成都地鐵某區(qū)間土壓平衡盾構始發(fā)側滾修正技術

鄭志民

（中鐵二十一局集團軌道交通工程有限公司 山東濟南 250000）

1 引言

盾構法已成為城市地下隧道的主要施工方法之一［1］，盾構始發(fā)、到達、過站等施工技術［2-4］也日趨成熟。盾構施工中，盾體側滾［5］是一種常見現象，也是盾構姿態(tài)調整中的關鍵點。一般微小的側滾對正常施工不會產生明顯影響，若未能及時修正，側滾值累積到警戒值就會對施工造成較大影響，盾構設備受扭狀態(tài)下可能發(fā)生破壞、側滾，造成測量誤差大，導致結構侵限等。因此，盾構施工過程中應隨時關注盾構側滾情況，必要時及時進行調整。當側滾角度發(fā)展加速趨勢形成后，則糾正側滾的難度更大。在糾正側滾的過程中，一般采用多種措施共同進行。

造成盾構側向滾動的因素較多，一般主要有以下幾個方面：（1）盾構兩側開挖面土層分布不均勻；（2）盾構兩側機體制造誤差；（3）已拼裝管片作用；（4）盾尾注漿流失；（5）地面超載；（6）施工中的不當操作等。

由于雙圓盾構在施工過程中不確定因素較多，特別是在不良地層中受土層影響較大，側向滾動控制一直是施工中的一個技術難題。因此對盾構側向滾動糾偏的研究相對較多。鄭堅［6］、蔡豐錫［7］等總結了雙圓盾構側向滾動糾偏的幾種方法，主要包括糾偏千斤頂控制、對角壁后注漿、單側壓重、超挖刀糾偏、調整左右螺旋輸送機出土量等；蔡豐錫［8］等分析了雙圓盾構產生側向偏轉的原因，并采用數值計算分析了單側壓重糾正側向偏轉時壓重荷載與偏轉角的關系以及壓重糾偏對地層變形的影響；張旭［9］等在對雙圓盾構的改造中采用“千斤頂組合+超挖刀+壓重”相結合的措施較好地解決了盾構旋轉問題；朱滬生［10］分析了側向滾動的原因，并提出了一系列控制側向滾動的措施，包括對角壁后注漿、糾偏千斤頂配合對角壁后注漿、采用組合貼片、采用盾構單側壓重、控制螺旋機土壓、采用超挖刀等。此外，張世召［11］介紹了鄭州地鐵2號線某標段盾構滾動修正方法，包括加泡沫降低刀盤扭曲、及時注漿增大盾體周邊摩擦力、改變刀盤旋轉方向等；趙崗領，王立川［12］等分析了西安地鐵二號線盾構空推時防止側滾的措施，在具有側滾的一側焊2～3個支撐牛腿，用液壓千斤頂同步頂起，在盾體重力的作用下，盾體就會發(fā)生反向滾動，從而達到調整或防止側滾的目的。

成都地鐵五號線九興大道-神仙樹區(qū)間左線盾構二次始發(fā)磨除素墻時導致盾體側向滾動8°，傳統(tǒng)修正方法已無法實現安全糾偏。本文以此為背景，提出了一種結構簡單、操作方便的盾構側滾修正裝置及修正方法，并在現場取得了較好效果。

2 工程背景

成都地鐵五號線九興大道站-神仙樹站區(qū)間為地下區(qū)間，本區(qū)間起于九興大道站，沿九興大道地下敷設，下穿創(chuàng)業(yè)路后進入紫荊西路，穿越神仙樹大院后以400 m半徑轉向南方，沿神仙樹南路西側綠化帶及肖家河地下敷設，最后到達神仙樹站。

