盾構(gòu)垂直姿態(tài)突變原因分析及糾正措施

楊立濤，鄧 峰，李付歡，陳 澤

YANG Li-tao,DENG Feng,LI Fu-huan,CHEN Ze

（1.中國建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施有限公司，北京 100089；2.中建南方投資有限公司，廣東 深圳 518000；3.中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

某地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工采用海瑞克被動(dòng)鉸接式EPB6950 土壓平衡式盾構(gòu)，區(qū)間右線長728.959m，最小平曲線半徑400m，隧道埋深約17.7～27.6m。襯砌環(huán)外徑6.7m，內(nèi)徑6m，寬度1.5m。隧道洞身范圍主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、可塑狀粉質(zhì)粘土、硬塑狀粉質(zhì)粘土、礫砂、可塑礫質(zhì)粘性土、硬塑礫質(zhì)粘性土。區(qū)間右線盾構(gòu)接收段地質(zhì)情況如圖1 所示。

圖1 區(qū)間右線盾構(gòu)接收段地質(zhì)剖面圖

盾構(gòu)在435～439 環(huán)位置斜交通過停車場南側(cè)9 根圍護(hù)樁，樁徑1.5m（圖2）。盾構(gòu)在推進(jìn)438環(huán)時(shí)，盾體開始整體下沉，成型隧道管片406 環(huán)位置最大下沉514mm，而區(qū)間總長度為487 環(huán)，存在極大的盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)，需通過盾構(gòu)姿態(tài)急糾確保盾構(gòu)順利接收。

圖2 區(qū)間右線盾構(gòu)穿越停車場圍護(hù)樁示意圖

2 盾構(gòu)垂直姿態(tài)情況

2.1 盾體下沉前施工情況

盾構(gòu)在推進(jìn)417 環(huán)時(shí)，盾構(gòu)推力從1600t開始增加，到437 環(huán)時(shí)，推力增加到3000t，417～436 環(huán)掘進(jìn)時(shí)除了推力增大，刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速和推進(jìn)速度參數(shù)均正常（圖3）。

圖3 417～437環(huán)盾構(gòu)推力變化

在437 環(huán)掘進(jìn)時(shí)，推進(jìn)速度突然下降，平均速度為5mm/min，437 環(huán)推進(jìn)完成后，決定立即停機(jī)，帶壓開倉檢查土倉和刀具情況。開倉時(shí)發(fā)現(xiàn)刀盤結(jié)泥餅，3 路泡沫管路堵塞，共更換37 把刀具，大部分刀具偏磨（圖4），其中最大偏磨量接近5cm。

圖4 刀具偏磨

2.2 開倉后盾體下沉情況

盾構(gòu)接收段為28‰的上坡。盾構(gòu)在438 環(huán)推進(jìn)完成后，盾尾即將脫出圍護(hù)樁時(shí)，出現(xiàn)栽頭現(xiàn)象。盾尾脫出圍護(hù)樁后，盾體整體下沉30mm左右。之后，盾體一直處于栽頭和下沉狀態(tài)，掘進(jìn)至457 環(huán)時(shí)，盾構(gòu)姿態(tài)最大已向下偏離設(shè)計(jì)軸線475mm，此后逐步向設(shè)計(jì)軸線靠攏，直到接收（圖5）。

圖5 438環(huán)到485環(huán)盾構(gòu)姿態(tài)變化情況

3 原因分析

1）由于盾構(gòu)下穿停車場時(shí)，未發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)有人才公園施工時(shí)遺留的3 根廢樁侵入右線隧道洞身，廢樁直徑1.2m、主筋?22mm、混凝土等級(jí)C35，盾構(gòu)直接磨樁通過，過程中參數(shù)均較正常，實(shí)際廢樁鋼筋已纏繞盾構(gòu)刀盤，從417 環(huán)開始，推力逐步增大，有3 路泡沫管堵塞，刀盤上少量結(jié)泥餅。考慮盾構(gòu)離接收端不足60 環(huán)，未及時(shí)疏通泡沫管路，選擇繼續(xù)掘進(jìn)。

2）在穿越停車場南側(cè)圍護(hù)樁時(shí)，由于刀盤之前已經(jīng)結(jié)泥餅，且刀具存在偏磨，導(dǎo)致開挖直徑不足，掘進(jìn)速度緩慢，周邊土體進(jìn)一步被擾動(dòng)。盾構(gòu)在磨樁過程中，隧底存在砂層，盾體重心通過圍護(hù)樁時(shí)，出現(xiàn)整體下沉，盾尾上翹并被卡住。

3）由于盾尾卡死無法正常掘進(jìn)，被動(dòng)停機(jī)開倉共23 天，停機(jī)時(shí)間過長，導(dǎo)致盾體進(jìn)一步整體下沉。

4）在439～445環(huán)盾尾穿越圍護(hù)樁的過程中，無法調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，且隧底地質(zhì)軟弱，進(jìn)一步導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)往下。

