篇(1)
武漢地鐵二號(hào)線越江隧道盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)
劉翌杰
武漢地鐵集團(tuán)公司 項(xiàng)目經(jīng)理 高級(jí)工程師 湖北武漢 430030 13016432653
摘要：武漢地鐵二號(hào)線越江隧道工程采用氣墊式泥水平衡盾構(gòu)施工，盾構(gòu)直徑6520mm，盾構(gòu)雙線均已始發(fā)成功，文章主要介紹盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，為類似工程提供參考。
關(guān)鍵詞：始發(fā);泥水盾構(gòu);地鐵
1 引言
隨著我國(guó)城市軌道交通設(shè)施的興建，盾構(gòu)法隧道施工越來(lái)越普遍的被使用，也越來(lái)越多地被國(guó)內(nèi)地鐵屆所接受。武漢地鐵二號(hào)線越江隧道工程是穿越長(zhǎng)江的第一條地鐵隧道，該工程的成功與否直接影響到地鐵二號(hào)線的順利通車。盾構(gòu)發(fā)施工已有許多成功的工程實(shí)例，但是此方法也有較大的風(fēng)險(xiǎn)。管控好各個(gè)施工階段的施工技術(shù)將是工程成功的關(guān)鍵，本文主要介紹泥水盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)。
由于始發(fā)邊界條件不同于盾構(gòu)正常掘進(jìn)，盾構(gòu)始發(fā)通過(guò)開(kāi)挖面平衡條件差，對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定產(chǎn)生不同程度的不利影響，盾構(gòu)處于試掘進(jìn)狀態(tài)，盾構(gòu)故障多，盾構(gòu)操作人員不熟練等，容易發(fā)生地表變形過(guò)大，甚至坍塌、地表冒漿等事故，因此根據(jù)工程地質(zhì)條件、地下水、盾構(gòu)類型、覆土厚度、洞門密封等條件選擇合適的始發(fā)具有重要的意義。
2 工程概況
武漢市軌道交通二號(hào)線越江隧道工程為武漢市重點(diǎn)工程，是武漢市重要的過(guò)江通道，位于武漢長(zhǎng)江一、二橋之間。隧道江北起點(diǎn)為江漢路站，江南終點(diǎn)為積玉橋站。施工內(nèi)容主要包括：盾構(gòu)區(qū)間隧道、明挖風(fēng)井、聯(lián)絡(luò)通道及江中泵房等。隧道右線長(zhǎng)約3085米，左線長(zhǎng)約3098米。線路縱坡大致為U形，線路最大下坡為2.7%，最大上坡為2.56%。盾構(gòu)區(qū)間采用兩臺(tái)直徑6520mm的泥水盾構(gòu)施工，盾構(gòu)隧道采用管片拼裝式單層襯砌，管片外徑6200mm，內(nèi)徑5500mm， 環(huán)寬1.5m。 襯砌環(huán)由一個(gè)封頂塊(K)、兩個(gè)鄰接塊(B1、B2)和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊(A1、A2、A3)組成，管片為雙面楔形通用管片，楔形量為40mm，管片采用錯(cuò)縫拼裝方式，管片環(huán)縱縫均設(shè)置凹凸榫槽，環(huán)縫和縱縫均采用彎螺栓連接。
盾構(gòu)始發(fā)內(nèi)容主要包括洞口端頭地層加固、洞門環(huán)及洞門密封裝置的安設(shè)、盾構(gòu)始發(fā)基座的設(shè)計(jì)加工及定位安裝、盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試、泥水處理系統(tǒng)的組裝調(diào)試、反力架的設(shè)計(jì)加工及安裝就位、洞門地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土鑿除、負(fù)環(huán)管片拼裝、兩側(cè)支撐系統(tǒng)安裝、盾構(gòu)始發(fā)推進(jìn)、以及其他保證措施的準(zhǔn)備等。武漢長(zhǎng)江隧道東、西線兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)分別從武昌始發(fā)井組裝調(diào)試始發(fā),一前一后向漢口掘進(jìn),兩線盾構(gòu)相隔大于100 m。因始發(fā)過(guò)程基本相同,本文主要介紹東線盾構(gòu)的始發(fā)施工技術(shù)。
根據(jù)地質(zhì)詳勘測(cè)資料，始發(fā)端頭自上而下地層分別為：(1-1)雜填土、(3-1)粘土、(3-2a)淤泥質(zhì)粘土、(3-2)粉質(zhì)粘土、(3-5)粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層，隧道開(kāi)挖面位于(3-1)粘土、(3-2a)淤泥質(zhì)粘土、(3-2)粉質(zhì)粘土地層，地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2-1。
2.2 水文地質(zhì)
地下水主要有上層滯水，第四系孔隙水和基巖裂隙水等類型。
上層滯水一般賦存于人工填土中或表層粘性土中，無(wú)統(tǒng)一自由水面，受大氣降水、地表水和生產(chǎn)、生活用水滲入補(bǔ)給，水量有限而且很不穩(wěn)定，地下水位不連續(xù)，一般由高處向低處流動(dòng)或排泄。
第四系孔隙水分孔隙潛水和孔隙承壓水。孔隙潛水巖組主要分布于兩岸一級(jí)階地上部和河床砂層中，賦存于階地上部第四系全新統(tǒng)沖積、湖積的粉土、粘性土、淤泥質(zhì)粉砂和河床部分的粉細(xì)砂、中粗砂、礫石層中，受大氣降水和側(cè)向地下水補(bǔ)給，除河床地段含水層厚度、富水性、水量變化較穩(wěn)定外，其余在階地不同部位其厚度、巖性、富水性有明顯的差異，水量隨季節(jié)變化也比較明顯，一般單井出水量5.62～13.71m3/d，滲透系數(shù)0.26～25.0m/d，水位埋深一般為0.05～4.74m。
