小半徑曲線(xiàn)段盾構(gòu)過(guò)區(qū)間風(fēng)井施工技術(shù)

賀曉鵬

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司, 陜西西安 710032)

小半徑曲線(xiàn)段盾構(gòu)過(guò)區(qū)間風(fēng)井施工技術(shù)

賀曉鵬

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司, 陜西西安 710032)

在線(xiàn)路較長(zhǎng)的地鐵隧道中間一般均設(shè)計(jì)通風(fēng)豎井，即中間風(fēng)井。由于風(fēng)井內(nèi)施工作業(yè)空間狹小，四周結(jié)構(gòu)封閉，吊裝及拆裝一些接收和二次始發(fā)材料困難，通常選擇整環(huán)管片通縫拼裝的方式。盾構(gòu)機(jī)可利用自身推力通過(guò)風(fēng)井，而在小半徑曲線(xiàn)段盾構(gòu)過(guò)區(qū)間風(fēng)井增加了一些姿態(tài)控制難度。

區(qū)間風(fēng)井; 弧形導(dǎo)臺(tái); 通縫拼裝; 曲線(xiàn)始發(fā); 姿態(tài)控制

西安地鐵三號(hào)線(xiàn)辛家廟站-廣泰門(mén)站區(qū)間風(fēng)井位于辛家廟立交東南角綠化帶內(nèi)，為三層矩形結(jié)構(gòu)，底板埋深31m(局部32m)，與區(qū)間隧道相交段負(fù)三層(盾構(gòu)通過(guò)范圍)凈寬8.4 m。風(fēng)井前后隧道設(shè)計(jì)線(xiàn)路中，左線(xiàn)為600 m的小曲線(xiàn)半徑、右線(xiàn)為500 m的小曲線(xiàn)半徑，盾構(gòu)需在風(fēng)井接收和二次始發(fā)。

1 工藝流程

盾構(gòu)過(guò)區(qū)間風(fēng)井工藝流程：檢查洞門(mén)處土體加固效果--弧形導(dǎo)臺(tái)制作-洞門(mén)復(fù)測(cè)-盾構(gòu)到達(dá)前姿態(tài)調(diào)整-盾構(gòu)刀盤(pán)頂至圍護(hù)樁-到達(dá)洞門(mén)破除-止水簾布、小導(dǎo)軌安裝-盾構(gòu)接收及負(fù)環(huán)管片安裝-盾構(gòu)維修保養(yǎng)-始發(fā)端洞門(mén)土體加固效果檢查-始發(fā)洞門(mén)破除-止水簾布、小導(dǎo)軌安裝-盾構(gòu)二次始發(fā)。

2 盾構(gòu)過(guò)風(fēng)井施工技術(shù)

2.1 盾構(gòu)接收及二次始發(fā)姿態(tài)控制

如使盾構(gòu)沿著設(shè)計(jì)隧道中心線(xiàn)接收和二次始發(fā)，即盾構(gòu)沿著始發(fā)、接收洞門(mén)中心點(diǎn)連成的直線(xiàn)推進(jìn)，待盾構(gòu)整機(jī)進(jìn)入土體后，在600 m曲線(xiàn)半徑掘進(jìn)的盾構(gòu)刀盤(pán)中心線(xiàn)偏向線(xiàn)路中線(xiàn)外0.119 m(圖1)；在500 m曲線(xiàn)半徑掘進(jìn)的盾構(gòu)刀盤(pán)中心線(xiàn)偏向線(xiàn)路中線(xiàn)外0.143 m(圖2)。上述偏差值均超出規(guī)范所允許的水平偏差±50 mm。

圖1 600 m半徑曲線(xiàn)(單位:m)

圖2 500 m半徑曲線(xiàn)(單位:m)

