淺埋大斷面隧道小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)研究

薛永健

(蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司，江蘇 蘇州 215000)

0 前 言

相對常規(guī)盾構(gòu)施工技術(shù)而言，小半徑曲線盾構(gòu)施工技術(shù)有著施工難度大、風(fēng)險大等特征。始發(fā)質(zhì)量好壞與掘進(jìn)過程中軸線的精細(xì)化控制作為大直徑盾構(gòu)機(jī)在小半徑曲線區(qū)段施工技術(shù)的關(guān)鍵部分。其主要原因在于，小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)的是否成功將決定整個區(qū)間隧道盾構(gòu)施工的質(zhì)量，嚴(yán)重的話還會對隧道施工安全性以及經(jīng)濟(jì)性等造成直接影響。由此可見，加大對淺埋大斷面隧道小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)研究，并及時采取有效措施，使大斷面隧道盾構(gòu)施工在小半徑曲線上實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的始發(fā)掘進(jìn)尤為重要。

1 工程概況

針對淺埋大斷面隧道小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)研究，本文將以蘇州市軌道交通三號線為例。蘇州市軌道交通三號線作為蘇州東西向的一條交通疏導(dǎo)型骨干線路，其建設(shè)主要呈東西方走向。該工程建設(shè)的意義主要與軌道交通一號線共同支撐城市發(fā)展主軸。蘇州市城市軌道交通三號線工程土建施工項目標(biāo)段主要包括的內(nèi)容有：兩座車站與兩個盾構(gòu)區(qū)間。基于本文研究的內(nèi)容，所以著重分析兩個盾構(gòu)區(qū)間。這兩個盾構(gòu)區(qū)間隧道上的覆土厚度約在10.2～17 m，在區(qū)間隧道縱斷面上采用的是V型節(jié)能披布設(shè)計。各坡段兩端分別設(shè)R=3000 m、R=5000 m、R=5000 m、R=5000 m、R=3000 m的豎曲線。

2 工程重難點

1)盾構(gòu)穿越西港和橋與電力電纜的施工。放完路站到青劍路站區(qū)間隧道在右DK39+980～右DK40+020附近下穿葑亭大道西港河橋，該橋梁主體結(jié)構(gòu)墩。臺基礎(chǔ)都與隧道沖突，基于該現(xiàn)象，必須對橋梁進(jìn)行改造，并消除與隧道沖突的撞擊。因此，在盾構(gòu)穿越西港河橋與電力電桿的施工中，采取怎樣的措施及時清理與隧道沖突樁基為盾構(gòu)安全通過提供條件將是本工程的重點。

2)盾構(gòu)粉砂與黏土層等的掘進(jìn)與進(jìn)出洞施工。粉土、粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土層作為方灣街站與青劍路站區(qū)間穿越隧道主的主要穿越地層。當(dāng)盾構(gòu)穿越粉土、粉砂夾粉土的時候，其往往會對盾構(gòu)推進(jìn)產(chǎn)生一定阻礙，此時盾構(gòu)刀盤的切削難度也將增大。在動水或者是承壓水的作用下，容易導(dǎo)致管涌現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，在施工的過程中必須對該方面內(nèi)容加大重視，并通過對洞口土體加固質(zhì)量的嚴(yán)格控制，提高洞口土體穩(wěn)定性，保證盾構(gòu)進(jìn)出洞的安全性。

3)盾構(gòu)下穿管線施工的重難點。就本工程而言，通常情況下，盾構(gòu)均是從道路下方通過的，而上面則是葑亭大道，管道下方是很多管線，隧道上方同樣為許多管線，其主要有：DN200天然氣中壓管、φ400PVC污水管、10 kV400×400供電管以及其他一些通信、電力管線等。因此，在盾構(gòu)推進(jìn)的過程中必須控制好沉降、隆起，不然將對市政管道造成嚴(yán)重的破壞。而要想避免該工程施工中的不良問題出現(xiàn)，在盾構(gòu)下穿管線施工的時候，除了需要安排專人巡視，加強(qiáng)對管線及地表沉降的檢測外，還應(yīng)及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，建立應(yīng)急機(jī)制，有效解決突如其來的不良情況。