3 盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
3.1三重管高壓旋噴加固。
在盾構(gòu)始發(fā)之前,一般要根據(jù)隧道地層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況評(píng)價(jià)端頭地層的穩(wěn)定性,采取有針對(duì)性的加固措施。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備至少一周的側(cè)向自穩(wěn)能力,且不能有地下水的損失。常用的加固處理方法有深層攪拌樁、高壓旋噴樁、高壓注漿法、SMW 工法和冷凍法等。
盾構(gòu)始發(fā)井端頭地層自上而下依次為：雜填土、粉土、粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，地下水豐富、水位高且具有承壓特征。開(kāi)挖面位于粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，開(kāi)挖面底部埋深16m。
根據(jù)地層條件，盾構(gòu)始發(fā)井端頭地層加固采用三重管法高壓旋噴樁加固，左右線平面加固區(qū)域12.2m(線路中線兩邊各6.1m)×9m(縱向)，立面加固深度12.2m，加固區(qū)為隧道及隧道外徑上下各3m，旋噴樁采用Φ900@600m。根據(jù)水平、垂直取芯檢查結(jié)果在加固區(qū)內(nèi)實(shí)施補(bǔ)充注漿。始發(fā)端頭加固范圍見(jiàn)圖4-1、圖4-2。
圖4-1 始發(fā)端頭加固體剖面示意圖
圖4-2 始發(fā)端頭平面加固示意圖
3.3端頭降水
在洞門處連續(xù)墻破除后，暴露土體需具有自穩(wěn)能力，且洞門開(kāi)挖斷面內(nèi)無(wú)滲、漏水。根據(jù)詳勘資料始發(fā)井端頭水位埋深一般為0.05～4.74m，盾構(gòu)計(jì)劃于8～9月份始發(fā)，正值武漢汛期，地下承壓水位較高。
由于承壓水頭高于盾構(gòu)洞門，為保證盾構(gòu)始發(fā)施工的順利進(jìn)行，必須對(duì)始發(fā)端頭的承壓水進(jìn)行有效治理，武漢地區(qū)近幾年大量的成功經(jīng)驗(yàn)表明，深井降水作為治理承壓水是一項(xiàng)行之有效、質(zhì)量便于控制的常用方法。
4.2深井降水設(shè)計(jì)
計(jì)算方法：按穩(wěn)定流承壓環(huán)形非完整井考慮。
計(jì)算公式：
式中：Q——涌水量(m3/d);
K——含水層滲透系數(shù)(綜合取值19m/d);
M——含水層厚度(取值30.00m);
R——抽水影響半徑(取值250m);
S——承壓水降深(取值12.00m，即承壓水由初始值地面下4.5m降至16.5m，即降至洞門底線以下0.5米);
r0——基坑折算半徑(取值8.59m，基坑概化面積為231.2m2);
將上述參數(shù)代入公式可得：Q=12617.183m3/d=525.7m3/h
根據(jù)計(jì)算所得到的基坑涌水量，如果單井抽水量設(shè)計(jì)為80m3/h，則共需的井?dāng)?shù)為7～8口。本工程設(shè)8口降水井(其中一口兼做觀測(cè)井)，可滿足降深要求。井位布置見(jiàn)圖5-1。
圖5-1 端頭降水井井位布置圖
3.4盾構(gòu)始發(fā)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
盾構(gòu)始發(fā)基礎(chǔ)以圖6-1、圖6-2所示的“盾構(gòu)始發(fā)中線”為中心，沿其兩側(cè)對(duì)稱布置。始發(fā)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)端面做成弧型，其上鋪設(shè)43kg/m的鋼軌作為盾構(gòu)導(dǎo)向軌道，軌道底面與盾構(gòu)中心形成同心圓。具體形式見(jiàn)圖6-3。
圖6-3 始發(fā)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖
3.5反力架及支撐系統(tǒng)安裝
盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)的設(shè)計(jì)：根據(jù)始發(fā)豎井結(jié)構(gòu)以及盾構(gòu)隧道線路設(shè)計(jì)，由于盾構(gòu)在始發(fā)階段(盾構(gòu)主機(jī)離開(kāi)始發(fā)基座前)不能夠進(jìn)行調(diào)向，為了保證盾構(gòu)隧道不超限，對(duì)盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)設(shè)計(jì)如下：
左線盾構(gòu)始發(fā)水平位置設(shè)計(jì)：線路在始發(fā)段處于半徑為2000米的圓曲線上，盾構(gòu)始發(fā)豎向位置設(shè)計(jì)：線路在始發(fā)段處于坡度為0.2%的下坡段，采取水平始發(fā)的方式;為防止始發(fā)后盾構(gòu)機(jī)下沉，盾構(gòu)刀盤中心高于洞門中心2cm。
反力架設(shè)計(jì)：本工程反力架采用組合鋼結(jié)構(gòu)件，便于組裝和拆卸;反力架結(jié)構(gòu)根據(jù)土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì);反力架提供盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)所需的反力，因此反力架須具有足夠的剛度和強(qiáng)度;反力架支撐系統(tǒng)將盾構(gòu)推力作用到土建結(jié)構(gòu)上，支撐提供的反力滿足要求，且支撐有足夠的穩(wěn)定性，盾構(gòu)始發(fā)時(shí)反力支撐約需提供2000噸的反力，反力架支撐考慮底部和上部水平支撐，中間斜撐的方式。
