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摘要：出洞在盾構(gòu)隧道施工中占有相當(dāng)重要的地位，確保盾構(gòu)以正確的姿態(tài)順利出洞和防止出現(xiàn)坍塌等事故是施工的重點。以成都地鐵某區(qū)間盾構(gòu)出洞施工為例，對出洞施工提出具體的措施和方案．對類似工程施工具有一定的指導(dǎo)意義。...

成都地鐵盾構(gòu)出洞施工技術(shù)淺談

許發(fā)成

(中國中鐵二局，四川成都  610031)

    盾構(gòu)出洞是指在盾梅機(jī)安裝調(diào)試完成后，對準(zhǔn)隧道設(shè)計中心點，利用負(fù)環(huán)管片、反力架等承受反作用力的設(shè)備，自始發(fā)井出發(fā)，穿過井壁．將盾構(gòu)機(jī)貫入出洞口進(jìn)入地層沿隧道設(shè)計線路向前推進(jìn)，直至盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入隧道的整個施工過程。

    這個過程涉及到盾構(gòu)機(jī)的安裝、調(diào)試及其所需要的配套設(shè)施的準(zhǔn)備、始發(fā)并洞門圍護(hù)的處理、井外地層處理、洞門防流水涌砂處理、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)控制、管并拼裝和周圍環(huán)境控制等工作。在盾構(gòu)機(jī)出洞階段，應(yīng)確保出洞段地層的自穩(wěn)性，確保盾構(gòu)按照設(shè)計線路掘進(jìn)。

1.出洞施工技術(shù)

    1.1準(zhǔn)備工作

    1.1.1建立始發(fā)井控制測量網(wǎng)

    始發(fā)前，必須建立井上井下控制測量網(wǎng)。首先在車站始發(fā)井中按板下板上設(shè)兩個導(dǎo)線點，又在始發(fā)井地表圍護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)兩個導(dǎo)線點，這4個導(dǎo)線點和地面控制點組成一個閉合環(huán)。導(dǎo)線點設(shè)置為強(qiáng)制歸心標(biāo)形式，以減少對點誤差。聯(lián)系測量采用導(dǎo)線定向法，并與地面控制網(wǎng)聯(lián)測，形成閉合導(dǎo)線，按精密導(dǎo)線同等精度測量，用嚴(yán)密平差進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。點位中誤差≤±lO mm。

    采用聯(lián)系高程測量將地面的高程系統(tǒng)傳入井下的高程起算點上。用懸掛鋼尺的辦法(鋼尺需經(jīng)檢定合格)，在地面上選好掛鋼尺的固定位置，系好鋼尺。在鋼尺的下端掛上與檢定鋼尺時所用的標(biāo)準(zhǔn)拉力相同的重物，井上和井下各安裝一臺水準(zhǔn)儀同時讀取在鋼尺上的讀數(shù)。在進(jìn)行高程傳遞的過程中每測回均獨立觀測，測回間應(yīng)變動儀器高度不小于10 cm，每次觀測三個測回。要求三測回測得地上和地下的高程之差不大于3mm。三測回測定的高差應(yīng)加入鋼尺的溫度和尺長校正。

    1.1.2洞門外地基加固

    由于成都地鐵洞門圍護(hù)樁墻采用玻璃纖維筋代替鋼筋，盾掏機(jī)能直接破除洞門，因此，只需對地層進(jìn)行降水加固處理。在盾構(gòu)出洞前，提前7天降水。每天定時測量降水井水位。

    1.1.3安裝始發(fā)托架

    盾構(gòu)組裝前，按設(shè)計將盾構(gòu)始發(fā)托架安裝好。盾構(gòu)始發(fā)托架的安裝應(yīng)注意出洞段隧道所處的線路平面及縱面曲線條件，確保盾構(gòu)中心軸線的坡度與隧道設(shè)計軸線坡度相適應(yīng)。在對盾構(gòu)始發(fā)托架固定前應(yīng)按設(shè)計進(jìn)行準(zhǔn)確定位，嚴(yán)格控制標(biāo)高及中心軸線。

    1.1.4安裝反力架和負(fù)環(huán)鋼環(huán)

    在盾構(gòu)機(jī)組裝完成后，安裝反力架為盾構(gòu)推進(jìn)提供反力。負(fù)7環(huán)采用鋼環(huán)，直接安裝在反力架上，反力架通過預(yù)埋件與豎井結(jié)構(gòu)連接起來。在對反力架固定前，應(yīng)按設(shè)計對其進(jìn)行精確的定位，盾構(gòu)反力架的整體傾斜度應(yīng)與盾構(gòu)基座上的安裝坡度一致，以保證盾構(gòu)機(jī)出洞姿態(tài)的準(zhǔn)確。

