談上軟下硬地層盾構(gòu)糾偏技術(shù)

文一鳴 祁海峰

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

隨著國內(nèi)地鐵建設(shè)步伐的加快，盾構(gòu)法作為一種修建地鐵區(qū)間隧道安全、快速、對周邊影響小、較高適應(yīng)性的施工方法，被廣泛采用。在實(shí)際盾構(gòu)施工掘進(jìn)中，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，軟硬地層交替出現(xiàn)，且同一橫斷面上下軟硬不均、富水情況變化較大的情況時(shí)有發(fā)生，因此研究針對盾構(gòu)穿越復(fù)合地層的盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)十分必要。

1 依托工程概況

成都地鐵蜀十區(qū)間為盾構(gòu)施工區(qū)間，區(qū)間隧道拱頂最大覆土埋深16 m，最小埋深9 m,最大曲線半徑650 m,最小曲線半徑600 m，最大坡度26.2‰，左線盾構(gòu)機(jī)處于直線上，隧道埋深12 m。從269環(huán)～413環(huán)掘進(jìn)期間，先后有三階段出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)上浮，需進(jìn)行姿態(tài)糾偏及控制。

2 設(shè)備情況

1)盾構(gòu)機(jī)鉸接為被動(dòng)鉸接，鉸接最大伸長量為150 mm。現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)上部鉸接已經(jīng)伸長到最大，下部鉸接伸長為50 mm左右。為防止上部鉸接回收，在11點(diǎn)、1點(diǎn)位處已經(jīng)用鋼板固定中盾和尾盾，使上部鉸接固定。目前鉸接力在180 bar～220 bar左右。

2)盾尾間距，見表1。

3 糾偏過程

3.1 第一次糾偏措施

蜀十區(qū)間左線掘進(jìn)至269環(huán)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)持續(xù)往上，從270環(huán)～345環(huán)掘進(jìn)采取糾偏掘進(jìn)。

采取的措施：停止掘進(jìn)，要求海瑞克廠家人員對超挖刀進(jìn)行調(diào)試，采取超挖刀伸長35 mm進(jìn)行糾偏掘進(jìn)，掘進(jìn)時(shí)合理的進(jìn)行管片選型，增加上部推進(jìn)油缸壓力，停止下部油缸等。

表1 盾構(gòu)間隙統(tǒng)計(jì)表

糾偏效果：通過270環(huán)～280環(huán)的掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)糾偏顯著。281環(huán)～345環(huán)掘進(jìn)時(shí)，一直采取超挖刀伸長35 mm進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)期間盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)能有效得到控制。

3.2 第二次糾偏措施

346環(huán)～351環(huán)掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)又一次往上漂，352環(huán)～406環(huán)掘進(jìn)為第二次盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)糾偏。

采取的措施：351環(huán)掘進(jìn)完后停機(jī)，海瑞克廠家人員再次對超挖刀進(jìn)行調(diào)試，使超挖刀伸長60 mm，從352環(huán)掘進(jìn)開始采取超挖刀伸長60 mm進(jìn)行掘進(jìn)。掘進(jìn)中適當(dāng)增加土倉壓力，增加注漿量，增加上部油缸推力停止下部油缸，固定上部鉸接油缸等方式進(jìn)行姿態(tài)糾偏。

糾偏效果：通過352環(huán)～386環(huán)的掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)能得到控制，糾偏效果明顯。后續(xù)387環(huán)～406環(huán)掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)又一次有上飄趨勢，主要是超挖刀被磨損后，造成糾偏效果不明顯。

3.3 第三次糾偏措施

407環(huán)～413環(huán)掘進(jìn)為第三次糾偏掘進(jìn)。

采取措施：對36號、37號、38號、39號4把18寸邊緣滾刀更換為加長撕裂刀，繼續(xù)采取超挖的形式進(jìn)行姿態(tài)糾偏。

糾偏效果：通過407環(huán)～410環(huán)的掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)逐步往下，糾偏效果明顯。411環(huán)～413環(huán)姿態(tài)往上主要是因?yàn)榧娱L撕裂刀發(fā)生扭動(dòng)失去超挖效果。

4 后續(xù)掘進(jìn)措施

4.1 持續(xù)使用超挖刀

1)繼續(xù)使用超挖刀增大刀盤開挖直徑，使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)整體往下，最終有效控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。

2)同時(shí)對36號、37號、38號、39號4把18寸邊緣滾刀更換為加長撕裂刀，使撕裂刀同步配合超挖刀可達(dá)到整圈超挖60 mm的超挖效果，通過增加開挖半徑進(jìn)行姿態(tài)糾偏。

