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      探討大盾構(gòu)隧道施工控制要點(diǎn)及處理措施

      2023-04-05 06:50:15張鶴鐔
      中國(guó)設(shè)備工程 2023年5期

      張鶴鐔

      (中交隧道工程局有限公司,北京 100000)

      目前,大盾構(gòu)施工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)隧道的施工建設(shè)中。這種施工方式優(yōu)點(diǎn)眾多,不但破壞性小,還不易對(duì)周?chē)h(huán)境造成影響,應(yīng)對(duì)其施工控制要點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的分析,使大盾構(gòu)隧道工程施工更加順利。

      1 大盾構(gòu)隧道施工基本原理

      大盾構(gòu)隧道施工是指使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道的挖掘與出渣,在作業(yè)過(guò)程中,要注意對(duì)開(kāi)挖面以及周?chē)翆舆M(jìn)行控制,避免坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過(guò)拼裝管片的方法進(jìn)行襯砌,而后進(jìn)行壁后注漿,這種修筑隧道的方法能夠最大程度地避免擾動(dòng)周?chē)馏w。大盾構(gòu)隧道施工中的“盾”是指能夠保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的刀盤(pán)和支護(hù)土體的盾體,“構(gòu)”是指管片和注漿體。盾構(gòu)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)可分為五個(gè)部分,分別為殼體、排土部分、推土部分、拼裝部分與注漿部分。盾體由切口環(huán)、盾尾以及支撐環(huán)組成,并與盾體相連接。盾構(gòu)機(jī)在地中推進(jìn),其盾體與管片能夠起到支撐作用,防止隧道坍塌情況出現(xiàn)。與此同時(shí),開(kāi)挖面使用切削裝置進(jìn)行掘進(jìn),出土機(jī)將土體運(yùn)送出洞外。最后,使用千斤頂從后部加壓頂進(jìn),并安裝混凝土管片,從而形成隧道結(jié)構(gòu)。

      2 大盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)

      大盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)眾多,首先,施工作業(yè)對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小,不會(huì)損壞其他建筑物。大盾構(gòu)隧道施工不需要相應(yīng)的場(chǎng)地,適用于不適合明挖,土層較為松散的地區(qū)。其次,大盾構(gòu)隧道施工有較高的精度要求,尤其是在制作管片時(shí)要將機(jī)械制造的誤差控制在0.5mm以內(nèi)。另外,大盾構(gòu)施工具有單向前進(jìn)的特點(diǎn),無(wú)論出現(xiàn)什么情況都不可后退,存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。在施工過(guò)程中一旦出現(xiàn)設(shè)備故障,會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果,因此,要做好準(zhǔn)備工作,對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,選擇適合的盾構(gòu)機(jī)與施工計(jì)劃。

      3 大盾構(gòu)隧道施工控制要點(diǎn)

      3.1 風(fēng)險(xiǎn)因素控制

      大盾構(gòu)隧道施工需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,找到可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素,進(jìn)一步加強(qiáng)控制。以某大盾構(gòu)隧道施工為例,2001~2007年某盾構(gòu)事故,如表1所示,可見(jiàn)大盾構(gòu)隧道施工中工程技術(shù)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)概率達(dá)到了70%,這些風(fēng)險(xiǎn)源也與地層的復(fù)雜化有很大關(guān)聯(lián)。因此,在施工過(guò)程中要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查、分解與討論,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行篩選。常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)源包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)與設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等,應(yīng)結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)總結(jié)。

      3.2 擾動(dòng)地層變形控制

      受大盾構(gòu)隧道施工影響,原始的土體受到破壞,強(qiáng)度參數(shù)也發(fā)生了一定改變。土層中出現(xiàn)了一定的超空隙水壓力,隨著施工的進(jìn)行,應(yīng)力產(chǎn)生了更加復(fù)雜的路徑。不但會(huì)導(dǎo)致擾動(dòng)地層的變形,還會(huì)使地面出現(xiàn)沉降。大盾構(gòu)隧道施工具體可分為四個(gè)施工階段,即挖土階段、注漿階段、盾尾脫開(kāi)階段以及沉降階段。不同的施工階段,擾動(dòng)地層的變形程度以及受應(yīng)力都是不一樣的。根據(jù)隧道的縱向和橫向進(jìn)行分區(qū),并對(duì)擾動(dòng)范圍內(nèi)的土體所承受應(yīng)力的變化過(guò)程進(jìn)行分析,得到每個(gè)分區(qū)內(nèi)的土倉(cāng)壓力。每個(gè)施工階段產(chǎn)生的土倉(cāng)壓力都對(duì)地層變形有著重要影響,需要對(duì)其加強(qiáng)控制。