5）盾構(gòu)自身爬坡能力有限，隧道軸線設(shè)計(jì)為28‰的上坡，因盾體整體下沉且盾尾上翹，盾體中心線與隧道軸線設(shè)計(jì)夾角越來越大，盾構(gòu)垂直姿態(tài)偏差也越來越大。

4 盾構(gòu)垂直姿態(tài)急糾措施

在441 環(huán)推進(jìn)時(shí)召開了專家分析會(huì)，會(huì)議決定在盾尾完全脫出停車場圍護(hù)樁后抬頭掘進(jìn)，同時(shí)在后續(xù)幾環(huán)管片拼裝過程中，在保證一定盾尾間隙和不錯(cuò)臺(tái)的前提下，盡量把管片向上拼，保持向上趨向，力爭把成型管片姿態(tài)控制在100mm以內(nèi)。同時(shí)加大底部注漿量，減小頂部注漿量，后期在隧道頂部及中間位置進(jìn)行二次注漿，固定管片。加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)管，每拼裝一環(huán)立即復(fù)測一次管片姿態(tài)。

現(xiàn)場在采納專家意見后，盾構(gòu)姿態(tài)逐步改善，但盾體中心線仍與隧道設(shè)計(jì)軸線偏差較大。在449 環(huán)推進(jìn)時(shí)，再次召開了專家分析會(huì)，會(huì)議決定在管片迎水面抹油脂，增加管片潤滑性，減少管片破損，增加千斤頂輔助油缸進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)糾偏。

綜合兩次專家意見后，發(fā)現(xiàn)盾體垂直姿態(tài)仍偏差較大，抽調(diào)有十多年操作經(jīng)驗(yàn)的操作手進(jìn)行操作，相關(guān)參建單位各方的專業(yè)人士集中在盾構(gòu)監(jiān)控室進(jìn)行值班，隨時(shí)關(guān)注盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)情況，嚴(yán)格控制每環(huán)的垂直趨向、垂直姿態(tài)的變化量，根據(jù)滿足后期線路的緩和以及盾構(gòu)接收的最低要求，下達(dá)每環(huán)糾偏量。

在盾尾增加2 組千斤頂（圖6），并且對盾構(gòu)本身的千斤頂與管片之間增加了墊鋼板（圖7）等措施，以提高盾構(gòu)的糾偏能力。

圖6 底部增加2個(gè)200t的千斤頂

圖7 撐靴板與管片之間墊鋼板

5 結(jié)論及建議

1）盾構(gòu)始發(fā)前，應(yīng)詳細(xì)摸排區(qū)間障礙物情況，在盾構(gòu)到達(dá)障礙物前進(jìn)行處理，避免給后期盾構(gòu)施工造成麻煩，引發(fā)二次災(zāi)害。

2）對盾構(gòu)姿態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)、鉸接行程及拉力等參數(shù)要有敏感性，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，及時(shí)分析原因，果斷采取措施，切不可存在僥幸心理。

3）除了常規(guī)的通過管片選型、鉸接行程、開啟鉸接裝置、千斤頂油壓差（有速的前提下采用較小的推力，有利于減少隧道向弧線外側(cè)的偏移量）、背后注漿（在管片外弧側(cè)注雙液漿，防止管片姿態(tài)向外弧線偏移等）等措施來調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)外，還可以通過在推進(jìn)油缸撐靴與管片間加鋼板或采用輔助千斤頂?shù)姆绞皆黾油饣?cè)的推力，從而達(dá)到急糾的目的。

4）特殊情況下盾構(gòu)掘進(jìn)，需抽調(diào)有類似豐富經(jīng)驗(yàn)的操作手，并及時(shí)復(fù)核每一環(huán)的管片姿態(tài)，通過盾體中心線、隧道軸線設(shè)計(jì)中心線、成型隧道中心線等進(jìn)行綜合理論運(yùn)算，下達(dá)正確的技術(shù)交底，細(xì)化到每一環(huán)，甚至每一環(huán)還需細(xì)化好幾個(gè)階段，由此再來確定每一環(huán)的糾偏量。

5）在盾構(gòu)選型時(shí)，要充分考慮盾構(gòu)本身的爬坡和轉(zhuǎn)彎能力，掘進(jìn)過程中要充分考慮盾尾間隙、管片集中受力等問題，避免管片破損。每環(huán)掘進(jìn)過程中，千斤頂應(yīng)盡量全選，同時(shí)曲線內(nèi)外側(cè)的千斤頂分別先后伸出、回縮2～3 次，進(jìn)行應(yīng)力釋放，并在管片背后涂抹油脂等措施來增加潤滑性。

6）針對糾偏困難或小半徑曲線的區(qū)間，建議提前對盾構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，加大盾構(gòu)開挖直徑，增加超挖刀，鉸接千斤頂行程適當(dāng)加大，并盡可能采用主動(dòng)鉸接，有利于后期糾偏。

7）對糾偏困難的地段可以考慮提前采用1.2m或1m 的管片，且重視管片選型工作。

8）掘進(jìn)過程中做好監(jiān)控量測，為下一步采取措施及時(shí)提供參考依據(jù)。

9）出現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)突變時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)單位出具的線路來進(jìn)行糾偏。