土壓平衡盾構(gòu)豎井始發(fā)和空推技術(shù)

張德強(qiáng)

摘 要：盾構(gòu)空推過礦山法隧道是盾構(gòu)工法應(yīng)用中較為特殊的一種工況，其施工難度及施工技術(shù)要求較高。本文通過典型工程實(shí)例：將軍祠站～文灶站區(qū)間小半徑曲線隧道單井口的復(fù)雜始發(fā)條件介紹這一工況下盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)與成功經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程 提供一定指導(dǎo)或借鑒。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)豎井始發(fā)；空推；礦山法隧道；施工技術(shù)

中圖分類號：TU94+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0076-02

1 工程概況

將軍祠站～文灶站區(qū)間盾構(gòu)區(qū)間起點(diǎn)里程YDK3+ 842.444，將軍祠站終點(diǎn)里程YDK3+297.143，全長545.301米，左線短鏈17.815米。區(qū)間以R=350m曲線出文灶站后，以R=600m曲線進(jìn)入文園路，到達(dá)將軍祠站，區(qū)間縱剖面采用單面坡，最大坡度為18‰，隧道埋深8.5m～18.2m。在YDK3+842.444～YDK3+857.695處設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井，該盾構(gòu)井兼作聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間在YDK3+857.695～YDK3+955.342段因基巖面突起，采用礦山法施工；始發(fā)段YDK3+765.444～YDK3+842.444因基巖面突起，隧道洞身和隧道基本圍巖以微風(fēng)化花崗巖層為主，強(qiáng)度較高，采用盾構(gòu)法施工較困難，故采用礦山法初支+盾構(gòu)空推拼管片通過的組合工法。

2 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)礦山法隧道前的準(zhǔn)備

2.1 導(dǎo)臺測量及斷面超欠挖測量

礦山法隧道導(dǎo)臺厚度400mm，采用混凝土噴錨配合鋼筋網(wǎng)片施做，導(dǎo)臺弦長4064mm?？拷藟ξ恢妙A(yù)留1.5m不施做導(dǎo)臺，預(yù)留刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)空間，避免刀盤卡死。導(dǎo)臺是盾構(gòu)機(jī)通過暗挖隧道時(shí)的下部支撐，其施工精度直接決定著盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。導(dǎo)臺施工標(biāo)高定位后必須進(jìn)行測量復(fù)核，混凝土噴錨后應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高的復(fù)測，見圖1，確保導(dǎo)向平臺的標(biāo)高施工精度在0～+15mm以內(nèi)。導(dǎo)臺施工完成后，由測量班對導(dǎo)臺進(jìn)行線路聯(lián)系測量，包括水平及豎直方向，誤差超過設(shè)計(jì)規(guī)范要求的，需重新施作。

由于礦山法隧道采用爆破施工，隧道斷面存在大量的超挖或欠挖現(xiàn)象，一旦隧道欠挖嚴(yán)重，盾構(gòu)機(jī)無法通過，后期處理難度較大。在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)礦山法隧道之前對礦山法隧道進(jìn)行斷面測量，發(fā)現(xiàn)有欠挖現(xiàn)象，則提前處理。成型導(dǎo)臺見圖2所示。

2.2 豆礫石備料

預(yù)先堆放豆礫石是為脫離盾尾的管片提供支撐，防止管片下沉產(chǎn)生錯(cuò)臺；豆礫石堆放于刀盤前方，還可增加盾構(gòu)前進(jìn)的推力，有利于后方管片的壓緊，擠緊管片止水膠條。豆礫石選擇直徑5～10mm。豆礫石在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入礦山法隧道前需提前備料，具體備料方量為需填充空隙的60%～70%。

3 盾構(gòu)機(jī)豎井始發(fā)

由于后面車站結(jié)構(gòu)沒有預(yù)留下料口，要實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)順利始發(fā)必須采用分體始發(fā)的方式。將后配套臺車拖到后面礦山法施工隧道組裝完成后，與就位后的盾構(gòu)機(jī)主體使用管排連接，推進(jìn)時(shí)盾體帶雙梁、一號臺車前行，后面臺車留在礦山法隧道內(nèi)。負(fù)環(huán)管片采用半環(huán)拼裝，以便垂直運(yùn)輸及材料機(jī)具的吊運(yùn)。半環(huán)管片下部采用三角型H型鋼與始發(fā)托架連接進(jìn)行支撐，上部用鋼支撐撐住。

