公路隧道施工中盾構(gòu)法的應(yīng)用探討

成 敏

(山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

1 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)闡述

暗挖法施工技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，衍生出盾構(gòu)施工法，這是一種新型的機(jī)械施工技術(shù)，在地層結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)盾構(gòu)機(jī)械掘進(jìn)施工，通過(guò)管片、盾構(gòu)外殼支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)，避免隧道內(nèi)部出現(xiàn)坍塌。此外，利用切削設(shè)備可以直接進(jìn)行土體的開(kāi)挖作業(yè)，把土體材料直接運(yùn)輸?shù)酵獠浚缓髴?yīng)用千斤頂繼續(xù)頂進(jìn)施工，將預(yù)制混凝土管片拼接處理，形成隧道結(jié)構(gòu)。因此，該技術(shù)是一種全新的機(jī)械化施工技術(shù)類型。利用盾構(gòu)襯砌、開(kāi)挖隧道等方式完成各項(xiàng)施工。盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備直接進(jìn)行巖層破碎或者軟質(zhì)地基內(nèi)掘進(jìn)施工。盾構(gòu)是一種設(shè)置有護(hù)罩結(jié)構(gòu)的專業(yè)設(shè)備類型，把襯塊直接安裝到尾部，然后在支點(diǎn)的作用下繼續(xù)推進(jìn)施工，通過(guò)刀盤進(jìn)行土體的切割施工，再應(yīng)用預(yù)制混凝土砌塊拼裝施工形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)技術(shù)最早出現(xiàn)在1874年，那時(shí)主要采用的是氣壓式的盾構(gòu)技術(shù)。比如，英國(guó)泰晤士運(yùn)河就是通過(guò)盾構(gòu)方式開(kāi)挖建設(shè)的。該技術(shù)最為常見(jiàn)的作業(yè)方式為水力式與機(jī)械式，前者的使用率最高。在工作區(qū)域內(nèi)，水力式屬于封閉類型的結(jié)構(gòu)，其不僅可以完成土質(zhì)材料的輸送，而且可以平衡下部的土壓力或者水壓力。從實(shí)際應(yīng)用情況分析，盾構(gòu)施工技術(shù)的洞體穩(wěn)定性好，不會(huì)給周邊環(huán)境產(chǎn)生過(guò)大的影響，施工效率比較高，特別是軟土地基內(nèi)應(yīng)用效果最為明顯。

2 盾構(gòu)法施工的基本條件

1)線位上可以根據(jù)需要建設(shè)盾構(gòu)進(jìn)出洞與出渣的工作井。

2)隧道深度符合要求，一般覆土厚度超過(guò)6 m。

3)地質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻性非常好。

4)如果采用的是單洞形式，則應(yīng)該保證線間距符合實(shí)際的需要，洞和洞以及其他結(jié)構(gòu)形式土體加固處理最小厚度為水平1.0 m、垂直1.5 m。

5)從經(jīng)濟(jì)效益方面進(jìn)行分析，連續(xù)作業(yè)施工長(zhǎng)度控制在300 m以上。

3 盾構(gòu)隧道穿越施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 土壓力設(shè)定

盾構(gòu)穿越鐵路工程的情況，需要考慮到水文狀態(tài)以及隧道埋深的具體情況，這些都是確定具體的土壓力參數(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。按照土力學(xué)基本原則，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以確定切口平衡壓力P=0.10～0.13 MPa。盾構(gòu)施工環(huán)節(jié)，做好土壓的控制極為重要，綜合分析現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、施工環(huán)境等多個(gè)方面的要素進(jìn)行確定，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。

3.2 掘進(jìn)速度

在施工之前，從掘進(jìn)速度、地質(zhì)條件、工期等多個(gè)方面進(jìn)行分析，最終確定盾構(gòu)穿越鐵路部分的開(kāi)挖施工速度設(shè)定為10～15 m/d。從這個(gè)方面分析，掘進(jìn)速度的確定并不是隨意設(shè)定的，要根據(jù)機(jī)械情況確定，這是保證施工進(jìn)度和安全性的關(guān)鍵，如果盲目選擇掘進(jìn)速度，不僅導(dǎo)致項(xiàng)目工期無(wú)法達(dá)標(biāo)，甚至可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重安全事故。