反力架及負(fù)環(huán)管片安裝位置見(jiàn)圖6-4。
圖6-4 反力架及負(fù)環(huán)管片安裝位置示意圖
反力架及支撐系統(tǒng)的安裝：由于盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)是空間結(jié)構(gòu)，反力架靠盾尾側(cè)平面要基本與盾尾平面平行，即使反力架形成的平面與盾構(gòu)的推進(jìn)軸線垂直。反力架的橫向和豎向位置保證負(fù)環(huán)管片傳遞的盾構(gòu)推力準(zhǔn)確作用在反力架上。安裝反力架時(shí)，首先用經(jīng)緯儀測(cè)定水平偏角和位置，然后將反力架整體組裝，并由組裝門吊配合校正其水平偏角和傾角，在定位過(guò)程中利用道鏈和型鋼等工具配合。最后經(jīng)測(cè)量無(wú)誤后將其與底板的預(yù)埋鋼板焊接固定。在安裝反力架時(shí)，反力架左右偏差控制在±10mm之內(nèi)，高程偏差控制在±5mm之內(nèi)，上下偏差控制在±10mm之內(nèi)，始發(fā)臺(tái)水平軸線的垂直方向與反力架的夾角<±2‰。為了保證盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)反力架橫向穩(wěn)定，用型鋼對(duì)反力架進(jìn)行橫向的固定。
反力支撐要及時(shí)安裝，利用預(yù)埋在中板上的吊鉤和道鏈將反力支撐起吊并與反力架和預(yù)埋鋼板連接牢固。反力支撐尺寸要提前設(shè)計(jì)加工好，以加快支撐安裝速度。
3.6洞門臨時(shí)密封裝置
為了防止盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)時(shí)泥土、地下水及循環(huán)泥漿從盾殼和洞門的間隙處流失，以及盾尾通過(guò)洞門后背襯注漿漿液的流失，在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)需安裝洞門臨時(shí)密封裝置，臨時(shí)密封裝置由兩道橡膠密封與兩道鋼絲刷組成，其中橡膠密封由簾布橡膠、扇形壓板、折葉板、墊片和螺栓等組成，兩道鋼絲刷之間預(yù)留加注盾尾油脂的預(yù)埋管，臨時(shí)密封裝置見(jiàn)圖9-1。
為了保證在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)快速、牢固地安裝密封裝置，在豎井內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)施工時(shí)在預(yù)留洞門處預(yù)埋環(huán)狀鋼板，洞門預(yù)埋環(huán)的內(nèi)徑為6.8m，與內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)一同施工。
盾構(gòu)進(jìn)入預(yù)留洞門前在外圍刀盤和簾布橡膠板外側(cè)涂潤(rùn)滑油以免盾構(gòu)刀盤刮破簾布橡膠板影響密封效果。
洞門密封的完善： 當(dāng)盾構(gòu)刀盤全部抵?jǐn)n掌子面后，開(kāi)始向泥水倉(cāng)內(nèi)加壓，壓力僅滿足泥漿充滿泥水倉(cāng)，然后在兩道密封刷間利用預(yù)留注漿孔向內(nèi)注油脂，使油脂充滿兩道盾尾密封刷的空隙。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)盾尾通過(guò)第二道鋼絲密封刷且折葉板下翻后，要及時(shí)利用注漿孔向內(nèi)繼續(xù)注油脂，使油脂壓力始終高于泥水壓力0.01Mpa左右。
圖9-1 洞門臨時(shí)密封裝置
3.7洞門鑿除
9.2.1施工準(zhǔn)備
(1)安全性檢查
洞門前方土體已經(jīng)進(jìn)行了三軸攪拌樁、高壓旋噴樁加固，但不能完全排除無(wú)加固盲區(qū)、滲水通道的可能性。前期已經(jīng)沿垂直洞門方向進(jìn)行了水平探孔檢查，未發(fā)現(xiàn)承壓水滲水通道，但為確保鑿除施工安全實(shí)施，施工前必須將水平探水孔的閘閥全部打開(kāi)，并隨時(shí)觀察滲水變化情況。
(2)端頭降水
在洞門完全破除之前，將承壓水位降至洞門中線標(biāo)高下0.5m。
(3)作業(yè)平臺(tái)的搭建
在刀盤與洞門之間，用腳手架搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)為內(nèi)外兩層豎向立柱結(jié)構(gòu)的滿堂腳手架，上、下層間距為1.7m，鋪設(shè)木板，木板與腳手架連接處用鐵絲綁扎牢固，靠近刀盤側(cè)用斜撐固定，保證作業(yè)平臺(tái)整體穩(wěn)定性。
(4)梭槽鋪設(shè)
因混凝土塊從連續(xù)墻上鑿掉后，將直接落入洞門鋼環(huán)內(nèi)，清理過(guò)程中容易造成簾布橡膠及折頁(yè)壓板損壞，且清理工作只能在鑿除作業(yè)間隙進(jìn)行。為此，腳手架搭建過(guò)程中，在洞門鋼環(huán)底部利用廢模板鋪設(shè)一層梭槽，梭槽內(nèi)高外低，外側(cè)伸出洞門止水箱外，下部用短鋼管支撐。梭槽與作業(yè)平臺(tái)交叉位置，直接在梭槽上鉆孔，便于立柱鋼管穿過(guò)。
9.2.2洞門鑿除
(1)從上向下人工鑿除砼的保護(hù)層50mm厚，并將外層鋼筋焊割掉。
(2)繼續(xù)鑿除砼0.7m厚，暴露出內(nèi)排鋼筋。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始準(zhǔn)備推進(jìn)時(shí)，按照先上后下的順序迅速逐塊割斷內(nèi)排鋼筋。
(3)鑿除施工完畢后拆除腳手架，快速拼裝負(fù)環(huán)管片，使盾構(gòu)機(jī)抵?jǐn)n掌子面，避免掌子面暴露太久發(fā)生失穩(wěn)坍塌。
(4)盾構(gòu)機(jī)貫入作業(yè)面開(kāi)始掘進(jìn)。
7盾構(gòu)組裝