      3.3 大盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制

      大盾構(gòu)隧道施工中需要對(duì)隧道施工質(zhì)量以及管片生產(chǎn)質(zhì)量和拼裝質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。防止管片滲水、沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。而管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的安全指數(shù),若不能合理使用,會(huì)帶來(lái)巨大的安全隱患??梢?jiàn)施工質(zhì)量是大盾構(gòu)隧道中最重要的控制要點(diǎn),應(yīng)積極尋找處理措施。

      3.4 大盾構(gòu)隧道施工工藝控制

      在大盾構(gòu)隧道施工中,各項(xiàng)施工工藝得到了很大的進(jìn)步,但與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比,仍存在一些差距。防水工藝、盾構(gòu)掘進(jìn)工藝、管片拼裝工藝以及盾體吊裝工藝都是大盾構(gòu)隧道施工中需要控制的要點(diǎn),對(duì)隧道質(zhì)量與工程施工效率有著重要影響。

      4 大盾構(gòu)隧道施工控制要點(diǎn)處理措施

      4.1 風(fēng)險(xiǎn)因素控制措施

      4.1.1 盾構(gòu)推力因素控制

      大盾構(gòu)隧道施工受盾構(gòu)推力因素影響,需要根據(jù)地層與隧道的參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)設(shè)計(jì),從而計(jì)算出盾構(gòu)推力。若盾構(gòu)推力過(guò)大,極容易造成地面下降、機(jī)體下沉的情況出現(xiàn)。地下施工環(huán)境并不是固定的,因此,在施工過(guò)程中,盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際推力與設(shè)計(jì)推力的比例是不斷變化的,呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的過(guò)程。一些地層較為復(fù)雜的地區(qū),例如,孤石地層會(huì)附加一些應(yīng)力,使比例增大。這就需要施工人員充分掌握盾構(gòu)推力相關(guān)的因素,其中包括地層變化、注漿質(zhì)量等,從而對(duì)總推力進(jìn)行控制,降低風(fēng)險(xiǎn)因素。

      4.1.2 盾構(gòu)姿態(tài)因素控制

      盾構(gòu)姿態(tài)因素控制具體可分為兩個(gè)方面,第一個(gè)方面是機(jī)體滾轉(zhuǎn)控制,第二個(gè)方面是前進(jìn)方向控制。當(dāng)盾構(gòu)姿態(tài)不好時(shí),會(huì)造成盾尾間隙過(guò)小或管片錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題出現(xiàn)。因此,當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向偏離時(shí),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,對(duì)糾偏角進(jìn)行控制。糾偏角的大小對(duì)于盾構(gòu)姿態(tài)來(lái)說(shuō)十分重要,若糾偏角過(guò)小,偏差就會(huì)越來(lái)越大;若糾偏角過(guò)大,則無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的效果。因此,當(dāng)最初偏差在1~2cm時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行矯正能夠達(dá)到最好的效果。

      4.1.3 設(shè)備磨損因素控制

      盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,刀盤(pán)和刀具會(huì)出現(xiàn)一定程度的磨損,滾刀磨損以及刀圈軸承磨損較為常見(jiàn),為隧道施工帶來(lái)了一定風(fēng)險(xiǎn)。因此,在軟土地層中,可以將刀具的高度進(jìn)行調(diào)整,防止黏性土形成結(jié)泥餅。當(dāng)在軟硬互層地層進(jìn)行作業(yè)時(shí),要對(duì)巖刀進(jìn)行合理選擇,可以使用組合型巖刀,避免刀具磨損情況出現(xiàn),使設(shè)備的使用壽命得到延長(zhǎng)。首先,要注意選擇抗剪性較好的刀刃與重型刀盤(pán)組合使用;其次,要根據(jù)滾刀的布置方法,合理進(jìn)行刀具數(shù)量的增減。另外,在特殊地層中,要對(duì)刀具進(jìn)行改造,并控制施工速度,保證盾構(gòu)設(shè)備的完好性。