3.3 排土量

排土量參數(shù)的確定一般是在土壓平衡之下計(jì)算確定的，保證其符合科學(xué)性與合理性的要求。根據(jù)目前的盾構(gòu)施工具體情況要求，選擇合理的計(jì)算公式確定排土量是提高數(shù)據(jù)精度的關(guān)鍵，也是保證順利施工的基礎(chǔ)。

3.4 壓力及注漿量

1)盾構(gòu)機(jī)外徑要比盾構(gòu)隧道的外徑尺寸大，形成70 mm的建筑空隙容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的沉降問(wèn)題。通常來(lái)說(shuō)，在盾構(gòu)穿越作業(yè)環(huán)節(jié)，會(huì)應(yīng)用同步注漿施工方式進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)作業(yè)，此時(shí)因?yàn)橐r砌逐步地脫除尾部空間而導(dǎo)致空隙存在，所以需要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)補(bǔ)充填充材料。同時(shí)，壁后注漿施工方式可以有效消除圍巖松弛問(wèn)題，還能夠保證千斤頂?shù)耐屏_(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以應(yīng)該保證填充達(dá)到嚴(yán)密度的標(biāo)準(zhǔn)。做好各個(gè)工序的控制，保證盾構(gòu)穿越施工順利開(kāi)展，也能夠保證地表沉降在合理的范圍內(nèi)。

2)注漿作業(yè)施工做好全面的控制，結(jié)合成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，穿越鐵路段部分的注漿量應(yīng)該達(dá)到空隙量的1.5～2倍，挖掘每環(huán)注漿量V為2.36～3.50 m3，為了提升注漿施工質(zhì)量，可以根據(jù)需要采取二次補(bǔ)漿的作業(yè)方式，隨時(shí)監(jiān)測(cè)和了解沉降量參數(shù)，這是確定二次補(bǔ)漿量的重要數(shù)據(jù)。注漿壓力的確定可以讓漿液填充到空隙部位上，通常情況下注入壓力應(yīng)該是土層壓力的0.1～0.2 MPa。其中，結(jié)合不同土層結(jié)構(gòu)的條件選擇合適的阻力參數(shù)。還要注意，盾構(gòu)隧道管片穩(wěn)定性符合要求，所以壓力控制在合理的范圍內(nèi)。

3)注漿材料的配比極為重要。一般情況下是水泥、粉煤灰、含膨潤(rùn)土、砂等材料經(jīng)過(guò)配比之后組合而成混合砂漿，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 漿液配合比參數(shù)分析

3.5 二次補(bǔ)注漿

1)二次注漿施工環(huán)節(jié)，可以通過(guò)后方雙液注漿方式，施工效果更好。注漿孔位置選擇對(duì)于注漿質(zhì)量存在直接的影響，所以要從施工便捷、效果方面出發(fā)選擇。

2)盾構(gòu)隧道中應(yīng)用管片注漿孔進(jìn)行施工，符合施工工序的要求。

3)應(yīng)用合適注漿材料進(jìn)行施工。

4)二次注漿壓力需要大于同步注漿施工約0.01～0.03 MPa，并且隨時(shí)了解具體的參數(shù)信息，確保注漿量合格。

需要注意的是在二次補(bǔ)漿施工時(shí)需要按照隧道工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)補(bǔ)漿量以及補(bǔ)漿范圍進(jìn)行確定，從而保證每一道工序的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)方案需求。

3.6 掘進(jìn)時(shí)土體改良措施

土壓管理的前提條件就是通過(guò)螺旋輸送機(jī)完成系統(tǒng)的排土處理，所以在施工環(huán)節(jié)中需要把切削掉的土體加入泥、水、化學(xué)物質(zhì)等進(jìn)行調(diào)整，保證土體材料的性質(zhì)符合使用要求，確保螺旋輸送機(jī)排土的質(zhì)量合格，保證項(xiàng)目施工順利的進(jìn)行。