如使左線(xiàn)(右線(xiàn))盾構(gòu)在到達(dá)前就開(kāi)始向曲線(xiàn)圓心相反方向偏離45 mm(50 mm)，在始發(fā)時(shí)又向曲線(xiàn)圓心方向偏離45 mm(50 mm)，雖然前后相差累加值為90 mm(100 mm)，但盾體沿著這條直線(xiàn)完全進(jìn)洞后，刀盤(pán)中心線(xiàn)偏向曲線(xiàn)圓心方向0.017 mm(0.008 mm)，如圖3、圖4所示；由到達(dá)洞側(cè)洞門(mén)中心線(xiàn)向曲線(xiàn)圓心外偏45 mm(50 mm)的點(diǎn)和現(xiàn)盾構(gòu)刀盤(pán)中心點(diǎn)連成的直線(xiàn)段中割線(xiàn)長(zhǎng)15.357 m(14.609 m)，可計(jì)算出割線(xiàn)中間點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)中線(xiàn)值最大，為0.049m(0.053 mm)，在規(guī)范允許偏差值附近。同時(shí)，刀盤(pán)中心線(xiàn)已在曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)，下步掘進(jìn)時(shí)直接按此姿態(tài)控制即可，達(dá)到盾構(gòu)沿割線(xiàn)行走的姿態(tài)。

圖3 改進(jìn)的600 m半徑曲線(xiàn)(單位:m)

圖4 改進(jìn)的500 m半徑曲線(xiàn)(單位:m)

盾構(gòu)采用上述方法接收、始發(fā)過(guò)程中先后沿著兩條直線(xiàn)推進(jìn)，其中一條是臨近洞口時(shí)盾體整體向線(xiàn)路外側(cè)偏移45 mm，在接收洞門(mén)口開(kāi)始沿著另一條直線(xiàn)推進(jìn)至盾構(gòu)二次始發(fā)盾體完全進(jìn)洞后段，這兩條直線(xiàn)夾角為178.580°，與180°偏差值為1.429°，對(duì)盾構(gòu)在交點(diǎn)處推進(jìn)影響不大。

2.2 盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)參數(shù)

為控制好盾構(gòu)姿態(tài)，使盾構(gòu)機(jī)按照設(shè)定的姿態(tài)順利接收推上弧形導(dǎo)臺(tái)上，盾構(gòu)在到達(dá)段掘進(jìn)參數(shù)控制如下：

2.2.1 盾構(gòu)正面的平衡壓力

到達(dá)段盾構(gòu)施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制土倉(cāng)的平衡土壓力，盡量減少平衡壓力的波動(dòng)。當(dāng)?shù)侗P(pán)進(jìn)入加固區(qū)后，土倉(cāng)壓力逐漸減小，一般不大于50 kPa(0.5 bar)。

2.2.2 推進(jìn)速度及刀盤(pán)扭矩

加固區(qū)土質(zhì)較硬，為減小對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)和確保洞門(mén)安全，需慢慢切割加固土體，使加固區(qū)土體得到充分削切，因此推進(jìn)速度應(yīng)放慢，盡量做到均衡施工，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1.0 r/min，推進(jìn)速度控制在10 mm/min左右，同時(shí)刀盤(pán)扭矩控制在2000 kN·m以?xún)?nèi)。

2.2.3 做好出土量統(tǒng)計(jì)

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)進(jìn)入加固區(qū)后，隨著土倉(cāng)壓力逐漸減小，周?chē)馏w受擾動(dòng)后易掉落，這樣易增加出土量，所以要嚴(yán)格做好出土量統(tǒng)計(jì)，以便較為精確的確定在后續(xù)洞門(mén)封堵時(shí)需補(bǔ)充漿液的方量。

2.2.4 同步注漿量

理論同步注漿量可用公式Q=V·λ計(jì)算。 其中：λ為砂漿注入百分率(根據(jù)規(guī)范及類(lèi)似地層施工經(jīng)驗(yàn)取150%～200 %);V為刀盤(pán)開(kāi)挖空間與管片外周形成的建筑間隙。而V=π(D2-d2)÷4×L，式中：D為刀盤(pán)開(kāi)挖直徑6.280 m；d為管片外徑6.000 m；L為每環(huán)管片寬度1.5 m。則理論同步注漿量為：Q=V·λ=(6.282-62)÷4×3.14×1.5×(150%～200%)=6.07～8.1 m3/環(huán)。