3.1 始發(fā)托架安裝

由于盾構(gòu)是在曲線350m的線路上始發(fā)，為防止盾構(gòu)姿態(tài)偏移較大，決定采用割線始發(fā)方法。350m半徑曲線盾構(gòu)沿內(nèi)弦線掘進(jìn)的最大偏移量：

L=350-=0.035716m=35.72mm。

3.2 負(fù)環(huán)管片安裝

本次始發(fā)，采用9環(huán)負(fù)環(huán)加1環(huán)零環(huán)，共計(jì)10環(huán)。由于場地限制采用分體始發(fā)，為方便材料下井，負(fù)環(huán)為半環(huán)拼裝。負(fù)環(huán)管片采用通縫拼裝，便于后期負(fù)環(huán)拆除。

在盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)之前，先進(jìn)行-9環(huán)和-8環(huán)負(fù)環(huán)管片安裝。管片環(huán)向和縱向螺栓均需連接牢固。負(fù)環(huán)拼裝時(shí)-9環(huán)的定位相當(dāng)重要，對后面的管片拼裝起著基準(zhǔn)面的作用。

負(fù)環(huán)管片在推出的過程中要及時(shí)將負(fù)環(huán)管片支撐，包括底部及側(cè)面支撐。當(dāng)-2環(huán)整環(huán)負(fù)環(huán)推出盾尾400mm時(shí)，必須用鋼絲繩和手拉葫蘆箍緊，避免負(fù)環(huán)管片失圓過大引起管片拼裝困難。

為保證盾構(gòu)隧道管片的拼裝質(zhì)量，提前調(diào)整管片拼裝姿態(tài)。將負(fù)環(huán)與反力架空缺部位用鋼支撐進(jìn)行聯(lián)系支撐，并讓推進(jìn)油缸頂緊管片。注意預(yù)留下料空間。

3.3 設(shè)備改造

盾構(gòu)進(jìn)行始發(fā)作業(yè)時(shí)從一號拖車與二號拖車進(jìn)行分體作業(yè)。在空推得過程中參考圖3的管片下井工裝進(jìn)行管片下井作業(yè)。當(dāng)設(shè)備橋進(jìn)入到始發(fā)進(jìn)口時(shí)將無法進(jìn)行管片下井作業(yè)。需參照圖4對設(shè)備橋的斜撐進(jìn)行切割，并將設(shè)備橋處的皮帶架進(jìn)行拆除后方可進(jìn)行管片下井作業(yè)。下管片的過程中注意，管片平穩(wěn)下放，不要與設(shè)備磕碰。

4 盾構(gòu)礦山法隧道內(nèi)空推

4.1 盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)

根據(jù)刀盤與導(dǎo)向平臺之間的關(guān)系，調(diào)整各組推進(jìn)油缸的行程，使盾構(gòu)姿態(tài)沿設(shè)計(jì)線路方向推進(jìn)。前期推進(jìn)速度一般控制在15～40mm/min之間。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，派專人在盾構(gòu)機(jī)前方檢查、監(jiān)測盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)情況，主要檢查隧道的開挖是否有侵入盾構(gòu)刀盤輪廓的巖石存在、盾構(gòu)前體下部與導(dǎo)臺的結(jié)合情況等。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，監(jiān)測人員與盾構(gòu)主司機(jī)要緊密配合，使盾構(gòu)機(jī)沿導(dǎo)臺的中心進(jìn)行前移，保證盾構(gòu)前移時(shí)管片受力均勻。

盾構(gòu)空推由于管片與隧道初支空隙較大且不均勻，導(dǎo)致頂部注漿難以密實(shí)，管片上下壓力不平衡而出現(xiàn)上浮狀況。現(xiàn)場通過豆礫石密實(shí)填充與同步注雙液漿等措施進(jìn)行有效控制，管片脫出盾尾后及時(shí)進(jìn)行雙液注漿，快速固結(jié)填充物?？刂扑淼来怪逼睢?0mm以內(nèi)。