1)加泥加泡沫。按照目前的盾構(gòu)施工地質(zhì)條件的特點(diǎn)，考慮到盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用性能，在掘進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，通常會(huì)選擇加泥加泡沫聯(lián)合的方法。盾構(gòu)掘進(jìn)階段，如果切削位置是砂卵石材料，采用這種方式可以有效地提升土體的刀盤、螺旋輸送機(jī)粘附性效果。利用刀盤的振動(dòng)讓結(jié)構(gòu)流塑性得到提升，也就能夠減小刀盤的扭矩，能夠降低刀具磨損量，延長(zhǎng)使用壽命。

2)泥漿構(gòu)成及注入量。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析發(fā)現(xiàn)，泥漿是根據(jù)水與膨潤(rùn)土比例為100∶10～15(重量比)制作形成的，比重為1.05～1.16。該參數(shù)可以根據(jù)具體的掘進(jìn)情況、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等方面做出調(diào)整，泥漿應(yīng)該在水中浸泡超過(guò)24 h經(jīng)過(guò)充分的膨化后才能投入到工程中使用，以提升泥漿施工的效果。同時(shí)，還應(yīng)該保證盾構(gòu)機(jī)中的泥漿加入系統(tǒng)符合實(shí)際使用的要求，每環(huán)注漿量5 500～6 000 L。

3)泡沫配合比及注入量。泡沫原液根據(jù)規(guī)定的比例直接注入到水中可以達(dá)到泡沫狀態(tài)的要求，按照比例加入。根據(jù)施工的標(biāo)準(zhǔn)要求，注入量應(yīng)該為每環(huán)1 300～1 600 L；泡沫的配比根據(jù)掘進(jìn)作業(yè)的狀態(tài)可以做好調(diào)整和處理，達(dá)到工程的施工質(zhì)量要求。

4 監(jiān)控測(cè)量技術(shù)

從工程的實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)作業(yè)的目的主要為：綜合分析盾構(gòu)作業(yè)環(huán)節(jié)的沉降情況，并且總結(jié)沉降發(fā)生的規(guī)律，為指導(dǎo)后續(xù)施工提供基礎(chǔ)；充分了解地表沉降方面而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)物沉降、傾斜等嚴(yán)重的問(wèn)題，按照數(shù)據(jù)變化的特點(diǎn)對(duì)于進(jìn)一步發(fā)生的情況做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，以便于有效地控制工程的質(zhì)量；通過(guò)沉降狀態(tài)選擇合適的施工方法，做好技術(shù)參數(shù)的調(diào)節(jié)，以達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)為合格要求。因此，監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是非常關(guān)鍵的，可以充分地了解盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境內(nèi)發(fā)生變化的實(shí)際情況，然后總結(jié)變化的規(guī)律，以更好地改進(jìn)施工工藝，保證建筑物達(dá)到安全性的要求。對(duì)于盾構(gòu)施工來(lái)說(shuō)，總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為重點(diǎn)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，形成完善的監(jiān)測(cè)管控體系，隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)施工的具體情況，掌握各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化的情況，保證盾構(gòu)施工可以順利進(jìn)行，達(dá)到施工安全性、穩(wěn)定性以及施工效率的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

盾構(gòu)施工環(huán)節(jié)做好掘進(jìn)技術(shù)參數(shù)的分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和提升，保證盾構(gòu)技術(shù)更具先進(jìn)性，盾構(gòu)作業(yè)施工達(dá)到連續(xù)、高效、安全、穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，使盾構(gòu)施工順利地進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量或者安全的問(wèn)題，促進(jìn)整體施工效益的提升，還能降低項(xiàng)目成本，為隧道工程施工質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)，也能促進(jìn)我國(guó)隧道施工領(lǐng)域的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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