即每環(huán)同步注漿量為6～8 m3，實(shí)際施工中漿液的用量及注漿壓力結(jié)合前一階段施工的用量以及監(jiān)測(cè)地表沉降數(shù)值進(jìn)行合理選擇。

2.2.5 盾尾油脂的壓注

在同步注漿量充足的前提下，盾構(gòu)機(jī)的盾尾密封顯得尤為重要，為了順利、安全的完成盾構(gòu)到達(dá)接收施工，必須做好盾尾油脂的壓注工作。

2.2.6 盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制

為保證盾構(gòu)順利爬上導(dǎo)臺(tái)(或基座)，一般都適當(dāng)抬高盾構(gòu)姿態(tài)。因盾構(gòu)外殼與洞門(mén)鋼環(huán)間間隙較小，故控制盾構(gòu)軸線(xiàn)在洞門(mén)中線(xiàn)以上10 mm范圍內(nèi)。

2.3 盾構(gòu)接收

盾構(gòu)采用接收基座接收和始發(fā)在調(diào)整姿態(tài)方面很便利，利用兩臺(tái)100 t的千斤頂即可將基座和盾體整機(jī)調(diào)整，但由于盾構(gòu)主機(jī)和風(fēng)井負(fù)三層寬度幾乎相等，盾構(gòu)主機(jī)完全推出洞門(mén)側(cè)后即進(jìn)入二次始發(fā)側(cè)墻體，無(wú)法達(dá)到采用托架來(lái)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)的目的，故采用弧形導(dǎo)臺(tái)接收和始發(fā)(圖5)。

圖5 弧形導(dǎo)臺(tái)

2.3.1 管片拼裝

管片拼裝方式采用整環(huán)通縫拼裝，進(jìn)出風(fēng)井前各10環(huán)管片采用鋼帶將環(huán)與環(huán)間連成整體，鋼帶采用50 mm×5 mm的鋼板做成，分別在管片上部及兩側(cè)連接3處。

為方便后續(xù)拆除負(fù)環(huán)管片，在其中一環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝時(shí)不安裝封頂塊(圖6)，同時(shí)在此環(huán)管片和相鄰一環(huán)管片間多加幾層軟木襯墊。

圖6 負(fù)環(huán)管片拼裝

2.3.2 管片支撐加固

風(fēng)井內(nèi)所拼裝的管片為盾構(gòu)二次始發(fā)提供反力，為使管片定位準(zhǔn)確，控制錯(cuò)臺(tái)量，必須做好管片的支撐。管片固定主要為兩側(cè)固定和環(huán)管片間的固定兩部分，管片支撐分為底部支撐、兩側(cè)支撐、頂部支撐、兩環(huán)管片間的固定、整環(huán)管片固定五部分。

(1)底部支撐：當(dāng)管片脫出盾尾后，導(dǎo)臺(tái)鋼軌與管片之間存在140 mm間隙，每環(huán)墊4～6塊木楔，防止管片下沉。

(2)兩側(cè)支撐：在風(fēng)井段設(shè)置斜向支撐(18 a工字鋼或φ80 mm鋼管)，管片脫出盾尾后，及時(shí)利用鋼管和木楔子固定管片與B1、B3塊管片，防止管片向兩側(cè)偏移。

(3)頂部支撐：為了防止管片上浮，在管片頂部設(shè)置18a槽鋼支撐，槽鋼頂住風(fēng)井負(fù)三層頂部，風(fēng)井段盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)時(shí)，千斤頂下部反力由3塊B型管片提供，L1、L2、F塊提供。

(4)兩環(huán)管片間的固定：及時(shí)擰緊管片與管片間的螺栓。

(5)管片脫出盾尾一半后，立即用鋼絲繩環(huán)向拉緊管片，防止管片向上偏移。

2.3.3 盾構(gòu)空推通過(guò)導(dǎo)臺(tái)