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件和盾構(gòu)運(yùn)輸?shù)截浻?jì)劃，盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試總體順序?yàn)椋汉笈涮淄宪嚢凑諒暮蟮角暗捻樞虻跹b下井、拖車推入明挖段、主機(jī)大件下井組裝、主機(jī)與后配套聯(lián)機(jī)、最后調(diào)試并始發(fā)掘進(jìn)。組裝中的起吊設(shè)備主要采用250t履帶吊和100t汽車吊。主機(jī)大件用250t履帶吊吊裝下井就位。由于運(yùn)輸?shù)囊螅鳈C(jī)大件在運(yùn)輸車輛上的擺放方向與吊裝下井的方向存在差異，故大件在下井前采用100t汽車吊配合翻身。在盾構(gòu)主機(jī)的分部下井組裝工作后,最后主機(jī)與拖車系統(tǒng)連接后,開(kāi)始整機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)試。
此外,盾構(gòu)機(jī)施工的配套設(shè)施還包括泥漿分離設(shè)備、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、砂漿攪拌站、水平運(yùn)輸系統(tǒng)以及垂直運(yùn)輸系統(tǒng)等,盾構(gòu)各系統(tǒng)、設(shè)備必須經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常,并經(jīng)初步驗(yàn)收合格后才可以開(kāi)始始發(fā)試掘進(jìn)。
8盾構(gòu)調(diào)試
在盾構(gòu)主機(jī)、后排套及其附屬設(shè)備組裝就位、管線連接完畢，盾構(gòu)供電、供水到位后開(kāi)始調(diào)試，盾構(gòu)調(diào)試分設(shè)備調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試，單獨(dú)調(diào)試合格后，才聯(lián)機(jī)調(diào)試。
8.2空載調(diào)試
8.2.1電氣部分運(yùn)行調(diào)試
盾構(gòu)機(jī)電氣調(diào)試的步驟為：
(1)送電檢查
檢查主供電線路，先檢查線路是否接錯(cuò)、是否有不安全因素，在確認(rèn)無(wú)誤后，逐級(jí)向下送電：配電站10kv配電盤——盾構(gòu)機(jī)上10KV開(kāi)關(guān)柜——盾構(gòu)機(jī)低壓主斷路器。
(2)電機(jī)運(yùn)行檢查
送電完成后，就可以全面檢查電機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)電機(jī)之前要檢查線路是否接錯(cuò)，尤其要注意電機(jī)是否反轉(zhuǎn)。
(3)分系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與試運(yùn)行
完成電機(jī)運(yùn)行檢查后進(jìn)入各個(gè)分系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與試運(yùn)行階段，此階段最為關(guān)鍵也最耗時(shí)間。
盾構(gòu)各分系統(tǒng)包括：管片安裝系統(tǒng)、管片運(yùn)輸系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、油脂系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)及鉸接系統(tǒng)等。除了管片運(yùn)輸外，其它系統(tǒng)都是相互聯(lián)系的，如：油脂系統(tǒng)沒(méi)有調(diào)試好是不能調(diào)試刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的。調(diào)試之前要注意系統(tǒng)調(diào)試的條件是否具備，如：刀盤在始發(fā)臺(tái)時(shí)，是不可以調(diào)試刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
分系統(tǒng)調(diào)試的主要工作是各種控制器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整、顯示儀表校正、控制電路板校準(zhǔn)、PLC程序小的變動(dòng)等。
(4)整機(jī)試運(yùn)行
在完成各分系統(tǒng)調(diào)試后，就可整機(jī)試運(yùn)行。一般分系統(tǒng)調(diào)試完成后，整機(jī)運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)太大的問(wèn)題。
8.2.2液壓部分的運(yùn)行調(diào)試
在進(jìn)行了電氣部分調(diào)試的同時(shí)就可以進(jìn)行相關(guān)聯(lián)液壓系統(tǒng)調(diào)試。
(1)運(yùn)行調(diào)試前應(yīng)注意事項(xiàng)：
1)油箱油位正常。
2)所有油泵進(jìn)油口均處于開(kāi)啟狀態(tài)。
3)所有控制閥門處于正常狀態(tài)。
4)液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)向正確。
5)冷卻系統(tǒng)正常工作。
(2)運(yùn)行調(diào)試
分系統(tǒng)檢查各系統(tǒng)運(yùn)行是否按要求運(yùn)轉(zhuǎn)，速度是否滿足要求。對(duì)不滿足要求的，要查找原因。
推進(jìn)和鉸接系統(tǒng)：檢查推進(jìn)油缸和鉸接油缸的伸縮情況，管路有無(wú)泄漏油現(xiàn)象，及其泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)。