    1.1.5安裝簾市橡膠板

    由于洞口與盾構(gòu)(或襯砌)存在建筑空隙，易造成泥水流失，從而引起地表沉降，因此須在洞口安裝出洞裝置。出洞裝最包括簾布橡膠板圓環(huán)板，扇形板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈。安裝前須對簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保其與洞圈上預(yù)留螺孔位置一致，并清洗螺孔內(nèi)螺紋。安裝順序為簾布橡膠板→圓形板→扇形板，自上而下進(jìn)行。安裝時圓形板的壓板螺栓應(yīng)可靠擰緊．使簾布橡膠板緊貼洞門，防止盾構(gòu)出洞后漏水、漏漿。

    1.2盾構(gòu)出洞

    1.2.1破除洞門混凝土

    洞門圍護(hù)樁采用玻璃纖維筋，不需要人工破除洞門。但由于始發(fā)井壁噴射混凝土施工時掛有鋼筋網(wǎng)，必須剔除圍護(hù)樁墻外側(cè)的鋼筋。剔除采用風(fēng)鎬，自下至上分層分塊破除．徹底清除鋼筋，確保盾構(gòu)機(jī)能夠順利通過。

    1.2.2拼裝負(fù)環(huán)管片

    負(fù)6環(huán)到0環(huán)均采用鋼筋混凝土管片。負(fù)環(huán)管片根據(jù)實際情況，隨盾構(gòu)的推進(jìn)逐環(huán)拼裝。

    在安裝負(fù)6環(huán)管片之前．必須先涂好后盾尾油脂，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)推進(jìn)，負(fù)4環(huán)拼裝結(jié)束后，盾構(gòu)機(jī)頭部進(jìn)入橡膠簾布板。掘進(jìn)負(fù)3環(huán)盾構(gòu)機(jī)已開始出土，大刀盤突尖已出洞，推進(jìn)時應(yīng)控制土倉壓力及盾構(gòu)千斤頂油泵壓力，防止因切削速度過快，引起塌方。

    負(fù)6至負(fù)2環(huán)通縫拼裝，便于下一步開口環(huán)施工。

    1.2.3盾構(gòu)出洞

    出洞口加固土體達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，盾構(gòu)調(diào)試及臨時墻混凝土拆除后，盾構(gòu)迅速貫人工作面進(jìn)行加壓掘進(jìn)，盡量縮短掌子面暴露的時間。盾構(gòu)機(jī)出洞前要特別檢查開挖面情況，確定沒有鋼材、木料、較大塊的混凝土等異物以及洞口圈鋼筋已清理干凈。

    盾構(gòu)機(jī)出洞前，切口進(jìn)入簾布前，須先在密封倉內(nèi)填充黏土或人工漿液約30 m3，防止出洞后端頭井外側(cè)地表坍陷。同時為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。

    l.2.4洞門密封

    根據(jù)出洞的深度推算出盾尾進(jìn)入開挖面的里程，確定盾尾已進(jìn)入開挖面土體后，立即封堵洞圈。首先開啟盾尾油脂系統(tǒng)為盾尾注人足量的盾尾油脂，然后通過管片預(yù)留注漿孔對洞口圈壓注雙液漿進(jìn)行封堵。

    待洞口圈封堵完成后開啟同步注漿系統(tǒng)進(jìn)行背襯注漿，盾構(gòu)進(jìn)入正常掘進(jìn)循環(huán)。

    1.3施工監(jiān)測

    在隧道中線上方地表布設(shè)縱向監(jiān)測點，縱向間距1.5 m用于觀測盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表縱向變形規(guī)律。

    沿縱向每6 m布設(shè)一道橫向監(jiān)測斷面．每橫斷面由隧道中線向兩側(cè)各布置3個測點，橫向間距2 m，用于觀測盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表橫向變形規(guī)律。

    用鉆機(jī)在地表鉆除地表混凝土，將1.2 m長的Φ16鋼筋垂直插入地層．鋼筋頭低于地表50 mm，以鋼筋頭作為地面監(jiān)測點。出洞段地表每天監(jiān)測2次。