4.2 合理進(jìn)行管片選型

1)根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行管片選型。

掘進(jìn)時(shí)刻關(guān)注盾尾間隙，當(dāng)掘進(jìn)到1/2時(shí)，測量盾尾間隙，操作手根據(jù)盾尾間隙情況進(jìn)行掘進(jìn)方向的微調(diào)，確保足夠的盾尾間隙。每一環(huán)掘進(jìn)完成后再次測量盾尾間隙，根據(jù)實(shí)際測量的盾尾間隙、推進(jìn)油缸行程和鉸接油缸行程選取是否用轉(zhuǎn)彎環(huán)，并確定拼裝點(diǎn)位，以便于盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)糾偏。管片最大楔形量位置約可以使對應(yīng)部位盾尾間隙調(diào)整6 mm。

2)根據(jù)油缸行程進(jìn)行管片選型。

推進(jìn)油缸千斤頂行程差達(dá)到80 mm時(shí)，必須選擇轉(zhuǎn)彎環(huán)進(jìn)行行程差調(diào)節(jié)，減少管片環(huán)面與千斤頂接觸面的折角，以更有利于下一環(huán)盾構(gòu)推進(jìn)及姿態(tài)的調(diào)整。

3)使用1.2 m管片。

使用1.2 m的轉(zhuǎn)彎環(huán)管片，使管片更貼合設(shè)計(jì)線路，調(diào)整盾尾間隙。

4.3 調(diào)整推進(jìn)油缸壓力分布

后續(xù)掘進(jìn)時(shí)仍然保持上部推進(jìn)油缸壓力最大，適當(dāng)減小或停止兩側(cè)油缸壓力，停止下部油缸，增加盾構(gòu)機(jī)向下的趨勢，慢慢使垂直姿態(tài)往下。

4.4 調(diào)整鉸接油缸

掘進(jìn)時(shí)適當(dāng)活動(dòng)鉸接油缸，使盾尾適應(yīng)管片姿態(tài)，確保有足夠的盾尾間隙，減小管片對盾尾的拉力。逐步使盾尾與前筒體成直筒型。

4.5 控制掘進(jìn)速度

1)控制掘進(jìn)速度，降低盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，掘進(jìn)速度控制在15 mm/min以內(nèi)；

2)根據(jù)掘進(jìn)速度適當(dāng)調(diào)整土倉壓力，增大反力，有利于姿態(tài)調(diào)整；

3)姿態(tài)糾偏掘進(jìn)期間，每班掘進(jìn)不超過3環(huán)。

4.6 調(diào)整同步注漿量

適當(dāng)增加同步注漿量，主要增加上部同步注漿量，讓管片上部填充密實(shí)，減小管片的上浮量。在使用超挖刀掘進(jìn)糾偏期間，由于開挖直徑增大，必須增加相應(yīng)的同步注漿量。同時(shí)由于開挖直徑的增大，防止止?jié){板失去作用，為防止?jié){液通過止?jié){板匯集到盾尾處，造成漿液凝固后包裹盾尾的情況，減小同步注漿水泥用量，采取惰性漿液，見表2。

4.7 二次注漿

糾偏掘進(jìn)期間，當(dāng)管片脫出盾尾3環(huán)時(shí)，利用二次注漿設(shè)備對該環(huán)進(jìn)行二次注漿。同時(shí)每隔5環(huán)做一加固環(huán)，對加固環(huán)管片四周進(jìn)行二次注漿，穩(wěn)固管片。二次注漿漿液均采用雙液漿。

表2 使用超挖刀時(shí)注漿量對照表

4.8 姿態(tài)測量

1)每掘進(jìn)3環(huán)進(jìn)行一次管片姿態(tài)測量，根據(jù)管片姿態(tài)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，防止管片姿態(tài)超限。

2)每掘進(jìn)5環(huán)進(jìn)行一次盾構(gòu)姿態(tài)測量，確定當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)準(zhǔn)確。

4.9 管片螺栓復(fù)緊及拉結(jié)

管片拼裝完后，立即對管片螺栓進(jìn)行擰緊，并對相鄰兩環(huán)管片螺栓進(jìn)行擰緊，推進(jìn)時(shí)再次進(jìn)行擰緊，減少管片受力產(chǎn)生位移。同時(shí)，由于姿態(tài)糾偏，掘進(jìn)時(shí)推進(jìn)油缸大部分力都在上部，造成下部管片受力較小，形成管片受力不均的情況，易造成管片出現(xiàn)錯(cuò)臺。掘進(jìn)時(shí)用型鋼把后面5環(huán)管片拉緊，形成一個(gè)整體，提高隧道的縱向剛度，防止管片錯(cuò)臺。