管片安裝機(jī)：檢查安裝機(jī)各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)及自由度情況，察看管路排順、有無(wú)泄漏油現(xiàn)象，及其泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
管片吊機(jī)和管片拖拉小車，操作遙控手柄檢查其運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
注漿系統(tǒng)：檢查注漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)和管路連接情況。
泥水循環(huán)系統(tǒng)：察看管路排順、有無(wú)泄漏油現(xiàn)象，及其泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
8.3負(fù)載調(diào)試
空載調(diào)試證明盾構(gòu)具有工作能力后即可進(jìn)行負(fù)載調(diào)試。負(fù)載調(diào)試的主要目的是檢查各種管線及密封的負(fù)載能力;使盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達(dá)到滿足正常生產(chǎn)要求的工作狀態(tài)。通常試掘進(jìn)時(shí)間即為對(duì)設(shè)備負(fù)載調(diào)試時(shí)間。
刀盤調(diào)試只有在負(fù)載調(diào)試階段進(jìn)行。
負(fù)載調(diào)試時(shí)將采取嚴(yán)格的技術(shù)和管理措施保證工程安全、工程質(zhì)量和線型精度。
負(fù)載調(diào)試時(shí)線型精度控制措施: 負(fù)載調(diào)試階段既是試掘進(jìn)階段，試掘進(jìn)階段是對(duì)設(shè)備組裝完畢后對(duì)各部分的初步檢驗(yàn)，設(shè)備磨合的過(guò)程。
3.9盾構(gòu)試掘進(jìn)
10.1盾構(gòu)試掘進(jìn)
(1)熟悉盾構(gòu)各項(xiàng)性能，完成盾構(gòu)整機(jī)磨合負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn);
(2)熟練盾構(gòu)和配套設(shè)備各項(xiàng)操作，掌握盾構(gòu)施工操作流程和施工順序;
(3)檢驗(yàn)后配套設(shè)備的匹配能力，如泥水處理系統(tǒng)、垂直運(yùn)輸系統(tǒng)和水平運(yùn)輸系統(tǒng)等;
(4)安全地通過(guò)始發(fā)段，保證地面建筑物和地下管線的安全;
(5)收集數(shù)據(jù)，積累經(jīng)驗(yàn)，為下一步正常快速的掘進(jìn)施工提供參考依據(jù)和信息。
10.1.2盾構(gòu)試掘進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)的確定
為了確保安全掘進(jìn)，根據(jù)地層情況和地面建筑物的情況，確定始發(fā)試掘進(jìn)的參數(shù)如表10-1。
表10-1 試掘進(jìn)階段盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和指標(biāo)
掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定值備注
泥水倉(cāng)中心壓力1.14bar-1.38bar考慮地層土體側(cè)壓系數(shù)0.35，系數(shù)取1.1-1.3。
進(jìn)漿比重1.10始發(fā)端處于粘性土層
進(jìn)漿粘度20s始發(fā)端處于粘性土層
掘進(jìn)速度0~2cm/min最快掘進(jìn)速度為4cm;避免泥餅產(chǎn)生
進(jìn)排泥漿流量差與掘進(jìn)速度相匹配避免大的超挖;
10.2負(fù)環(huán)管片安裝
(1)負(fù)環(huán)管片結(jié)構(gòu)及安裝
在拼裝第一環(huán)負(fù)環(huán)管片前，在盾尾管片拼裝區(qū)180度范圍內(nèi)均勻安設(shè)6根長(zhǎng)2m、厚85mm的定位墊塊，(盾尾內(nèi)側(cè)與管片外弧面的間隙為85mm)，在盾構(gòu)內(nèi)拼裝好整環(huán)后利用盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂將管片緩慢推出，當(dāng)管片推出1500mm后開(kāi)始拼裝第二環(huán)管片(切不可將第一環(huán)管片全部推出槽鋼段再拼裝第二環(huán)，避免管片下沉)。負(fù)環(huán)管片按照錯(cuò)縫的方式進(jìn)行拼裝。負(fù)環(huán)管片在拖出的過(guò)程中要及時(shí)將負(fù)環(huán)管片支撐，避免負(fù)環(huán)管片失圓過(guò)大引起管片拼裝困難。具體見(jiàn)圖10-1。
(2)負(fù)環(huán)管片拼裝注意事項(xiàng)
①由于管片環(huán)縫靠反力架環(huán)面為凹面，為了便于受力均勻，將第一環(huán)管片凹面處手孔處外全部用高強(qiáng)砂漿抹平;
②在負(fù)環(huán)管片與反力架貼緊后管片拼裝點(diǎn)位應(yīng)以減小推進(jìn)油缸行程差為主;
③負(fù)環(huán)管片環(huán)、縱縫要貼傳力襯墊，在進(jìn)洞門的前一環(huán)開(kāi)始粘貼彈性密封墊，與洞門密封相對(duì)應(yīng)的管片縱縫應(yīng)采用自粘性橡膠將縱縫封堵，避免由縱縫漏漿;
④在盾尾進(jìn)入洞門前一環(huán)開(kāi)始加壓注盾尾密封油脂。
圖10-2 負(fù)環(huán)管片安裝示意圖
10.3同步注漿系統(tǒng)形成
(1)同步注漿實(shí)施時(shí)間及漿液性能的選擇
當(dāng)盾尾通過(guò)兩道洞門鋼絲刷密封后開(kāi)始實(shí)施同步注漿。注漿漿液選擇水泥砂漿，水泥砂漿的凝結(jié)時(shí)間在6小時(shí)左右，漿液的強(qiáng)度不小于2Mpa。始發(fā)階段同步漿液配合比見(jiàn)表10-2：
