張軍榮

以成都地鐵8號(hào)線殷家林站～高朋大道站區(qū)間地鐵施工為例，工程地質(zhì)及周邊環(huán)境較為復(fù)雜。其主要技術(shù)控制節(jié)點(diǎn)為始發(fā)、過(guò)站、到達(dá)、管片拼裝、掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化、穿越建筑物、穿越西環(huán)鐵路、下穿既有地鐵線路等幾項(xiàng)重點(diǎn)闡述。

一、工程概況

殷家林站～高朋大道站位于成都市武侯區(qū)科園大道路與南三環(huán)路五段之間，區(qū)間線路由殷家林站起往正北方向下穿至高朋大道站風(fēng)亭。該段區(qū)間最小平面曲線半徑為350m，最大縱坡為24‰，隧道埋深8.40～25.09m。區(qū)間左線里程范圍為ZK29+193.259～ZK30+285.013，長(zhǎng)鏈13.128m，區(qū)間左線長(zhǎng)1104.881m。區(qū)間右線里程范圍為YK29+210.261～YK30+285.012，長(zhǎng)鏈8.608m，區(qū)間右線長(zhǎng)1083.359m。

二、盾構(gòu)小曲線始發(fā)的難點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)

1.地質(zhì)條件復(fù)雜

始發(fā)段覆土埋深8.4m，全斷面穿越<2-5-2>稍密卵石地層，卵石約占55%～60%，卵石最大粒徑200mm，一般粒徑20～80mm。本段地處岷江水系Ⅰ級(jí)階地，無(wú)地表水經(jīng)過(guò)。地下水主要有賦存于粘性土層之上填土層中的上層滯水、第四系砂、卵石層的孔隙潛水和基巖裂隙水。始發(fā)段地層具有穩(wěn)定性差、透氣性大、地下水豐富、水位高、水壓力大等特點(diǎn)，推進(jìn)時(shí)各參數(shù)的合理選擇成為關(guān)鍵。

2.始發(fā)線路的合理選擇

盾構(gòu)始發(fā)井在平面位置為半徑R350m的圓曲線段，豎向位置在半徑R3000的豎曲線上。受盾構(gòu)始發(fā)條件限制，盾構(gòu)始發(fā)托架，負(fù)環(huán)管片和反力架難以布置成相應(yīng)的曲線形狀。盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)托架上只能沿直線推進(jìn)，掘進(jìn)軌跡產(chǎn)生偏差后糾偏將十分困難。因此，盾構(gòu)始發(fā)路徑的合理選擇是盾構(gòu)曲線始發(fā)能否成功的一大難點(diǎn)和關(guān)鍵。

3.負(fù)環(huán)管片和反力架的設(shè)置

盾構(gòu)曲線始發(fā)時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)反作用力的大小和方向都具有較大不確定性和不均勻性。負(fù)環(huán)管片和反力架能否穩(wěn)定可靠的提供反力，將盾構(gòu)機(jī)成功推進(jìn)至加固體，是始發(fā)成功的關(guān)鍵。

三、始發(fā)工藝

1.加固措施

盾構(gòu)始發(fā)前將地下水位降至隧道底3m以下后，先采用袖閥管注漿對(duì)始發(fā)端頭范圍進(jìn)行地面注漿加固(圖1)，后采用108大管棚對(duì)盾構(gòu)洞門注漿加固（圖2），以上措施對(duì)地層既有空隙進(jìn)行填充，并將地層固結(jié)，地層加固后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1MPa。確保盾構(gòu)始發(fā)地層的穩(wěn)定，施工安全。

圖1 始發(fā)端袖閥管加固圖

圖2 洞門大棚管加固圖

2.始發(fā)線路設(shè)計(jì)

反力架與托架及支撐系統(tǒng)布置成一條直線，做圓曲線的割線布置（圖3），從始發(fā)洞門開(kāi)始其中心路徑前10m沿隧道設(shè)計(jì)中心線（ R350m曲線）的割線（該割線通過(guò)始發(fā)洞門中心線）推進(jìn)，待盾尾脫離基座后逐步調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)使盾構(gòu)沿隧道設(shè)計(jì)線路推進(jìn)。

圖3 曲線始發(fā)布置圖

3.導(dǎo)向系統(tǒng)

殷家林站～高朋大道區(qū)間左線中鐵裝備62盾構(gòu)機(jī)采用日本演算工坊導(dǎo)向系統(tǒng)(三棱鏡)，右線海瑞克S768盾構(gòu)機(jī)采用德國(guó)VMT導(dǎo)向系統(tǒng)（激光靶）。熟悉了解這兩種導(dǎo)向系統(tǒng)特性，組成原理，確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)正確，系統(tǒng)運(yùn)行正常。

4.導(dǎo)臺(tái)

為防止盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)栽頭，在距離洞門鋼環(huán)內(nèi)側(cè)0.45m（防水簾布0.4m）處施作混凝土導(dǎo)臺(tái)見(jiàn)圖4：