4.2 豆礫石填充

豆礫石填充原計(jì)劃采用濕噴機(jī)在刀盤前面噴射，受困于場地狹小，未能進(jìn)行。我部采用人工從刀盤兩側(cè)向左右盾體間隙鏟豆礫石的方式，每隔5m在盾構(gòu)機(jī)的切口四周用袋裝砂石料圍成一個(gè)圍堰，圍堰范圍不小于2：00～10：00的時(shí)鐘位置，以防管片背后的豆礫石、砂漿前竄。endprint

4.3 管片拼裝

加強(qiáng)管片選型工作，通過控制盾尾與管片外表面的間隙，確保管片拼裝符合設(shè)計(jì)要求。管片拼裝工藝與正常掘進(jìn)時(shí)的工藝相同。選型時(shí)，根據(jù)盾尾間隙與油缸行程差，結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)選擇合適的管片。

4.4 同步注漿

4.4.1 同步注漿漿液性能

同步注漿采用水泥砂漿。漿液初凝時(shí)間為6h，終凝時(shí)間為8h，施工時(shí)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中漿液的流動(dòng)情況，適當(dāng)調(diào)整漿液膠凝時(shí)間。

4.4.2 注漿工藝

同步注漿在每環(huán)管片豆礫石人工回填后進(jìn)行，與盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)同步。注漿通過盾構(gòu)機(jī)自身配備的同步注漿系統(tǒng)，采用手動(dòng)控制方式，由人工根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整注漿流量、速度、壓力。

（1）注漿壓力：為保證對管片背后空隙的有效填充，同時(shí)防止砂漿前竄至刀盤前方，注漿壓力取值為0.05～0.08Mpa。（2）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：同步注漿時(shí)盾殼外圍是敞開的，壓力變化不大，不以壓力作為注漿結(jié)束的控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)注漿量達(dá)到能夠頂托穩(wěn)固管片時(shí)，即可結(jié)束注漿，約注2m3。在注漿過程加強(qiáng)對盾構(gòu)機(jī)四周以及盾殼外部的圍堰變形的觀測，發(fā)現(xiàn)有漿液外泄，應(yīng)暫時(shí)停止注漿。

4.5 盾構(gòu)機(jī)二次始發(fā)

盾構(gòu)機(jī)即將到達(dá)盾構(gòu)段掌子面時(shí)，即對盾體周圍盡可能多的填充豆礫石，填充完畢后將刀盤前面清理干凈，拆除刀盤內(nèi)部防止空推時(shí)刀盤變形而焊接的支撐。從盾體預(yù)留孔注入低強(qiáng)度水泥漿，使盾殼與隧道初支間空隙盡可能填滿，以增加盾體轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，待水泥漿初凝后再繼續(xù)掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)頂?shù)秸谱用嫱瑫r(shí)開始轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，根據(jù)滾動(dòng)角變化，調(diào)整刀盤左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)方向。推進(jìn)速度控制在5mm以內(nèi)，直至盾體進(jìn)入土體，滾動(dòng)角變化不大為止。盾構(gòu)機(jī)身進(jìn)入土體后開始正常掘進(jìn)。

5 結(jié)語

盾構(gòu)機(jī)空推過礦山法隧道是由于在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向前方出現(xiàn)長距離硬巖或上軟下硬地層、孤石群以及其他特殊狀況，盾構(gòu)直接切削將造成刀具非正常損壞甚至刀盤磨損、引起重大甚至難以控制的損失。預(yù)先通過礦山法對隧道開挖初支，盾構(gòu)機(jī)得以順利通過。該施工模式的優(yōu)點(diǎn)在于一方面使盾構(gòu)機(jī)能快速連續(xù)通過不良地層，降低了工期風(fēng)險(xiǎn)，另一方面減少了盾構(gòu)開倉換刀的頻率，有效控制施工風(fēng)險(xiǎn)。通過本工程實(shí)例，盾構(gòu)機(jī)空推過礦山法隧道時(shí)，只要控制好導(dǎo)臺施工質(zhì)量、盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出隧道姿態(tài)、管片拼裝質(zhì)量、壁后間隙填充等關(guān)鍵工序是完全可以保證工程質(zhì)量的。因此，在今后類似工程條件下，采用礦山法開挖初支與盾構(gòu)空推拼裝管片模式不失為一種較好的工法選擇。

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