表10-2 注漿材料基準(zhǔn)配比
注漿方式配 合 比
水(kg)水泥(kg)細(xì)砂(kg)粉煤灰(kg)膨潤(rùn)土(kg)促凝劑(%)
同步注漿245225100040050
注漿壓力應(yīng)大于泥水倉(cāng)壓力0.1～0.2bar。注漿量應(yīng)滿足規(guī)范要求的充盈系數(shù)。
(2)同步注漿施工注意事項(xiàng)
①、同步注漿系統(tǒng)在調(diào)試結(jié)束后應(yīng)將注漿孔(包括備用孔)用油脂充填密實(shí);
②、同步注漿一定要在盾尾通過(guò)鋼絲刷密封后再實(shí)施，避免同步注漿降低洞門密封的效果;
③、始發(fā)階段由于盾構(gòu)掘進(jìn)速度相對(duì)較慢，且漿液凝結(jié)時(shí)間相對(duì)較快，要隔一定的時(shí)間對(duì)注漿管路進(jìn)行清洗疏通，避免漿液凝結(jié)堵塞注漿孔。
10.4盾構(gòu)始發(fā)試掘進(jìn)注意事項(xiàng)
盾構(gòu)始發(fā)試掘進(jìn)是工程的一個(gè)重點(diǎn)，從盾構(gòu)組裝到試掘進(jìn)的每一步都需要精心組織，在施工過(guò)程中要特別注意以下事項(xiàng)：
(1)始發(fā)前檢查地層加固的質(zhì)量，確保加固土體強(qiáng)度和滲透性符合要求。
(2)始發(fā)基座導(dǎo)軌必須順直，嚴(yán)格控制其標(biāo)高及中心軸線。
(3)盾構(gòu)組裝質(zhì)量和安全是控制的重點(diǎn)，特別是結(jié)構(gòu)件間的連接、焊接和各密封系統(tǒng)要專人控制。
(4)洞門密封的安裝要保證質(zhì)量。各管道接口要安裝閘閥，便于重復(fù)加脂使用。始發(fā)前在刀頭和密封裝置上涂抹油脂，避免刀盤上刀頭損壞洞門密封裝置;在盾殼、管片通過(guò)洞門密封的階段要加強(qiáng)管理，確保其密封效果。
(5)在拼裝第一環(huán)負(fù)環(huán)管片時(shí)，由于上半部的管片沒(méi)有約束，為防止兩塊鄰接塊失穩(wěn)，可在管片拼裝機(jī)歸位之前，在盾殼內(nèi)與負(fù)環(huán)管片之間焊接2根槽鋼以穩(wěn)定管片;管片拖出盾尾后要及時(shí)約束，避免大的變形。
(6)負(fù)環(huán)鋼管片與反力架間要保證受力均勻;反力支撐要牢固可靠。
(7)洞門鑿除要快速，雜物要清理干凈，特別是鋼筋等可能堵塞泥漿泵的大塊物體。
(8)始發(fā)試掘進(jìn)過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析、反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)的調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，并為后續(xù)正常快速施工提供依據(jù)。
(9)盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)出加固體后，要及時(shí)調(diào)整泥水壓力設(shè)置值，建立穩(wěn)定的泥水壓力。
3 S508盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)情況
武漢地鐵二號(hào)線越江隧道工程右線S508盾構(gòu)于2009年10 月5 日刀盤貫入地層開(kāi)始試掘進(jìn),至11 月18 日完成了洞門密封圈的最后封堵,密封效果良好,19 日刀盤掘進(jìn)出端頭加固區(qū),在此期間地表軸線測(cè)點(diǎn)沉降較小,最大沉降小于5 mm (如圖4 所示) ,說(shuō)明盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)情況比較理想。
4 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)
(1) 盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)法隧道施工中的一道關(guān)鍵工序,始發(fā)的成敗將直接影響到工程的質(zhì)量、進(jìn)度、成本和安全等。必須認(rèn)真策劃、設(shè)計(jì),并加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量管理和控制,尤其對(duì)始發(fā)常見(jiàn)問(wèn)題如端頭土體失穩(wěn)、始發(fā)基座變形、反力架變形、洞門密封漏漿等等,要根據(jù)工程實(shí)際情況做好施工設(shè)計(jì)與控制。
(2) 本工程中采用旋噴樁方式施工的端頭加固效果很好,始發(fā)時(shí),備用的降水井并沒(méi)有啟動(dòng),這在保證盾構(gòu)始發(fā)安全的前提下,降低了施工成本。
(3) 端頭加固的長(zhǎng)度值,建議宜大于盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)度1 m 以上,以利于最終洞門密封的實(shí)施效果。
5 結(jié)語(yǔ)
因?qū)κ及l(fā)的各個(gè)關(guān)鍵工序和環(huán)節(jié)都做了較為全面、細(xì)致的控制,武漢地鐵二號(hào)線越江隧道工程右線盾構(gòu)始發(fā)一次成功。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡斌,李勇軍.武漢長(zhǎng)江隧道盾構(gòu)始發(fā)技術(shù).土工基礎(chǔ),2008,(2):21-25.
[2] 康寶生等.南京地鐵盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工技術(shù)[J].建筑機(jī)械化,2004,(2):25-29.