      4.1.4 地層因素控制

      一些地區(qū)的地層較為松軟,容易破壞壓力平衡,從而造成風(fēng)險(xiǎn)事故。因此,應(yīng)結(jié)合理論知識(shí)以及大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),當(dāng)遇到砂層以及淤泥層時(shí),使用特定技術(shù)進(jìn)行控制,從而保證施工安全。首先,盾構(gòu)隧道施工處于砂層時(shí),要選擇適合的盾構(gòu)犁式,可以使用泥水平衡式盾構(gòu)機(jī),能夠有效對(duì)泥水壓力與黏稠度進(jìn)行控制,防止砂層出現(xiàn)漏水情況,保證隧道施工進(jìn)度。淤泥具有一定的觸變性,對(duì)盾構(gòu)壓力的控制有更高的要求。若盾構(gòu)泥水壓力小于主動(dòng)土壓力,就會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面的失穩(wěn),因此,要根據(jù)淤泥土壓力的數(shù)值對(duì)盾構(gòu)壓力進(jìn)行控制。

      4.2 擾動(dòng)地層變形處理措施

      盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,每個(gè)階段出現(xiàn)地層變形的原因也是不一樣的,因此,要采用更具針對(duì)性的處理措施,泥水加壓盾構(gòu)能夠通過(guò)土層透水性的參數(shù)對(duì)泥漿特性進(jìn)行調(diào)整。大盾構(gòu)隧道施工中,為減少地層變形情況出現(xiàn),應(yīng)根據(jù)以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及有限單元法進(jìn)行預(yù)測(cè),通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)設(shè)定泥水倉(cāng)壓力的基準(zhǔn)值。在推進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)在隧道中心線位置設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)基準(zhǔn)值進(jìn)行合理調(diào)整。地面與隧道內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在同一斷面,當(dāng)盾構(gòu)通過(guò)后,對(duì)此斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集。施工地段較為特殊時(shí),應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行擾動(dòng)地層變形控制。對(duì)于盾尾脫出導(dǎo)致的地層變形,可以采用同步注漿的方法,將尾部空隙進(jìn)行填充,并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況與工程條件等多種因素,來(lái)選擇注漿方法。注漿作業(yè)時(shí),應(yīng)合理選擇材料,進(jìn)行科學(xué)配比,使襯砌結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。注漿量與注漿壓力應(yīng)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行嚴(yán)格控制,最大程度地減小大盾構(gòu)隧道施工中地層變化對(duì)施工的影響。

      4.3 大盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制措施

      在大盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制過(guò)程中,首先,要保證洞門(mén)的防水性,在零環(huán)管片拆除后對(duì)基面進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)及時(shí)封堵。若封堵作業(yè)沒(méi)有效果,要在注漿作業(yè)時(shí)進(jìn)行再次封堵。洞門(mén)基面完全干燥后,安裝止水條,并確保其牢固性,避免松拖情況的出現(xiàn)。其次,還要對(duì)隧道洞門(mén)進(jìn)行鋼筋綁扎與模板安裝。鋼筋綁扎要注意按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行下料與作業(yè),設(shè)計(jì)圖紙通常對(duì)鋼筋的數(shù)量與間距進(jìn)行明確要求。盾構(gòu)施工中,要保證鋼筋綁扎符合圖紙要求且焊接質(zhì)量合格。在進(jìn)行模板安裝時(shí),要注意,整體筑澆必須有牢固的支撐作為基礎(chǔ),并對(duì)模板與管片進(jìn)行特殊處理,避免出現(xiàn)建筑漏漿的情況。在對(duì)隧道洞門(mén)進(jìn)行混凝土澆筑時(shí),要提前進(jìn)行混凝土塌落實(shí)驗(yàn),對(duì)其抗壓、抗?jié)B性進(jìn)行檢測(cè)。混凝土澆筑時(shí)要進(jìn)行振搗,為提高施工中的振搗質(zhì)量,應(yīng)使用機(jī)器與人工共同振搗的方式,并確保隧道洞門(mén)在3h以內(nèi)澆筑完成。混凝土需要一段時(shí)間來(lái)凝固,澆筑工作完成后的一個(gè)星期方可對(duì)鋼模進(jìn)行拆除。在對(duì)管片生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制時(shí),要對(duì)管片的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行考核,明確生產(chǎn)方案以及原材料質(zhì)量,對(duì)生產(chǎn)工序也要進(jìn)行監(jiān)督。具體控制方式如下:首先,在管片生產(chǎn)前提前進(jìn)行嚴(yán)格審核,督促施工單位對(duì)人員進(jìn)行專業(yè)性培訓(xùn)。管片生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控,一旦發(fā)現(xiàn)管片生產(chǎn)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,要立刻停止生產(chǎn)。管理人員應(yīng)確保管片生產(chǎn)的原材料符合相關(guān)要求,對(duì)于進(jìn)入施工場(chǎng)地的材料,例如,混凝土、砂石等要進(jìn)行嚴(yán)格審核。對(duì)每批材料進(jìn)行抽樣檢查,檢查合格后方可入場(chǎng),抽樣檢查要注意樣本的代表性。除此之外,混凝土的配比也要按照規(guī)定執(zhí)行,組模前要檢查模具,并使用脫模劑進(jìn)行涂抹。對(duì)于混凝土的配合比方面,也要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。管片制作完成后,要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格后,即可使用于大盾構(gòu)隧道施工中。管片在進(jìn)行安裝時(shí),必須對(duì)接縫處進(jìn)行有效的防水控制,可以從防水材料質(zhì)量、粘貼質(zhì)量以及止水條凹槽質(zhì)量等幾個(gè)方面入手。在選擇防水材料時(shí),要對(duì)廠家進(jìn)行考察,根據(jù)廠家的生產(chǎn)工藝判斷其是否符合大盾構(gòu)隧道施工的作業(yè)要求。并保證每批次進(jìn)行隨機(jī)取樣,將樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),合格后方可投入使用。施工中通常對(duì)防水條的水壓能力有較高要求,因此,要對(duì)其進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn),確保水壓能力達(dá)標(biāo)。管片安裝作業(yè)前要對(duì)材料進(jìn)行檢查,避免止水條松動(dòng)、凹槽破損等情況出現(xiàn),即使出現(xiàn)微小的裂縫與破損,都要進(jìn)行報(bào)廢處理。

