鄭志民

（中鐵二十一局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 山東濟(jì)南 250000）

1 引言

盾構(gòu)法已成為城市地下隧道的主要施工方法之一［1］，盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)、過站等施工技術(shù)［2-4］也日趨成熟。盾構(gòu)施工中，盾體側(cè)滾［5］是一種常見現(xiàn)象，也是盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整中的關(guān)鍵點(diǎn)。一般微小的側(cè)滾對正常施工不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，若未能及時(shí)修正，側(cè)滾值累積到警戒值就會(huì)對施工造成較大影響，盾構(gòu)設(shè)備受扭狀態(tài)下可能發(fā)生破壞、側(cè)滾，造成測量誤差大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)侵限等。因此，盾構(gòu)施工過程中應(yīng)隨時(shí)關(guān)注盾構(gòu)側(cè)滾情況，必要時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)側(cè)滾角度發(fā)展加速趨勢形成后，則糾正側(cè)滾的難度更大。在糾正側(cè)滾的過程中，一般采用多種措施共同進(jìn)行。

造成盾構(gòu)側(cè)向滾動(dòng)的因素較多，一般主要有以下幾個(gè)方面：（1）盾構(gòu)兩側(cè)開挖面土層分布不均勻；（2）盾構(gòu)兩側(cè)機(jī)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(dāng)操作等。

由于雙圓盾構(gòu)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(cè)向滾動(dòng)控制一直是施工中的一個(gè)技術(shù)難題。因此對盾構(gòu)側(cè)向滾動(dòng)糾偏的研究相對較多。鄭堅(jiān)［6］、蔡豐錫［7］等總結(jié)了雙圓盾構(gòu)側(cè)向滾動(dòng)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(cè)壓重、超挖刀糾偏、調(diào)整左右螺旋輸送機(jī)出土量等；蔡豐錫［8］等分析了雙圓盾構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)的原因，并采用數(shù)值計(jì)算分析了單側(cè)壓重糾正側(cè)向偏轉(zhuǎn)時(shí)壓重荷載與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)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(gòu)的改造中采用“千斤頂組合+超挖刀+壓重”相結(jié)合的措施較好地解決了盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)問題；朱滬生［10］分析了側(cè)向滾動(dòng)的原因，并提出了一系列控制側(cè)向滾動(dòng)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(gòu)單側(cè)壓重、控制螺旋機(jī)土壓、采用超挖刀等。此外，張世召［11］介紹了鄭州地鐵2號(hào)線某標(biāo)段盾構(gòu)滾動(dòng)修正方法，包括加泡沫降低刀盤扭曲、及時(shí)注漿增大盾體周邊摩擦力、改變刀盤旋轉(zhuǎn)方向等；趙崗領(lǐng)，王立川［12］等分析了西安地鐵二號(hào)線盾構(gòu)空推時(shí)防止側(cè)滾的措施，在具有側(cè)滾的一側(cè)焊2～3個(gè)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(huì)發(fā)生反向滾動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整或防止側(cè)滾的目的。

成都地鐵五號(hào)線九興大道-神仙樹區(qū)間左線盾構(gòu)二次始發(fā)磨除素墻時(shí)導(dǎo)致盾體側(cè)向滾動(dòng)8°，傳統(tǒng)修正方法已無法實(shí)現(xiàn)安全糾偏。本文以此為背景，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的盾構(gòu)側(cè)滾修正裝置及修正方法，并在現(xiàn)場取得了較好效果。

2 工程背景

成都地鐵五號(hào)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(shè)，下穿創(chuàng)業(yè)路后進(jìn)入紫荊西路，穿越神仙樹大院后以400 m半徑轉(zhuǎn)向南方，沿神仙樹南路西側(cè)綠化帶及肖家河地下敷設(shè)，最后到達(dá)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(chǎn)的型號(hào)為ZTE6250的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)（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(fù)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(nèi)徑5 400 mm，管片幅寬1 500 mm，環(huán)間采用錯(cuò)縫拼裝。