[3] 江玉生.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá):端頭加固理論研究與工程實(shí)踐.北京:人民交通出版社，2011
[4] 周文波. 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004
篇(2)
摘要：通過(guò)北京地鐵10號(hào)線二期大紅門站～角門東站區(qū)間隧道工程實(shí)例，介紹了暗挖大斷面盾構(gòu)始發(fā)的難點(diǎn)，闡述了盾構(gòu)機(jī)如何在狹小的暗挖段內(nèi)進(jìn)行始發(fā)的相關(guān)技術(shù)，以期為今后類似工程的施工提供參考與借鑒。
關(guān)鍵詞：暗挖段,盾構(gòu),洞門加固,盾構(gòu)始發(fā)
1工程概況
北京地鐵10號(hào)線二期大紅門站～角門東站區(qū)間全長(zhǎng)880.453m，其中K33+568.416～K34+636.916為暗挖段，全長(zhǎng)68.5m。盾構(gòu)采用日本小松公司生產(chǎn)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，在大紅門站端頭井下井組裝，然后將盾構(gòu)機(jī)平移至始發(fā)位置，進(jìn)行組裝調(diào)試后始發(fā)。本區(qū)間地質(zhì)條件按成因年代分為人工堆積層和第四紀(jì)沉積層兩大層，區(qū)間結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)地下水。
2工程重點(diǎn)、難點(diǎn)
1)如何保證盾構(gòu)始發(fā)時(shí)洞門土體的穩(wěn)定性是盾構(gòu)始發(fā)的關(guān)鍵所在，如果土體不穩(wěn)，會(huì)導(dǎo)致土體的變形和沉降，將影響到地面的建構(gòu)筑物安全。因此始發(fā)洞口土體的加固是本工程的重點(diǎn)。
2)如何高精度的定位盾構(gòu)機(jī)以及將盾構(gòu)機(jī)平移至始發(fā)位置，確保盾構(gòu)安全始發(fā)及隧道軸線的偏差在規(guī)范驗(yàn)收之內(nèi)，并在有限的作業(yè)空間內(nèi)安裝和加固反力裝置是本工程難點(diǎn)。
3)盾構(gòu)始發(fā)時(shí)盾構(gòu)機(jī)很容易發(fā)生震動(dòng)、扭動(dòng)，從而造成盾構(gòu)掘進(jìn)軸線跟設(shè)計(jì)軸線之間的偏差，而在始發(fā)階段盾構(gòu)姿態(tài)又不宜于大量糾偏，故如何控制盾構(gòu)始發(fā)時(shí)的姿態(tài)也是本工程的重點(diǎn)。
4)盾構(gòu)始發(fā)作業(yè)不可避免的會(huì)造成周圍土體的擾動(dòng)，且這種擾動(dòng)跟施工水文地質(zhì)、施工參數(shù)等有密切聯(lián)系，因此及時(shí)做好監(jiān)控量測(cè)工作，以更好的反饋并指導(dǎo)施工，也是本工程的重點(diǎn)。
3盾構(gòu)始發(fā)前施工技術(shù)措施
3.1始發(fā)端頭土體加固
按原設(shè)計(jì)區(qū)間加固區(qū)正位于臨泓路下，臨泓路為北京市南三環(huán)主要的支干道，兩側(cè)商鋪林立，交通繁忙，不具備地面加固的施作條件，故應(yīng)在洞內(nèi)加固。考慮到右線地下水水位較深(隧道結(jié)構(gòu)以下)，故洞內(nèi)加固采用玻璃纖維筋封堵掌子面的形式進(jìn)行施作。玻璃纖維筋是一種新型合成材料，具有很高的抗壓能力，用其封堵洞門即可以到達(dá)土體加固強(qiáng)度的要求，且不影響盾構(gòu)始發(fā)時(shí)直接掘進(jìn)。當(dāng)大斷面暗挖施工至設(shè)計(jì)里程時(shí)，開(kāi)始封堵掌子面。施工中采用φ10的玻璃纖維筋，用玻璃纖維筋加工成鋼筋網(wǎng)片，橫向間距200mm，豎向間距200mm。封堵掌子面時(shí)掛設(shè)玻璃纖維筋鋼筋網(wǎng)片，雙層設(shè)置，層間距300mm，并噴射C20的混凝土，然后施作端頭墻及埋設(shè)洞門鋼環(huán)。
3.2預(yù)埋吊鉤與鋼板
為了更加方便、有效的安裝和加固反力裝置，在暗挖段二襯中預(yù)埋吊鉤與鋼板預(yù)埋件。暗挖隧道斷面內(nèi)共設(shè)置22個(gè)吊鉤，吊鉤采用φ30圓鋼加工而成，反力架上方并排設(shè)計(jì)4個(gè)吊鉤，盾構(gòu)機(jī)上方設(shè)計(jì)18個(gè)吊鉤用于后期拆除負(fù)環(huán)管片和其它用吊鉤與二襯主筋焊接或者綁扎，吊鉤嵌入二襯500mm，外漏80mm。為了在有限的空間內(nèi)安裝反力裝置，二襯中預(yù)留四個(gè)長(zhǎng)2m，寬0.8m的槽。在斷面二襯中預(yù)埋16塊20mm厚鋼板，兩個(gè)立柱各4塊，另8塊用于反力架背后支撐，采用φ14螺紋鋼筋做錨筋，錨筋與鋼板穿透焊，錨筋與二襯主筋綁扎或者焊接。
3.2盾構(gòu)機(jī)初始定位
暗挖大斷面二襯施作結(jié)束，堵頭墻封堵，鋼洞圈安裝完畢后，始發(fā)基座支設(shè)前，要在始發(fā)井周圍布設(shè)高程控制點(diǎn)及導(dǎo)線控制點(diǎn)[1,2]。布設(shè)的地下控制點(diǎn)要符合軌道交通測(cè)量驗(yàn)收規(guī)范，高程控制點(diǎn)不少于3個(gè)，且任意兩點(diǎn)之間的高差不的超過(guò)2mm、與絕對(duì)高程之間的差不得超過(guò)1mm。導(dǎo)線控制點(diǎn)不得少于4個(gè)且合乎規(guī)范要求。施做控制導(dǎo)線及水準(zhǔn)點(diǎn)，并將其測(cè)量成果報(bào)第三方測(cè)量復(fù)核，復(fù)核滿足驗(yàn)收規(guī)范后復(fù)測(cè)洞門實(shí)際三維坐標(biāo)，再將其復(fù)測(cè)的成果上報(bào)，第三方復(fù)核無(wú)誤后，方可根據(jù)實(shí)際中心線將始發(fā)基座放置端頭井內(nèi)，并將其組裝和加固好，將盾構(gòu)機(jī)主機(jī)在端頭井將盾構(gòu)機(jī)組裝、定位，并鋪設(shè)導(dǎo)槽將盾構(gòu)機(jī)平移至始發(fā)位置。
