反力由在風井內已拼裝好了的整環管片提供(正常掘進的模式一樣)，始發推進階段總推力按1 600 t進行設計,考慮主要是底部油缸受力。底部有5組油缸，每組油缸承受320 t推力，油缸的撐靴面積為0.3×0.3=0.09 m2，則管片承受壓力P=320 t/0.09 m2=35.6 MPa<管片抗壓強度50 MPa，滿足要求。推力增加要遵循漸進的原則，因此在始發推進過程中必須注意：

(1)剛進洞段的10環千斤頂總推力應控制在1 200 t以內，推進速度在10～20 mm/min以內。

(2)推進過程中，千斤頂推力的調節應平穩，防止推力突變。

(3)洞門封堵注漿根據已破除的洞門間隙進行控制，注漿量不小于理論值，有水流時注雙液漿封堵。

(4)加強出洞期間地面沉降的監測和巡查。

(5)在洞內進行二次補漿，填塞同步注漿及洞外封堵漿液未到達的空隙，確保洞門處安全。

3 洞口段成型隧道的管片姿態

盾構通過后，分別對左、右線洞口段成型隧道的管片姿態進行復測，情況見表1、表2。

從表1、表2數據可以看出，管片姿態在規范規定的允許偏差值范圍內，與方案設計所期望值相吻合。

4 結束語

盾構過區間風井方法很多，選擇何種方案需要結合現場實際，采用弧形導臺+通環拼裝管片的方法簡單方便。而且施工中經常會遇到在曲線段始發和接收，盾構始發的姿態直接決定著始發段成型隧道質量。通過方案比選，合理選擇曲線段接收、始發的方案，保證成型隧道的施工質量。

表1 右線R=500 m曲線隧道實測管片姿態 mm

表2 左線R=600 m曲線隧道實測管片姿態 mm

[1] 王成. 盾構機過站移動施工技術[J].遼東學院學報,2006(1).

[2] 李鳳遠. 盾構過站施工技術應用[J].建筑機械化,2009(2).

[3] 王珣,楊博,劉文斌.盾構機平移過站技術[J].隧道建設,2007(4).

[4] 許野. 杭州地鐵1號線21號盾構始發與到達施工技術[J].科技傳播,2010(8).

[5] 鄧美龍,尹清鋒,王東猛.蓋挖車站風道式盾構下井始發施工技術[J].現代城市軌道交通,2011(5).

[6] 周文波. 盾構法隧道施工技術及應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

賀曉鵬(1981～)，男，本科，工程師，從事市政工程施工技術工作。

U455.43

B

[定稿日期]2015-02-05