3 小半徑曲線隧道盾構(gòu)始發(fā)設(shè)計

3.1 盾構(gòu)始發(fā)原理

1)盾構(gòu)始發(fā)線型合理性的選擇。包括始發(fā)并在其中的整個盾構(gòu)始發(fā)區(qū)段都處在小半徑曲線段。在始發(fā)的時候，盾構(gòu)只能沿著直線進(jìn)行推進(jìn)，而且在推進(jìn)的過程中盾構(gòu)半徑最大為8.50 m。所以這對軸線的偏差控制有著很高的要求。再加上始發(fā)路徑選擇的合理性對整個盾構(gòu)始發(fā)過程的關(guān)鍵點及難點均有一定的制約作用。因此，在本工程實施中可采用割線始發(fā)技術(shù)進(jìn)行。

2)始發(fā)架和反力架的設(shè)置。盾構(gòu)機(jī)軸線糾偏在調(diào)整過程中存在滯后性是曲線段盾構(gòu)始發(fā)中存在的重難點。因此，在設(shè)計的時候，為保證設(shè)計的合理性，應(yīng)盡快采用超挖或者是設(shè)置鉸接等諸多預(yù)處理措施對盾構(gòu)機(jī)整體的姿態(tài)掘進(jìn)線進(jìn)行調(diào)整。而這也將導(dǎo)致盾構(gòu)推進(jìn)反力的大小與方向存在很大的不確定性，故始發(fā)架和反力架必須牢固可靠，達(dá)到承受側(cè)向力的作用。

3)保證盾構(gòu)推進(jìn)時各項參數(shù)設(shè)計的合理性。對于盾構(gòu)曲線始發(fā)而言，其不但身處在小半徑圓曲線段，而且處于縱向下坡段。所以，盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整與控制非常重要，始發(fā)掘進(jìn)每一環(huán)推進(jìn)時的各參數(shù)合理性都很關(guān)鍵，必須在設(shè)計的過程中加大對其的重視力度。

4)加強(qiáng)盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)設(shè)計與施工中的監(jiān)測力度，做到信息化施工。所謂加強(qiáng)監(jiān)測力度，主要是指，在工程施工中密切關(guān)注施工各點的沉降變化情況，并針對其中存在問題的施工部分，即可采取有效措施補(bǔ)救，進(jìn)而提升盾構(gòu)施工質(zhì)量，并在小半徑曲線隧道中的合理掘進(jìn)。

3.2 割線始發(fā)設(shè)計

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)采用直線的線型，也就是始發(fā)段圓曲線的割線，盾尾進(jìn)洞后開始糾偏計算。盾構(gòu)機(jī)長度10.3 m，托架長度14.5 m，反力架距離盾構(gòu)剛環(huán)15.2 m。由于始發(fā)井與暗埋段接頭處隧道中心線與中隔墻邊線的距離只有3.33 m，盾構(gòu)機(jī)負(fù)環(huán)的數(shù)量為9.5環(huán)，長度為15.2 m。而盾構(gòu)始發(fā)井長度只有19.2 m，因此，在設(shè)計的過程中，為了保證臺車的安全性，盾構(gòu)始發(fā)割線在盾構(gòu)機(jī)刀盤位置向曲線內(nèi)部偏移0.07 m。根據(jù)割線與隧道中線的相對幾何關(guān)系計算可知，盾尾完全進(jìn)洞之后刀盤坐標(biāo)與隧道中線相比向右偏離了0.075 m，符合盾構(gòu)施工有關(guān)要求，而且能夠提高最終施工的安全性，因此，有關(guān)人員需要對其加以重視。除此之外，在割線始發(fā)設(shè)計上還可通過盾構(gòu)機(jī)糾偏曲線設(shè)計實現(xiàn)設(shè)計最終效率的提升，通常可用于盾構(gòu)機(jī)偏離隧道時的軸線設(shè)計中，該設(shè)計的優(yōu)勢主要在于能夠在直接反映出曲線情況的同時，顯示出每掘進(jìn)1 m需要糾偏的數(shù)量是多少。