由神仙樹站小里程端始發(fā)，左線到達(dá)九興大道站配線段大里程端后空推過站進(jìn)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(shè)深度19 m左右。由于盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)磨除素墻過程中發(fā)生了盾體瞬間側(cè)滾，防側(cè)滾裝置失效，側(cè)滾滾動(dòng)角度為逆時(shí)針8°，超過安全限制要求，需要采取特殊措施進(jìn)行修正。

圖1 ZTE6250土壓平衡盾構(gòu)機(jī)

3 側(cè)滾修正方案選擇

3．1 常規(guī)糾偏方法

一般情況下，盾體側(cè)滾角度較小，主要采用反向轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤進(jìn)行小量、緩慢糾正即可完成，或者采用單側(cè)千斤頂直接頂升進(jìn)行糾正。

第一種糾正方法缺點(diǎn)是糾偏受刀盤前方地質(zhì)條件影響大，如果刀盤前方存在軟弱地層，則在盾構(gòu)施加頂推力反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)存在推力突變風(fēng)險(xiǎn)，無法達(dá)到徹底糾正的目的；第二種糾正方法缺點(diǎn)是存在導(dǎo)軌側(cè)向折斷的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于連接橋、負(fù)環(huán)、盾體的受力狀態(tài)復(fù)雜，單側(cè)強(qiáng)行頂升可能會(huì)導(dǎo)致部件受損。

3．2 其他糾偏方法

本項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)側(cè)滾滾動(dòng)角度達(dá)到8°，側(cè)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(shí)現(xiàn)安全糾偏。

通過現(xiàn)場狀況調(diào)查并結(jié)合本項(xiàng)目盾構(gòu)設(shè)備情況，經(jīng)研究采用分步頂升設(shè)備處理方案，即先頂升連接橋，再分別頂升盾體兩側(cè)并在盾體底部插入鋼軌，最后再單側(cè)頂升盾體進(jìn)行糾正。

4 側(cè)滾修正裝置及糾偏方法

4．1 側(cè)滾修正方案

區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)平臺(tái)采用素混凝土弧形導(dǎo)臺(tái)，導(dǎo)臺(tái)長度9 m，并預(yù)埋2根平行鋼軌做為滑行導(dǎo)軌。盾構(gòu)機(jī)側(cè)滾時(shí)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(shè)備結(jié)構(gòu)安全。結(jié)合本項(xiàng)目情況，采用“多次頂升、分步糾偏”的方案進(jìn)行修正糾偏。

施工機(jī)具材料包括4臺(tái)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(shí)，首先頂升連接橋，使之與管片拼裝機(jī)脫離，減少扭矩荷載；分步進(jìn)行盾體單側(cè)頂升，在盾體下插入短鋼軌，做為盾體側(cè)向滾動(dòng)時(shí)的支撐面；通過單側(cè)頂升盾體完成糾偏。糾偏后撤除短鋼軌，綜合檢查調(diào)試后恢復(fù)掘進(jìn)。

4．2 側(cè)滾修正裝置

側(cè)滾修正裝置見圖2。

圖2 側(cè)滾修正裝置示意

如圖2a所示，盾構(gòu)機(jī)左右兩側(cè)連接橋連接盾構(gòu)后配套設(shè)施，混凝土弧形導(dǎo)臺(tái)內(nèi)側(cè)固定連接安裝有關(guān)于盾構(gòu)體豎直中心面對稱導(dǎo)軌，盾構(gòu)體可沿著兩側(cè)導(dǎo)軌向前運(yùn)動(dòng)。

為修正盾體側(cè)向滾動(dòng)，于兩側(cè)連接橋與混凝土仰拱之間固定連接橋頂升機(jī)構(gòu)，用于頂升兩側(cè)連接橋。連接橋頂升機(jī)構(gòu)由工字鋼和千斤頂連接構(gòu)成，千斤頂?shù)撞抗潭ㄔ诨炷裂龉吧希敳颗c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(dòng)工字鋼使連接橋向上運(yùn)動(dòng)與管片拼裝機(jī)脫離，從而減少盾構(gòu)體修正時(shí)的扭矩。