圖4 混凝土導(dǎo)臺(tái)示意圖

5.洞門鑿除

鋼環(huán)內(nèi)掌子面的鑿除工作，洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)為玻璃纖維筋圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)，刀盤(pán)長(zhǎng)度0.8m、防水簾布0.4m，相加得1.2m，這是洞門所需凈長(zhǎng)的最小值。如果根據(jù)刀盤(pán)長(zhǎng)度加防水簾布的計(jì)算方法來(lái)計(jì)算所需鑿除混凝土厚度的話，會(huì)造成刀盤(pán)的左側(cè)已經(jīng)抵達(dá)掌子面而右側(cè)還沒(méi)接觸到的情況，因?yàn)楸竟こ潭軜?gòu)機(jī)軸線與設(shè)計(jì)軸線存在角度的問(wèn)題，嚴(yán)重的可能會(huì)刀盤(pán)切口未全進(jìn)入簾布內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)時(shí)會(huì)與折頁(yè)壓板發(fā)生碰撞，最終導(dǎo)致折頁(yè)壓板被損壞無(wú)法進(jìn)行掘進(jìn)，根據(jù)計(jì)算得右側(cè)需比左側(cè)多鑿除0.5m方可滿足盾構(gòu)始發(fā)要求（圖5-1-2）。

圖5-1 洞門鑿除示意圖

圖5-2 洞門鑿除示意圖

四、盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程控制

1.反力架變形監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置：框架橫梁、立柱、各布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在位置為該反力架變形最大位置。

（2）反力架變形監(jiān)測(cè)方法：在各測(cè)點(diǎn)貼上反光貼片，采用精密全站儀測(cè)設(shè)個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)相鄰兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)比較，就可得出各測(cè)點(diǎn)各方向的位移量。

（3）監(jiān)測(cè)頻率及數(shù)據(jù)處理：監(jiān)測(cè)負(fù)6～正30環(huán)，環(huán)環(huán)必測(cè)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)開(kāi)始前觀測(cè)一次，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中觀測(cè)兩次，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)結(jié)束后觀測(cè)一次，每次觀測(cè)結(jié)束后，及時(shí)整理觀測(cè)記錄、計(jì)算當(dāng)次變形量和累積變形量。

2.盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程控制

盾構(gòu)始發(fā)時(shí)其交接角度為零，盾構(gòu)中心軸線位于隧道設(shè)計(jì)中心線的外側(cè)，即處于盾構(gòu)始發(fā)路徑的延長(zhǎng)線上，坡度小于隧道設(shè)計(jì)坡度盾構(gòu)機(jī)前點(diǎn)高于后點(diǎn)30mm。盾構(gòu)機(jī)前點(diǎn)下沉，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)還在控制范圍。盾構(gòu)離開(kāi)始發(fā)基座前基本沿著預(yù)定始發(fā)路徑直線前進(jìn)，在此期間盾構(gòu)需切割洞門加固體，以慢速、低壓為推進(jìn)原則，以保證盾構(gòu)姿態(tài)的穩(wěn)定。

3.負(fù)環(huán)加固

負(fù)環(huán)采用7環(huán)1.5m標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，正環(huán)采用1.2m管片，將標(biāo)準(zhǔn)環(huán)點(diǎn)位對(duì)拼形成直線環(huán)的方法布置，0環(huán)進(jìn)入洞門鋼環(huán)0.7m，隧道貫通后將0環(huán)拔出，施工洞門后澆環(huán)梁。為防止曲線始發(fā)受力不均，受力方向復(fù)雜等問(wèn)題，本工程負(fù)環(huán)加固采用多方面立體加固，兩側(cè)采用型鋼支撐、全環(huán)采用鋼絲繩花籃組合緊固。

圖6 殷家林站～高朋大道站區(qū)間右線-6環(huán)～50環(huán)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

4.實(shí)際掘進(jìn)姿態(tài)數(shù)據(jù)

圖7 殷家林站～高朋大道站區(qū)間左線-6環(huán)～14環(huán)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

平面姿態(tài)在掘進(jìn)6環(huán)后才做出調(diào)整，6環(huán)=9m，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度為9m，既盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入土體后進(jìn)行逐步調(diào)整，掘進(jìn)10環(huán)已經(jīng)緊貼設(shè)計(jì)軸線（圖6、圖7）。

左右線盾頭脫離托架后垂直姿態(tài)變化比較明顯，盾構(gòu)機(jī)有掉頭趨勢(shì)，到正3環(huán)時(shí)才有所調(diào)整，盾構(gòu)始發(fā)段為9‰～24‰變坡段，始發(fā)井處將盾構(gòu)機(jī)前點(diǎn)抬高3cm仰頭始發(fā)防止掉頭的做法是有意義的。

五、 結(jié)語(yǔ)

本次始發(fā)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)在控制范圍，根據(jù)專業(yè)測(cè)量單位檢測(cè)結(jié)果，本工程小半徑、大坡度盾構(gòu)始發(fā)非常成功，管片成型姿態(tài)，水平偏差最大42mm、高程偏差最大46mm，管片錯(cuò)臺(tái)在5mm以內(nèi)，地面最大隆起1mm，最大沉降11mm，未出現(xiàn)房屋開(kāi)裂和地下構(gòu)筑物及管線破壞現(xiàn)象。