復(fù)合地層盾構(gòu)施工過(guò)程控制技術(shù)

胡方明

摘要：在城市軌道的建設(shè)中，盾構(gòu)施工技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，本文以青島地鐵1號(hào)線汽流區(qū)間為例，分析了在復(fù)合地層中采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行施工所具有的優(yōu)勢(shì)，本文主要闡述了地鐵盾構(gòu)施工中的控制要點(diǎn)，包括掘進(jìn)參數(shù)擬定以及壁后注漿的施工控制，姿態(tài)的控制，管片拼裝的控制，測(cè)量工作的控制等，為城市軌道建設(shè)質(zhì)量的提高提供有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)合地層;盾構(gòu)施工技術(shù);控制要點(diǎn)

1.工程概況

青島地鐵1號(hào)線汽流區(qū)間隧道設(shè)計(jì)起訖里程：K58+309.21～K60+344.255，全長(zhǎng)約3036m。本區(qū)間出汽車(chē)北站向北穿越雙流高架路基段、變電所、白沙河、軍事用地及機(jī)場(chǎng)用地，止于流亭機(jī)場(chǎng)。區(qū)間隧道穿越全斷面微風(fēng)化、中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖層，穿越軟弱不均巖層，穿越含卵石粗砂礫層，且地下水豐富。

2.盾構(gòu)施工過(guò)程控制技術(shù)

在復(fù)合地層中控制好盾構(gòu)施工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)和控制要點(diǎn)，做好各項(xiàng)措施，才能保證盾構(gòu)隧道的質(zhì)量和安全，接下來(lái)對(duì)一些盾構(gòu)施工的控制要點(diǎn)和方法進(jìn)行探討。

2.1擬定掘進(jìn)參數(shù)

根據(jù)盾構(gòu)穿越地層的地質(zhì)和地表情況，以及復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)技術(shù)參數(shù)，擬定掘進(jìn)參數(shù)A，分段下達(dá)掘進(jìn)指令。在實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)地層的變化，掘進(jìn)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，如明確土壓、推力、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、推進(jìn)速度、扭矩、貫入度等的控制范圍，保證盾構(gòu)機(jī)勻速前進(jìn)，施工正常。

2.2注漿控制

堅(jiān)持“無(wú)漿不推” 原則，注漿跟掘進(jìn)保持同步，保證注漿壓力和注漿量。

（1）根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源等級(jí)及地層水文、每環(huán)施工時(shí)間及日進(jìn)度確定同步漿液初凝時(shí)間，確保管片脫出盾尾時(shí)，漿液已凝固;

（2）準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出土量，確定同步注漿方量和壓力，保證間隙及時(shí)填充;

（3）根據(jù)地層情況及時(shí)調(diào)整漿液配比，保證漿液質(zhì)量;

（4）每日上報(bào)地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，重要區(qū)域增加監(jiān)測(cè)頻次，必要時(shí)進(jìn)行二次注漿。

（5）為減小管片上浮趨勢(shì)，同步注漿使用上兩路注漿，低限警告壓力設(shè)置1.0bar，啟動(dòng)壓力設(shè)置2.0bar，停止壓力設(shè)置4.0bar。

（6）對(duì)注漿量不足的位置特別記錄，在離盾尾8環(huán)后進(jìn)行二次補(bǔ)漿，保證管片壁后間隙填充密實(shí)。

2.3渣土改良控制

選用泡沫作為渣土改良劑，泡沫的作用如下：

（1）可以降低土體的摩擦性，減小刀具的磨損程度。

（2）改善渣土流動(dòng)性，減少 “泥餅”、“堵塞”現(xiàn)象，保證開(kāi)挖面穩(wěn)定。

（3）降低土體的黏附性，提高排土效率。

（4）降低渣土的透水性，有效防止掘進(jìn)中噴涌的發(fā)生，保證挖掘過(guò)程的壓力。

（5）有效降低刀盤(pán)扭矩，起潤(rùn)滑和冷卻作用。

根據(jù)地層調(diào)整泡沫系統(tǒng)的氣流量、泡沫注入比、泡沫原液比例和泡沫膨脹率，時(shí)刻觀察渣土的性狀，確保改良好渣土。

2.4盾尾密封控制

根據(jù)不同地層設(shè)置不同的注脂壓力，油脂壓力軟巖地層壓力控制在18～22bar，富水地層盾尾油脂控制在20～28bar，油脂注入要均勻、連續(xù)、足量，保護(hù)盾尾刷，保證盾尾密封良好。

2.5盾構(gòu)姿態(tài)控制

為保證成型隧道的中心線較好的符合設(shè)計(jì)線路，盾構(gòu)機(jī)需要保持良好的姿態(tài)，需要對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生偏離的進(jìn)行糾偏，盡可能地減少每次糾偏的幅度，要堅(jiān)持“勤監(jiān)測(cè)、勤糾偏、小糾偏”的原則。

水平姿態(tài)：水平偏差值，右偏為正，左偏為負(fù)。

垂直姿態(tài)：高程偏差值，沿坡度向上為正，向下為負(fù)。

盾構(gòu)側(cè)滾：左轉(zhuǎn)為負(fù)，右轉(zhuǎn)為正。

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)分組油缸的推進(jìn)力與油缸行程從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的水平調(diào)向和垂直調(diào)向。