導(dǎo)軌和盾構(gòu)體之間設(shè)置橫向鋼軌，橫向鋼軌沿盾構(gòu)體縱向均布排列放置，相鄰橫向?qū)к壷g的間距為2 m，鋼軌數(shù)量可根據(jù)盾構(gòu)體的長度具體確定（見圖3）。

圖3 側(cè)滾修正導(dǎo)改布置示意

混凝土弧形導(dǎo)臺(tái)與盾構(gòu)體之間在盾構(gòu)體豎直中心面對稱連接安裝牛腿頂升機(jī)構(gòu)。牛腿頂升機(jī)構(gòu)由焊接在盾構(gòu)體上的牛腿和千斤頂構(gòu)成，其中牛腿為箱式結(jié)構(gòu)，千斤頂?shù)撞抗潭ㄔ诨炷粱⌒螌?dǎo)臺(tái)上，頂部與牛腿相連，千斤頂可推動(dòng)牛腿使盾構(gòu)體升起，從而將橫向鋼軌插入進(jìn)行糾偏修正。

4．3 施工工藝流程

盾體兩側(cè)加焊牛腿→卸載推進(jìn)油缸→頂升連接橋→頂升左側(cè)牛腿→插入左側(cè)橫向鋼軌→頂升右側(cè)牛腿→插入右側(cè)橫向鋼軌→頂升左側(cè)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(jìn)行盾構(gòu)機(jī)始發(fā)側(cè)滾的修正步驟可總結(jié)為：卸載油缸→頂升連接橋→頂升盾體→修正側(cè)向滾動(dòng)→恢復(fù)正常姿態(tài)。具體調(diào)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(jié)構(gòu)，分別焊接于盾構(gòu)機(jī)中盾和尾盾兩側(cè)。牛腿底部距離地面高度控制在50～70 cm，具體可結(jié)合千斤頂長度調(diào)整。

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

（3）頂升兩側(cè)連接橋：采用型鋼支撐，千斤頂頂升。先將兩只千斤頂?shù)撞抗潭ㄔ谶B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(cè)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(jī)脫離，減少盾構(gòu)體被修正時(shí)產(chǎn)生的扭矩。

（4）頂升左側(cè)牛腿頂升機(jī)構(gòu)：采用2只千斤頂同步頂升左側(cè)牛腿，使盾構(gòu)體左側(cè)慢慢升起。

（5）插入左側(cè)橫向鋼軌：待盾構(gòu)體左側(cè)升起合適距離（超過15 cm）時(shí)，將多個(gè)鋼軌橫向插入盾構(gòu)體左側(cè)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(cè)牛腿頂升機(jī)構(gòu)：采用2只千斤頂同步頂升右側(cè)牛腿，使盾構(gòu)體右側(cè)慢慢升起。

（7）插入右側(cè)橫向鋼軌：待盾構(gòu)體右側(cè)升起合適距離（高度超過15 cm）時(shí)，將多個(gè)鋼軌橫向插入盾構(gòu)體右側(cè)下部，相鄰橫向鋼軌之間保持合適間距，卸載右側(cè)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(cè)滾一側(cè)牛腿修正盾構(gòu)姿態(tài)：采用2只千斤頂異步控制頂升發(fā)生側(cè)滾一側(cè)牛腿，同時(shí)微步頂升連接橋使連接橋與管片拼裝機(jī)保持脫離狀態(tài)，直至盾構(gòu)體整體側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)至正常狀態(tài)。

（9）頂升盾構(gòu)體撤出兩側(cè)鋼軌：修正完成后，兩側(cè)千斤頂同時(shí)頂升盾構(gòu)體，撤出兩側(cè)橫向鋼軌，并調(diào)整兩側(cè)導(dǎo)軌，恢復(fù)盾構(gòu)體至正常施工姿態(tài)。

5 結(jié)束語

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