區(qū)間左線ZDK28+012.034～ZDK28+243.434、ZDK29+300.146～ZDK28+351.534暗挖段采用中國鐵建重工生產的型號為ZTE6250的土壓平衡盾構機掘進（見圖1）。刀盤最大開挖直徑6.28 m，前盾直徑6.25 m，中盾直徑6.24 m，尾盾直徑6.23 m，盾體長度約7.98 m，采用4輻條加面板復合式刀盤，刀盤開口率約33%。采用拼裝式管片襯砌，襯砌環(huán)外徑6 000 mm，內徑5 400 mm，管片幅寬1 500 mm，環(huán)間采用錯縫拼裝。

由神仙樹站小里程端始發(fā)，左線到達九興大道站配線段大里程端后空推過站進行二次始發(fā)，二次始發(fā)端線路縱坡+4.6‰，平曲線為直線，隧道底埋設深度19 m左右。由于盾構機在始發(fā)磨除素墻過程中發(fā)生了盾體瞬間側滾，防側滾裝置失效，側滾滾動角度為逆時針8°，超過安全限制要求，需要采取特殊措施進行修正。

圖1 ZTE6250土壓平衡盾構機

3 側滾修正方案選擇

3．1 常規(guī)糾偏方法

一般情況下，盾體側滾角度較小，主要采用反向轉動刀盤進行小量、緩慢糾正即可完成，或者采用單側千斤頂直接頂升進行糾正。

第一種糾正方法缺點是糾偏受刀盤前方地質條件影響大，如果刀盤前方存在軟弱地層，則在盾構施加頂推力反向轉動時，可能會存在推力突變風險，無法達到徹底糾正的目的；第二種糾正方法缺點是存在導軌側向折斷的安全風險，同時由于連接橋、負環(huán)、盾體的受力狀態(tài)復雜，單側強行頂升可能會導致部件受損。

3．2 其他糾偏方法

本項目盾構機側滾滾動角度達到8°，側滾角度過大，在這種工況條件下難以采用常規(guī)糾偏方法實現安全糾偏。

通過現場狀況調查并結合本項目盾構設備情況，經研究采用分步頂升設備處理方案，即先頂升連接橋，再分別頂升盾體兩側并在盾體底部插入鋼軌，最后再單側頂升盾體進行糾正。

4 側滾修正裝置及糾偏方法

4．1 側滾修正方案

區(qū)間盾構始發(fā)平臺采用素混凝土弧形導臺，導臺長度9 m，并預埋2根平行鋼軌做為滑行導軌。盾構機側滾時刀盤處于磨除墻體的過程中，采用常規(guī)方法修正無法保證設備結構安全。結合本項目情況，采用“多次頂升、分步糾偏”的方案進行修正糾偏。

施工機具材料包括4臺200 t以上千斤頂、6 m2的2 mm厚度鋼板、8根2 m長度規(guī)格鋼軌和20 m的 20型鋼。修正前完成油缸卸載，以確保施工安全；修正時，首先頂升連接橋，使之與管片拼裝機脫離，減少扭矩荷載；分步進行盾體單側頂升，在盾體下插入短鋼軌，做為盾體側向滾動時的支撐面；通過單側頂升盾體完成糾偏。糾偏后撤除短鋼軌，綜合檢查調試后恢復掘進。

4．2 側滾修正裝置

側滾修正裝置見圖2。

圖2 側滾修正裝置示意

如圖2a所示，盾構機左右兩側連接橋連接盾構后配套設施，混凝土弧形導臺內側固定連接安裝有關于盾構體豎直中心面對稱導軌，盾構體可沿著兩側導軌向前運動。

為修正盾體側向滾動，于兩側連接橋與混凝土仰拱之間固定連接橋頂升機構，用于頂升兩側連接橋。連接橋頂升機構由工字鋼和千斤頂連接構成，千斤頂底部固定在混凝土仰拱上，頂部與工字鋼的一端相連，工字鋼的另一端與連接橋相連。千斤頂可推動工字鋼使連接橋向上運動與管片拼裝機脫離，從而減少盾構體修正時的扭矩。