2.出洞工作控制要點

    盾構(gòu)始發(fā)前要根據(jù)地層情況，設(shè)定一個合理的掘進(jìn)參數(shù)；掘進(jìn)后要加強(qiáng)監(jiān)測．及時分析、匣饋監(jiān)測數(shù)據(jù)．動態(tài)地詞整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。同時還應(yīng)注意以下事項。

    (1)由于成都地鐵洞門圍護(hù)樁采用玻璃鋼纖維筋代替洞門破除，洞門外地基沒有采取注漿加固，因此破除洞門混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格控制鑿除深度，防止掌子面失穩(wěn)而引起地面坍塌。

    (2)始發(fā)前應(yīng)在基座軌道上涂抹油脂，減少盾構(gòu)推進(jìn)阻力。

    (3)始發(fā)前應(yīng)在川頭和密封裝置上涂抹油脂，避免刀盤上月頭損壞洞口密封裝置。

    (4)始發(fā)托架定好位后，必須加支撐，防止其移動，盾構(gòu)始發(fā)托架應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，導(dǎo)軌必須順直，嚴(yán)格控制其標(biāo)高、間距及中心軸線。考慮到盾構(gòu)后期沉降因素，盾構(gòu)中心可比設(shè)計軸線略高l0—30 mm。

    (5)在對反力架固定前，應(yīng)按設(shè)計對其進(jìn)行精確的定位，盾構(gòu)反力架的整體傾斜度應(yīng)與盾構(gòu)基座的安裝坡度致，以防止反力架偏心受力，保證盾構(gòu)機(jī)出河姿態(tài)的準(zhǔn)確。反力架必須牢固支撐在始發(fā)井結(jié)構(gòu)上。

    (6)負(fù)環(huán)管片拼裝好后．要在四周施作臨時支撐將其固定在托架上。管片底部要采用木楔子將其固定在托架上，并用鋼絲繩緊線器將整環(huán)管片捆綁牢固。特別要防止反力架和負(fù)環(huán)管片出現(xiàn)過大的位移，確保負(fù)環(huán)管片受壓時的線形和穩(wěn)定。拼裝負(fù)6環(huán)管片時，應(yīng)在負(fù)環(huán)鋼環(huán)上焊接槽鋼，將負(fù)6環(huán)管片固定。

    (7)防止盾構(gòu)“磕頭”。當(dāng)?shù)侗P在洞口圈即將進(jìn)入開挖面時，由于刀盤缺乏支撐在自重作用下極易發(fā)生“磕頭”，故應(yīng)在洞口圈底部安設(shè)導(dǎo)軌進(jìn)行支撐，導(dǎo)軌的位置應(yīng)與盾構(gòu)基座導(dǎo)軌對齊，軌面標(biāo)高、坡度與盾構(gòu)基座一致；同時．必需將土壓力的值設(shè)定成略高于理論值。

    (8)出洞時盾構(gòu)應(yīng)迅速上靠，防止掌子面坍塌。

    (9)防止盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)出洞時．由于盾構(gòu)與地層間無摩擦力，盾構(gòu)易旋轉(zhuǎn)，應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的測量．如發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)有較大轉(zhuǎn)角，可以采用大刀盤正反轉(zhuǎn)的措施進(jìn)行調(diào)整。

    (10)刀頭出洞后，推進(jìn)速度不宜過快，并在推進(jìn)時按工況條件在盾構(gòu)正面加入發(fā)泡劑或泥，以改良正面的土體，施工過程中根據(jù)地層變形量等信息反饋．對土壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)作及時調(diào)整。

    (11)當(dāng)盾尾脫出工作井壁后，及時封堵洞圈。調(diào)整洞圈止水裝置中的弧形板，并與洞門特殊環(huán)管片連接成一體，以防止土體從間隙中流失而造成地面的塌落。當(dāng)盾尾離開洞門約3 m時，應(yīng)對洞口注雙液漿封堵，并同時開啟同步注漿及盾尾油脂系統(tǒng)，以免注漿液倒灌。堵死漿管。

3.結(jié)束語

    正確的施工方案是工程成功的前提．通過采取舍理的施工技術(shù)，盾構(gòu)出洞過程中，隧道上方地表沉降控制在30 mm的允許范圍內(nèi)，盾構(gòu)切口最大水平偏差為12 mm，最大垂直偏差為24mm；盾尾最大水平偏差22 mm，最大垂直偏差為33mm,可見本次盾構(gòu)出洞是非常成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]張鳳翔，博德明，盾構(gòu)隧道施工手冊[M]北京人民交通出版社2005

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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