（2）掘進(jìn)速度的快慢與調(diào)向也有直接的關(guān)系，速度慢對(duì)調(diào)向更為有利。

（3）合理選用管片類(lèi)型保證盾尾間隙糾偏。

（4）鉸接控制。

（5）滾動(dòng)控制。

①調(diào)整刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向。

②管片拼裝采取左右交叉順序。

③調(diào)整兩腰推進(jìn)油缸，使其軸線與盾構(gòu)軸線不平行，增加摩擦力。

（6）趨勢(shì)調(diào)節(jié)。

趨勢(shì)調(diào)節(jié)不能太大，否則會(huì)造成急于糾偏的現(xiàn)象，大趨勢(shì)變化由大方位變化而來(lái)。趨勢(shì)要與管片楔形量調(diào)整大小匹配，在管片能夠調(diào)整的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)向。也就是要跟著管片方向進(jìn)行調(diào)向。反之則容易使管片與盾尾卡死，鉸接拉力及行程會(huì)增加。

2.6管片拼裝控制

（1）管片驗(yàn)收。

①指派專人駐場(chǎng)，對(duì)管片生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，達(dá)到齡期的管片進(jìn)行出廠檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后才能出廠。

②管片進(jìn)場(chǎng)后，嚴(yán)格按要求對(duì)管片進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后方能卸車(chē)。

（2）管片防水粘貼。

①管片表面清理后，槽道采用定制油刷涂刷。

②止水條涂膠后，角部對(duì)棱，邊緣進(jìn)槽，兩邊推壓。

③管片定框刷膠，襯墊均勻滿涂。

④膠錘敲擊，確保粘接密實(shí)。

⑤設(shè)棚遮陽(yáng)避雨，預(yù)防醒膠脫落。

（3）管片拼裝。

①拼裝前，用水清洗管片。

②拼裝時(shí)，采用游標(biāo)卡尺控制管片錯(cuò)臺(tái)。

③封頂塊先徑向插入1/3，調(diào)整位置后緩慢縱向頂推，防止損壞管片及防水密封條。

④管片連接螺栓3次復(fù)緊，即管片螺栓在管片拼裝定位時(shí)初緊;管片脫出盾尾進(jìn)行復(fù)緊;后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，在每環(huán)管片拼裝之前，對(duì)相鄰拼裝成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)螺栓進(jìn)行全面復(fù)緊，復(fù)緊使用1m長(zhǎng)加力桿扳手。

⑤復(fù)緊后用扭矩扳手檢測(cè)是否合格。

⑥管片錯(cuò)臺(tái)按照規(guī)范要求檢測(cè)，相鄰管片環(huán)間錯(cuò)臺(tái)≤6mm，相鄰管片環(huán)內(nèi)錯(cuò)臺(tái)≤5mm。

2.7出渣量控制

土倉(cāng)內(nèi)土壓力以螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速和出土門(mén)的開(kāi)度控制，即以出

土量控制。巖層理論出土量：

V =π×（D/2）2×L×S

D—刀盤(pán)直徑，L—管片寬度，S—松散系數(shù)

出土量多少直接影響到刀盤(pán)正面土壓力和開(kāi)挖面的穩(wěn)定，控制排土量是控制地表變形的重要措施。盾構(gòu)在保持一定正面土壓力時(shí)，其排土量取決于輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，而螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速與盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂推進(jìn)速度協(xié)調(diào)，較好保持土壓平衡。

采用土壓平衡模式掘進(jìn)，實(shí)際出土量控制出土量在理論的98%～100%之間，以維持一定土壓力，保證盾構(gòu)正面土體的穩(wěn)定。對(duì)出土量超出的位置里程單獨(dú)記錄，待脫出盾尾后及時(shí)補(bǔ)注漿填充空隙;另根據(jù)地表沉降監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行注漿，必要時(shí)進(jìn)行地表注漿穩(wěn)固地層，控制沉降。

2.8測(cè)量控制

（1）盾構(gòu)掘進(jìn)測(cè)量

計(jì)算隧道設(shè)計(jì)中線的坐標(biāo)、新建工程導(dǎo)入線路數(shù)據(jù)，盾構(gòu)機(jī)零位數(shù)據(jù)輸入（始發(fā)棱鏡坐標(biāo)、盾首盾尾坐標(biāo)等），按照導(dǎo)向系統(tǒng)正常運(yùn)行顯示的參數(shù)進(jìn)行推進(jìn)。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中可對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行查詢和導(dǎo)出，定期對(duì)工程數(shù)據(jù)備份防止數(shù)據(jù)丟失。

（2）盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)核測(cè)量

為保證導(dǎo)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)100米就要進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)人工復(fù)核。通過(guò)測(cè)設(shè)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)安置的測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出盾構(gòu)姿態(tài)檢核導(dǎo)向系統(tǒng)顯示姿態(tài)。

（3）管片姿態(tài)側(cè)量

管片姿態(tài)測(cè)量采用橫尺法，計(jì)算出管片的水平偏差、垂直偏差。管片每天測(cè)量，20環(huán)一個(gè)批次，每次管片測(cè)量重疊5環(huán)，防止管片浮動(dòng)。

3.實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)以上控制要點(diǎn)的全面細(xì)致管控，在此種復(fù)合地層中，盾構(gòu)施工單日單線最高掘進(jìn)記錄是16環(huán)，單班單線最高掘進(jìn)記錄是9環(huán)。汽流區(qū)間盾構(gòu)施工平穩(wěn)順利的完成，各項(xiàng)施工質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，圓滿的完成了施工任務(wù)。

4.結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)法隧道施工，通過(guò)多年不斷摸索和實(shí)踐已經(jīng)形成了一套比較成熟的施工技術(shù)，在地鐵建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在原有的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展（如大直徑盾構(gòu)），這對(duì)施工人員素質(zhì)提出了更高的要求，更需施工人員通過(guò)不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐，掌握盾構(gòu)法隧道施工中的控制要點(diǎn)及相應(yīng)對(duì)策，才能為今后盾構(gòu)法隧道施工質(zhì)量、施工安全提供有力的保證。

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（作者單位：上海華鐵工程咨詢有限公司）