3.3 小半徑隧道盾構(gòu)始發(fā)的前期準(zhǔn)備

在小半徑隧道盾構(gòu)始發(fā)前期，施工人員需對土體穩(wěn)定性以及始發(fā)時的標(biāo)高等內(nèi)容加以重視。首先，對于土體穩(wěn)定性而言，可通過降水與土體加固這兩種方式實現(xiàn)始發(fā)端頭土體的穩(wěn)定。在降水方法上，可通過3處應(yīng)急降水井的安置實現(xiàn)，并且在破除洞門前的3～5天降水，直至水位降低到管片結(jié)構(gòu)低1 m，等待盾構(gòu)出洞，最后在拼裝完3環(huán)管片后停止降水。在土體加固上，可采用P·O42.5級以上的普通硅酸鹽水泥進(jìn)行。其次，對于始發(fā)時標(biāo)高而言，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)位置的隧道中心線沿15.7%的坡度下坡，綜合考慮在盾構(gòu)機(jī)直徑大的情況下，盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)中反力架也將變大。因此，為了保證反力架的均勻受力，需采取盾構(gòu)機(jī)水平始發(fā)。再加上盾構(gòu)機(jī)始發(fā)脫離托架后產(chǎn)生不同程度的栽頭現(xiàn)象，因此，需要將盾構(gòu)機(jī)刀盤位置的托架抬高0.02 m。

4 盾構(gòu)施工安全措施

1)建立科學(xué)合理的質(zhì)量保證體系。科學(xué)合理的質(zhì)量保證體系作為實現(xiàn)安全盾構(gòu)施工的重要前提，在該體系建設(shè)上，需做到以下三個方面。首先 ，建立以項目經(jīng)理為組長，總工程師為副組長的質(zhì)量保證體系；其次，質(zhì)量管理小組需要不定期開展盾構(gòu)施工質(zhì)量會議，認(rèn)真分析核實質(zhì)量目標(biāo)執(zhí)行情況；最后可按照圖1的形式建設(shè)質(zhì)量保證體系。

圖1 質(zhì)量保證體系

2)反力架安裝質(zhì)量的控制對策。為保證最終安裝質(zhì)量，必須將反力架安裝左右10 mm，高程偏差控制在前后5 mm中。而為了保證反力支撐安裝的合理性，需利用龍門吊將反力支撐起吊并與反力架以及預(yù)埋鋼板連接牢固。

3)盾構(gòu)始發(fā)質(zhì)量的控制措施。在盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)實施時，為保障盾構(gòu)始發(fā)施工的安全性，需從以下方面對其進(jìn)行控制。首先，在軸線推進(jìn)上，為保證軸線推進(jìn)順利進(jìn)行、保護(hù)刀盤，不能用太快的速度對其進(jìn)行推進(jìn)。正確做法應(yīng)為，緩慢穩(wěn)步推進(jìn)盾構(gòu)，并把推進(jìn)速度控制在4～8 mm/min。其次，在一環(huán)掘進(jìn)中，應(yīng)盡可能保證掘進(jìn)速度值，減少波動，保證土艙壓力的穩(wěn)定性與出土的暢通性。最后，在啟動盾構(gòu)的時候，盾構(gòu)人員必須對千斤頂?shù)目煽啃赃M(jìn)行檢查，并在沒有任何問題后開展推進(jìn)工作。當(dāng)然，在該過程中的推進(jìn)中同樣需要保證速度，進(jìn)行緩慢推進(jìn)；為避免啟動速度過快，在每環(huán)掘進(jìn)開始時，應(yīng)逐步提高掘進(jìn)速度。

4)盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量控制措施。在盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量保證上，需從以下方面進(jìn)行：①需正確應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)所裝備的高度現(xiàn)代化自動實時監(jiān)控測量指引系統(tǒng)；②在進(jìn)行盾構(gòu)施工前，需要對已有的人工測量與自動測量控制系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的要求，根據(jù)自動測量的精度與工程的精度要求決定人工控制測量與復(fù)核的內(nèi)容等；③做好盾構(gòu)機(jī)的操作控制，按照勤糾偏、小糾偏的原則，根據(jù)嚴(yán)格計算，合理選擇與控制各千斤頂?shù)男谐塘康龋尪軜?gòu)與隧道軸線在容許偏差范圍中；④可全面應(yīng)用超挖刀與鉸接千斤頂來控制盾構(gòu)機(jī)的軸線，從而實現(xiàn)對隧道軸線的線形控制。

5 結(jié)束語

隨著新時代社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)逐漸顯示其重要性。通過上述對該方面內(nèi)容的深入分析可知，淺埋大斷面隧道小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)作為城市軌道交通施工中不可缺少的一部分。因小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)與常規(guī)施工技術(shù)有所不同，其有著許多的特殊性，而且小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)實施效果對工程最終質(zhì)量與安全性等有著直接影響。因此，為保證我國城市軌道交通在今后得到更好的發(fā)展，必須加大對小半徑盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)的研究與認(rèn)識，并采取有效措施提高工程施工的安全性。

[ID:009835]