高速試車線盾構(gòu)推進線型控制研究和實踐

宋銜坤

南京地鐵建設(shè)有限責任公司 江蘇 南京 210000

1.工程概況

1.1 概況

南京地鐵4號線青龍車輛段試車線由高速試車線（正線）及聯(lián)絡(luò)線組成。試車線自車輛段東南側(cè)出發(fā)，自南向北穿越車輛段內(nèi)部基地，下穿仙林大道與三環(huán)路，高速試車線。試車線正線分為明挖段和盾構(gòu)區(qū)間，其中盾構(gòu)區(qū)間長1774.5米，頂覆土為4.6m～10.3m，區(qū)間隧道設(shè)置1條平面曲線，轉(zhuǎn)彎半徑為R=1000m，自南向北以2‰坡度下坡，隧道內(nèi)凈空：φ5.5m，管片外徑φ6.2m，管片寬度1.2m。

1.2 地質(zhì)概況

隧道沿線地層分布從上往下主要為：①-1雜填土；②-1b4粉質(zhì)粘土；②-2b3-4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；②-3b2粉質(zhì)粘土夾粉土；②-4b2粉質(zhì)粘土；③-1b1-2粉質(zhì)粘土；③-2b2粉質(zhì)粘土夾粉土；③-3b1-2粉質(zhì)粘土；③-3b2粉質(zhì)粘土。

隧道主要穿越地層及隧道埋深如表1。

表1 區(qū)間圍巖分布表

1.3 .水文特征

1、地表水

施工影響范圍有多條苗圃灌溉用水溝，橫縱錯綜分布隧道上方，寬度約1m，深度約1～2m。

2、地下水

孔隙潛水賦存于2層以下淺軟弱土、砂性土孔隙中。

1.4 周邊環(huán)境

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1.5 盾構(gòu)機選型

采用1臺863土壓平衡盾構(gòu)掘進，盾構(gòu)機相關(guān)參數(shù)如下表所示：

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2.線型控制要求及技術(shù)難點

2.1 隧道線型

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南京地鐵四號線青龍車輛段試車線作為南京第一條地下高速試車線，建成后列車測試時速最高達120km/h，因此對成型隧道線型要求較高，施工難度大。

2.2 技術(shù)難點

2.2.1 隧道頂部覆土淺

盾構(gòu)區(qū)間1～510環(huán)隧道頂部覆土4.6～6m，小于1倍盾構(gòu)直徑（6.34m），根據(jù)西南交通大學(xué)的肖明清等人的研究，在其他條件不變的情況下分別取覆土厚度h為8、10、12、15、20和30m共6種工況進行計算，根據(jù)計算結(jié)果，相對覆土厚度h／D(D為隧道外徑)對地表位移和隧道上浮的影響如下圖所示。由圖可知，隨著覆土厚度的減少，地表隆起和隧道上浮都逐漸增大，對成型隧道線型控制非常不利。 易造成盾構(gòu)機冒頂、磕頭，地表沉降、塌方、隧道上浮等一系列問題。

2.2.2 地質(zhì)原因

根據(jù)南京地鐵三號線施工經(jīng)驗，穿越②-2b3-4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層（該地層含水量大、開挖后易回彈），隧道均有較大上浮。且當盾構(gòu)機從②層進入③層或③層進入②層時，由于土質(zhì)上下差異較大，所受到的上、下阻力不均勻。

2.2.3 推進油缸反作用力

隧道以2‰坡度下坡，推進油缸始終對成型隧道有垂直向上的分作用力。

尤其在②-2b3-4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層中掘進，土質(zhì)松軟，盾構(gòu)機頭部在管片拼裝過程中會下沉3～7mm，推進過程中需加大底部推進油缸油壓以防止盾構(gòu)機磕頭，對成型隧道的反作用力，可能造成隧道上浮。

2.2.4 穿越建（構(gòu)）筑物及眾多管線

區(qū)間沿線建（構(gòu)）筑物及管線基本集中于里程SDK1+300～SKD2+174.5，具體如下表所示：

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3.推進過程控制措施

3.1 控制盾構(gòu)的推進速度

穿越建筑物及重要管線時，推進速度不宜過快，盡量做到均衡施工，減少對周圍土體的擾動，避免在途中有較長時間耽擱。如果推得過快則刀盤開口斷面對地層的擠壓作用相對明顯，地層應(yīng)力來不及釋放；推得過慢則刀盤的正反轉(zhuǎn)動對地層擾動作用相對明顯，容易造成建筑空隙，所以控制平均掘進速度為30cm/min，合理設(shè)置土壓力，不得超挖、欠挖；

3.2 加同步注漿質(zhì)量控制

保證漿液稠度，加強注漿同步性、連續(xù)性，保證漿液足量；根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)在隧道內(nèi)進行針對性的二次注漿，確保管片及地面穩(wěn)定?，F(xiàn)階段推進每環(huán)注漿量約為3.5m3～4m3（為建筑空隙的169%～211%）。

3.3 控制地層損失量

對出土量和盾構(gòu)推進速度進行比較，確定盾構(gòu)機的推進是否處于平衡狀態(tài)，從而有效控制盾構(gòu)前方土體的隆起、沉降現(xiàn)象，可以將土層損失量嚴格控制在-0.5%～0。

3.4 嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài)和糾偏量

盾構(gòu)掘進姿態(tài)走低，盾尾垂直姿態(tài)保持在-20～30mm；加強盾尾間隙、超前量等測量，優(yōu)化管片選環(huán)，及時緩慢糾偏；控制掘進速度為30mm/min，均衡推進，減少推進油缸對管片的反作用力。在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，使盾構(gòu)均衡勻速施工，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻。每隔5環(huán)檢查管片的超前量，隧道軸線和盾構(gòu)軸線折角變化不能超過0.4%。

3.5 加強二次補壓漿的控制

在管片出盾尾5環(huán)后，根據(jù)對建筑物或管線的監(jiān)測結(jié)果，可根據(jù)需要對管片的建筑空隙進行二次注漿。二次注漿時必須指派專人負責，對壓入位置、壓入量、壓力值均作詳細記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時調(diào)整，確保壓漿工序的施工質(zhì)量。根據(jù)施工中的變形監(jiān)測情況，隨時調(diào)整注漿量及注漿參數(shù)。

3.6 信息化施工

實時對管片拱底沉降進行測量，及時分析數(shù)據(jù)后優(yōu)化上述措施，合理進行動態(tài)調(diào)整。最終確保本區(qū)間成型隧道軸線偏差均符合設(shè)計及規(guī)范要求。

4.成型隧道線型成果

1）經(jīng)測量，管片錯臺與間隙均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，具體如下表所示：

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管片錯臺與間隙測量統(tǒng)計表

2）隧道成型檢測及評定情況：隧道的中心線、水平與垂直偏差、成型管片橢圓度經(jīng)項目部測量以及測量中心復(fù)核，均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，成型隧道軸線偏差最大值如下表所示：

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