導軌和盾構體之間設置橫向鋼軌，橫向鋼軌沿盾構體縱向均布排列放置，相鄰橫向導軌之間的間距為2 m，鋼軌數量可根據盾構體的長度具體確定（見圖3）。

圖3 側滾修正導改布置示意

混凝土弧形導臺與盾構體之間在盾構體豎直中心面對稱連接安裝牛腿頂升機構。牛腿頂升機構由焊接在盾構體上的牛腿和千斤頂構成，其中牛腿為箱式結構，千斤頂底部固定在混凝土弧形導臺上，頂部與牛腿相連，千斤頂可推動牛腿使盾構體升起，從而將橫向鋼軌插入進行糾偏修正。

4．3 施工工藝流程

盾體兩側加焊牛腿→卸載推進油缸→頂升連接橋→頂升左側牛腿→插入左側橫向鋼軌→頂升右側牛腿→插入右側橫向鋼軌→頂升左側牛腿修正盾體姿態(tài)→頂升盾體撤除橫向鋼軌。

4．4 施工方法

用上述裝置進行盾構機始發(fā)側滾的修正步驟可總結為：卸載油缸→頂升連接橋→頂升盾體→修正側向滾動→恢復正常姿態(tài)。具體調整步驟如下：

（1）焊接牛腿：牛腿采用2 mm厚的鋼板焊接成箱式結構，分別焊接于盾構機中盾和尾盾兩側。牛腿底部距離地面高度控制在50～70 cm，具體可結合千斤頂長度調整。

（2）卸載推進油缸：盾構側滾后，盾構前方刀盤已頂進巖面，盾體處于受力狀態(tài)，因此需要將全部推進油缸卸載，使撐靴與管片脫離。

（3）頂升兩側連接橋：采用型鋼支撐，千斤頂頂升。先將兩只千斤頂底部固定在連接橋鋼梁下方的混凝土仰拱面上，頂部分別與兩根工字鋼的一端相連，工字鋼另一端分別支撐于左右兩側連接橋上，采用千斤頂將連接橋頂升約3 cm左右，使連接橋升起并與管片拼裝機脫離，減少盾構體被修正時產生的扭矩。

（4）頂升左側牛腿頂升機構：采用2只千斤頂同步頂升左側牛腿，使盾構體左側慢慢升起。

（5）插入左側橫向鋼軌：待盾構體左側升起合適距離（超過15 cm）時，將多個鋼軌橫向插入盾構體左側下部，相鄰橫向鋼軌之間保持合適間距，千斤頂需保持頂升狀態(tài)。橫向鋼軌長度2 m左右，縱向間距2 m。

（6）頂升右側牛腿頂升機構：采用2只千斤頂同步頂升右側牛腿，使盾構體右側慢慢升起。

（7）插入右側橫向鋼軌：待盾構體右側升起合適距離（高度超過15 cm）時，將多個鋼軌橫向插入盾構體右側下部，相鄰橫向鋼軌之間保持合適間距，卸載右側千斤頂。橫向鋼軌長度2 m左右，縱向間距2 m。

（8）頂升發(fā)生側滾一側牛腿修正盾構姿態(tài)：采用2只千斤頂異步控制頂升發(fā)生側滾一側牛腿，同時微步頂升連接橋使連接橋與管片拼裝機保持脫離狀態(tài)，直至盾構體整體側向轉動至正常狀態(tài)。

（9）頂升盾構體撤出兩側鋼軌：修正完成后，兩側千斤頂同時頂升盾構體，撤出兩側橫向鋼軌，并調整兩側導軌，恢復盾構體至正常施工姿態(tài)。

5 結束語

本文以成都地鐵五號線某區(qū)間盾構始發(fā)時發(fā)生較大幅度側滾為背景，提出了一種土壓平衡盾構側滾修正裝置及方法。該裝置結構簡單、操作方便。通過現場施工組織，可在保證安全的前提下48 h之內完成盾體側滾糾正，可為今后類似問題的解決提供參考。