(1)刀盤(pán)在推進(jìn)過(guò)程不能旋轉(zhuǎn)，平衡施加推力，推進(jìn)速度控制在10～20 mm/min以?xún)?nèi)。

(2)為防止盾構(gòu)機(jī)在空推過(guò)程中發(fā)生自身旋轉(zhuǎn)，在盾體兩側(cè)加焊防滾楔塊；管片拼裝時(shí)，在導(dǎo)向臺(tái)上焊接防盾體前移裝置。

(3)每環(huán)管片在脫離盾尾超過(guò)一半后，及時(shí)用楔形方木將管片與水平支撐間塞緊。

2.4 盾構(gòu)二次始發(fā)

盾構(gòu)機(jī)推上導(dǎo)臺(tái)后立即組織維修保養(yǎng)，盡快二次始發(fā)。始發(fā)所用反力由在風(fēng)井內(nèi)已拼裝好了的整環(huán)管片提供(正常掘進(jìn)的模式一樣)，始發(fā)推進(jìn)階段總推力按1 600 t進(jìn)行設(shè)計(jì),考慮主要是底部油缸受力。底部有5組油缸，每組油缸承受320 t推力，油缸的撐靴面積為0.3×0.3=0.09 m2，則管片承受壓力P=320 t/0.09 m2=35.6 MPa<管片抗壓強(qiáng)度50 MPa，滿(mǎn)足要求。推力增加要遵循漸進(jìn)的原則，因此在始發(fā)推進(jìn)過(guò)程中必須注意：

(1)剛進(jìn)洞段的10環(huán)千斤頂總推力應(yīng)控制在1 200 t以?xún)?nèi)，推進(jìn)速度在10～20 mm/min以?xún)?nèi)。

(2)推進(jìn)過(guò)程中，千斤頂推力的調(diào)節(jié)應(yīng)平穩(wěn)，防止推力突變。

(3)洞門(mén)封堵注漿根據(jù)已破除的洞門(mén)間隙進(jìn)行控制，注漿量不小于理論值，有水流時(shí)注雙液漿封堵。

(4)加強(qiáng)出洞期間地面沉降的監(jiān)測(cè)和巡查。

(5)在洞內(nèi)進(jìn)行二次補(bǔ)漿，填塞同步注漿及洞外封堵漿液未到達(dá)的空隙，確保洞門(mén)處安全。

3 洞口段成型隧道的管片姿態(tài)

盾構(gòu)通過(guò)后，分別對(duì)左、右線(xiàn)洞口段成型隧道的管片姿態(tài)進(jìn)行復(fù)測(cè)，情況見(jiàn)表1、表2。

從表1、表2數(shù)據(jù)可以看出，管片姿態(tài)在規(guī)范規(guī)定的允許偏差值范圍內(nèi)，與方案設(shè)計(jì)所期望值相吻合。

4 結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)過(guò)區(qū)間風(fēng)井方法很多，選擇何種方案需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采用弧形導(dǎo)臺(tái)+通環(huán)拼裝管片的方法簡(jiǎn)單方便。而且施工中經(jīng)常會(huì)遇到在曲線(xiàn)段始發(fā)和接收，盾構(gòu)始發(fā)的姿態(tài)直接決定著始發(fā)段成型隧道質(zhì)量。通過(guò)方案比選，合理選擇曲線(xiàn)段接收、始發(fā)的方案，保證成型隧道的施工質(zhì)量。

表1 右線(xiàn)R=500 m曲線(xiàn)隧道實(shí)測(cè)管片姿態(tài) mm

表2 左線(xiàn)R=600 m曲線(xiàn)隧道實(shí)測(cè)管片姿態(tài) mm

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賀曉鵬(1981～)，男，本科，工程師，從事市政工程施工技術(shù)工作。

U455.43

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[定稿日期]2015-02-05