      4.4 施工工藝控制措施

      4.4.1 防水工藝控制措施

      大盾構(gòu)隧道施工在注漿過(guò)程中對(duì)盾尾間對(duì)位的首道防水線進(jìn)行填充時(shí),要保證盾尾機(jī)推進(jìn)的同步注漿,防止漏注現(xiàn)象的出現(xiàn),使其防滲性能得到提升。在管片安裝工作結(jié)束后,為避免拼接縫隙出現(xiàn)漏水情況,要同時(shí)進(jìn)行手孔封堵與混凝土澆筑兩項(xiàng)工藝,手孔封堵通常采用膨脹水泥。大盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中要進(jìn)行日常檢查,當(dāng)出現(xiàn)管片滲漏情況,要及時(shí)找到原因,選擇二次注漿、點(diǎn)裝部堵漏、裂縫堵漏等適合的堵漏方式。

      4.4.2 盾構(gòu)掘進(jìn)工藝控制

      在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,首先,要對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行控制,利用自動(dòng)測(cè)量與人工復(fù)核兩種方法同時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。通常在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)會(huì)設(shè)置擬定施工參數(shù),應(yīng)在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行土壓力、掘進(jìn)速度以及出土速度的確定。并對(duì)盾構(gòu)機(jī)扭矩、行程等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以達(dá)到更好的控制效果。盾構(gòu)始發(fā)時(shí)應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量控制,將始發(fā)架的位置進(jìn)行確定,使盾構(gòu)機(jī)持續(xù)保持抬頭狀態(tài),控制盾尾間隙,使盾構(gòu)機(jī)與管片處于良好的相對(duì)關(guān)系中。

      4.4.3 負(fù)環(huán)管片拼裝工藝控制

      在進(jìn)行管片拼裝時(shí),要注意使用符合標(biāo)準(zhǔn)的成套管片。管片拼裝前,要將盾尾油脂填充到盾尾刷中。始發(fā)支座軌道與管片之間可能會(huì)存在一定空隙,為避免盾尾下沉的情況出現(xiàn),要在始發(fā)支座軌道上使用方木楔或鋼板固定,對(duì)管片起到承托作用。當(dāng)管片退出盾尾時(shí),要在管片以及始發(fā)臺(tái)軌道之間放置木制三腳架或鋼板進(jìn)行支墊。第二環(huán)管片安裝完成后,盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前推進(jìn),盾尾密封刷逐漸脫離第一環(huán)管片,這時(shí)三腳架進(jìn)入支撐架內(nèi),左右兩側(cè)要各楔兩個(gè)木楔。

      5 結(jié)語(yǔ)

      大盾構(gòu)隧道施工有效加強(qiáng)了我國(guó)對(duì)地下空間的利用,滿足了新時(shí)代下城市化進(jìn)程的發(fā)展需求。大盾構(gòu)隧道施工中包含許多控制要點(diǎn),相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)控制要點(diǎn)進(jìn)行處理措施的分析與研究,使大盾構(gòu)隧道施工順利進(jìn)行。

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