3.3盾構(gòu)機(jī)平移
在暗挖大斷面二襯結(jié)構(gòu)施作完畢后，開(kāi)始施工盾構(gòu)始發(fā)架的定位與安裝。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸和隧道結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，復(fù)測(cè)洞門中心的實(shí)際三維坐標(biāo)。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸及洞門中心的三圍坐標(biāo)，合理準(zhǔn)確的鋪設(shè)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)槽，導(dǎo)槽采用澆注C20鋼筋混凝土，并在混凝土上預(yù)埋鋼板，焊接43型軌道來(lái)用于平移盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)平移采用2個(gè)100t液壓千斤頂進(jìn)行施作。
3.4鋪設(shè)臨時(shí)軌道，反力裝置安裝
當(dāng)盾構(gòu)機(jī)平移到預(yù)定位置后，隧道內(nèi)需鋪設(shè)臨時(shí)軌道用于后繼臺(tái)車以及電瓶車機(jī)組用，本區(qū)間采用150H型鋼作為臨時(shí)軌枕，臨時(shí)軌道采用30型軌道。
盾構(gòu)機(jī)就位后，將已經(jīng)加工好的鋼反力架運(yùn)輸至洞內(nèi)并安裝。按照盾構(gòu)機(jī)始發(fā)所處的結(jié)構(gòu)斷面形式及尺寸加工鋼反力架，鋼反力架由I63c型工字鋼及厚度為15mm的鋼板加工而成。上下橫梁與立柱之間采用螺栓連接，安裝時(shí)采用事先預(yù)埋的吊鉤利用4個(gè)10T手拉葫蘆將反力架整體吊起至需要定位的地方，通過(guò)導(dǎo)鏈調(diào)整反力架的法面與盾構(gòu)機(jī)法面重合后方可最終加固。鋼反力架立柱直接鑲嵌到二襯結(jié)構(gòu)內(nèi)，在預(yù)留鑲嵌槽時(shí)預(yù)埋20mm的鋼板，將立柱與鋼板連接起來(lái)，使立柱“上下生根”，這樣就能確保立柱的水平承受力直接傳遞到二襯結(jié)構(gòu)上，并能最大程度保證立柱的抗扭、抗拉能力。立柱與橫梁之間采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)合焊接的形式進(jìn)行固定，在立柱與橫梁之間設(shè)斜撐，每根立柱與暗挖隧道底板之間設(shè)置2根609鋼管斜撐。斜撐與立柱采用焊接連接，另一端焊接到在底板上施作的支墩的側(cè)面上。橫梁設(shè)置2根支撐，支撐形式采用直徑為609mm鋼管支撐，斜撐與橫梁與預(yù)埋件均焊接。
3.5連接后繼臺(tái)車、調(diào)試盾構(gòu)機(jī)
將后繼臺(tái)車按照1#-6#的順序分別下井至大紅門站西端頭井，用電機(jī)車將臺(tái)車托運(yùn)到暗挖隧道內(nèi)，并連接臺(tái)車與主機(jī)的油管、水管、風(fēng)管及相關(guān)電源線。在通電、水、油的情況下進(jìn)行空載調(diào)試，空載調(diào)試主要調(diào)節(jié)掘進(jìn)系統(tǒng)、拼裝系統(tǒng)等各個(gè)執(zhí)能系統(tǒng)。在確保盾構(gòu)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好的情況下，空調(diào)調(diào)試完成后進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格方可進(jìn)行初期始發(fā)掘進(jìn)。
4應(yīng)急預(yù)案
始發(fā)前成立應(yīng)急小組，并準(zhǔn)備好應(yīng)急物資[3]。一旦發(fā)生洞門失穩(wěn)，應(yīng)急小組人員要立即趕赴現(xiàn)場(chǎng)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場(chǎng)搶救工作，同時(shí)按規(guī)定程序上報(bào)有關(guān)部門。洞門鑿除后，掌子面出現(xiàn)涌水、涌砂時(shí)，首先利用砂袋將涌水、涌砂部位封堵，然后在涌水、涌砂部位四周埋設(shè)注漿管，向掌子面噴射素混凝土封閉掌子面，增加土層的穩(wěn)定性與粘聚性。同時(shí)對(duì)漏水部位進(jìn)行防水處理，通過(guò)預(yù)埋注漿管向地層中注雙液漿堵水。如上述辦法封堵不成功，可用模注100#砼進(jìn)行封堵，確保洞門土體穩(wěn)定，防止沉降。在險(xiǎn)情得到控制后要迅速開(kāi)展盾構(gòu)出洞工作，使隧道快速封閉，再次對(duì)因險(xiǎn)情產(chǎn)生的隱患進(jìn)行處理。
5結(jié)語(yǔ)
盾構(gòu)始發(fā)在盾構(gòu)施工中有一定的風(fēng)險(xiǎn)，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的工程水文地質(zhì)條件選取不同的工法。本工程應(yīng)用玻璃纖維筋來(lái)封堵端頭墻，在工程應(yīng)用中起到了顯著的成效，可為今后類似工程的施工提供參考。
參考文獻(xiàn)
[1] 秦漢禮.軟土地層盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)[J].隧道建設(shè), 2006,B05:15-21
[2] 王東猛等.封閉式車站盾構(gòu)掉頭始發(fā)施工技術(shù)[J].建筑技術(shù). 2009.1(11):978-980.
[3] 康寶生,陳饋,李榮智.南京地鐵盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工技術(shù)[J].建筑機(jī)械化,2004,(2):25-29.