5 后續(xù)糾偏姿態(tài)控制

5.1 盾構(gòu)姿態(tài)控制

根據(jù)對十陵站左線接收洞門以及接收托架的測量，左線洞門水平左偏11 mm，高程比設(shè)計(jì)低13 mm，接收托架高程比設(shè)計(jì)高16 mm。為確保盾構(gòu)機(jī)順利出洞，出洞姿態(tài)控制為垂直前點(diǎn)20 mm～30 mm，水平姿態(tài)控制-15 mm～0 mm。現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)還有36環(huán)出洞，為防止后續(xù)掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)持續(xù)往上，造成出洞困難的情況，后續(xù)掘進(jìn)時(shí)控制盾構(gòu)機(jī)前點(diǎn)垂直姿態(tài)不超過20 mm。

5.2 管片姿態(tài)控制

根據(jù)現(xiàn)在所測量管片姿態(tài)，該段管片垂直姿態(tài)最大偏差為87 mm，符合隧道驗(yàn)收要求。同時(shí)，當(dāng)管片脫出盾尾后，及時(shí)進(jìn)行管片頂部二次注漿，通過注漿使管片再次往下10 mm左右，最終確保管片姿態(tài)控制在100 mm以內(nèi)。

5.3 糾偏掘進(jìn)質(zhì)量控制

5.3.1管片錯(cuò)臺控制

1)管片拼裝前，根據(jù)盾尾間隙油缸行程確定管片型號以及拼裝點(diǎn)位。

2)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)完成后，千斤頂縮回后應(yīng)對盾尾進(jìn)行清理，在保證盾尾無雜物的情況下才能拼裝管片。

3)管片拼裝應(yīng)遵循由下至上、左右交叉、最后封頂?shù)捻樞颍僮魇秩绻`規(guī)操作規(guī)程，順時(shí)針拼裝或者逆時(shí)針拼裝的后果將導(dǎo)致整環(huán)管片沿拼裝方向發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，持續(xù)的單方向拼裝將使環(huán)向旋轉(zhuǎn)累積，最終導(dǎo)致整環(huán)管片的扭轉(zhuǎn)角度很大并導(dǎo)致錯(cuò)臺。應(yīng)盡量調(diào)校管片位置與上環(huán)管片平順，螺栓孔位置對正，螺栓穿插容易。

4)管片拼裝完后，立即對管片螺栓進(jìn)行擰緊，并對相鄰兩環(huán)管片螺栓進(jìn)行擰緊，推進(jìn)時(shí)再次進(jìn)行擰緊，減少管片受力產(chǎn)生位移。

5)由于姿態(tài)糾偏，掘進(jìn)時(shí)推進(jìn)油缸大部分力都在上部，造成下部管片受力較小，形成管片受力不均的情況，易造成管片出現(xiàn)錯(cuò)臺。掘進(jìn)時(shí)用型鋼把后面5環(huán)管片拉緊，形成一個(gè)整體，提高隧道的縱向剛度，防止管片錯(cuò)臺。

6)提高漿液質(zhì)量，增加同步注漿量，填筑管片與地層間隙。

5.3.2管片破損控制

1)檢查管片螺栓是否完整，清除螺栓孔中的雜物。2)管片拼裝前，人工量取盾尾間隙，根據(jù)盾尾間隙選擇合適的管片拼裝點(diǎn)位，防止拼裝點(diǎn)位不對使得盾尾間隙局部很小，推進(jìn)過程中管片卡住盾殼破壞管片。3)對出現(xiàn)破損的管片及時(shí)按照修補(bǔ)方案進(jìn)行修補(bǔ)。

5.3.3領(lǐng)導(dǎo)值班制度

盾構(gòu)到達(dá)十陵站期間，盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)全程24 h進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)值班，確保掘進(jìn)出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

穿越上軟下硬(全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化泥巖以及局部穿越黏土夾卵石)地層中采取以下控制技術(shù)：1)合理使用超挖刀。2)合理進(jìn)行管片選型(根據(jù)盾尾間隙、油缸行程以及將1.2 m管片代替1.5 m管片)。3)調(diào)整推進(jìn)油缸壓力分布。4)調(diào)整鉸接油缸。5)控制掘進(jìn)參數(shù)。6)調(diào)整同步注漿及二次注漿參數(shù)，控制管片上浮。7)加強(qiáng)管片姿態(tài)測量頻率。8)管片螺栓復(fù)緊及拉結(jié)。通過以上控制技術(shù)，達(dá)到管片姿態(tài)控制在±100 mm以內(nèi)。此糾偏技術(shù)安全、可靠、實(shí)用性強(qiáng)，有極大的借鑒價(jià)值。