章龍管,李志剛,譚 江,*

(1.中鐵工程服務(wù)有限公司,四川 成都 610083；2.西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,四川 成都 610031)

0 引言

目前盾構(gòu)法隧道施工具有安全性高、可靠性高、掘進(jìn)速度快、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市地鐵、城際鐵路、綜合管廊、公路等設(shè)施建設(shè)中[1-2]。盾構(gòu)始發(fā)與接收是盾構(gòu)法建造隧道的關(guān)鍵工序[3]，同時(shí)也是施工中的重要風(fēng)險(xiǎn)源，該工序關(guān)系到周邊建筑及施工安全[4]。

近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)盾構(gòu)始發(fā)與接收技術(shù)開(kāi)展了研究?？祵毶萚5]以南京地鐵項(xiàng)目為依托詳細(xì)介紹了土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工技術(shù)，包括掉頭技術(shù)、土體加固方案以及施工難點(diǎn)控制；文獻(xiàn)[6-8]對(duì)盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工決策相關(guān)的基礎(chǔ)與應(yīng)用問(wèn)題以及始發(fā)與到達(dá)端頭地層加固方法選擇、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)進(jìn)行了全面研究；石研玉[9]以廣東省天然氣管網(wǎng)南坦海小斷面越江泥水盾構(gòu)隧道為工程背景，采用數(shù)值模擬方法對(duì)盾構(gòu)始發(fā)與接收段的加固范圍和安全性進(jìn)行了研究，提出盾構(gòu)接收段合理加固范圍；文獻(xiàn)[10-12]對(duì)小半徑曲線盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)施工技術(shù)展開(kāi)研究，并在城市軌道交通隧道工程中成功應(yīng)用，有效規(guī)避了盾構(gòu)在小半徑曲線內(nèi)施工容易超限，管片容易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、漏水等問(wèn)題；李維龍[13]以石家莊城市軌道交通1號(hào)線項(xiàng)目為依托，展開(kāi)了土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)關(guān)鍵施工技術(shù)問(wèn)題分析；文獻(xiàn)[14-15]等對(duì)富水圓礫地層的盾構(gòu)始發(fā)與接收進(jìn)行研究，解決了該地層始發(fā)與接收時(shí)的“涌水、涌砂”難題。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)始發(fā)和接收技術(shù)的研究成果多是針對(duì)常規(guī)的圓形斷面盾構(gòu)，而針對(duì)馬蹄形斷面的盾構(gòu)始發(fā)接收技術(shù)研究尚屬空白，因此非常有必要開(kāi)展此類異形斷面盾構(gòu)的始發(fā)和接收技術(shù)研究。本文以蒙華鐵路白城隧道為依托，重點(diǎn)總結(jié)大斷面馬蹄形盾構(gòu)始發(fā)與接收關(guān)鍵技術(shù)，解決相關(guān)的施工技術(shù)難題。

1 工程概況

蒙華鐵路白城隧道為單洞雙線馬蹄形隧道，首次采用大斷面馬蹄形土壓平衡盾構(gòu)施工。隧道全長(zhǎng)3 345 m，隧道進(jìn)出口分別有長(zhǎng)202.4、99 m的明洞，盾構(gòu)法隧道長(zhǎng)3 043.6 m。白城隧道位于毛烏素沙漠邊緣區(qū)，地表為黃土剝蝕丘陵，沿線地形起伏變化，地面情況復(fù)雜，隧道最大埋深為81 m，最小埋深為7 m。

隧道洞身范圍主要以第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層細(xì)砂、粉砂，第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層砂質(zhì)新黃土為主。隧道進(jìn)口以細(xì)砂為主，隧道出口以粉砂為主[10]。

勘測(cè)結(jié)果顯示：地表水不發(fā)育，隧道洞身未見(jiàn)地下水，地下水位于隧道洞身以下；周邊未發(fā)現(xiàn)泉、井。雨季部分段含水量增大或出現(xiàn)少量流水。

2 大斷面馬蹄形盾構(gòu)簡(jiǎn)介

白城隧道盾構(gòu)高10.95 m、寬11.9 m，總長(zhǎng)度約為118 m，主機(jī)部分長(zhǎng)11.07 m，主要參數(shù)見(jiàn)表1。主機(jī)部分主要由刀盤(pán)、前盾、驅(qū)動(dòng)、中盾、尾盾、管片安裝機(jī)和螺旋輸送機(jī)組成；后配套部分由連接橋和6節(jié)拖車(chē)組成，大斷面馬蹄形土壓平衡盾構(gòu)如圖1所示。

表1 大斷面馬蹄形盾構(gòu)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of large cross-section horseshoe-shaped shield

圖1 大斷面馬蹄形土壓平衡盾構(gòu)Fig.1 Large cross-section horseshoe-shaped earth pressure balance shield

為了實(shí)現(xiàn)全斷面切削，刀盤(pán)選擇馬蹄形斷面創(chuàng)新組合方式，由9個(gè)小刀盤(pán)和2個(gè)攪拌器組成；刀盤(pán)布置原則為“前后錯(cuò)開(kāi)，左右對(duì)稱”。9個(gè)刀盤(pán)獨(dú)自控制，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)、同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)以及任何組合轉(zhuǎn)動(dòng)模式，同時(shí)也具有調(diào)試、掘進(jìn)和維保模式。若盾構(gòu)出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)，可以采取多個(gè)刀盤(pán)同向轉(zhuǎn)動(dòng)措施，使盾構(gòu)得到反向力矩，從而實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)糾偏。

3 大斷面馬蹄形盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)

3.1 盾構(gòu)始發(fā)總體方案概述

白城隧道最初設(shè)計(jì)采用礦山法施工，進(jìn)口200 m明洞(明挖暗埋)已經(jīng)開(kāi)挖完成，進(jìn)口沒(méi)有合適的始發(fā)場(chǎng)地。經(jīng)過(guò)多位同行業(yè)專家現(xiàn)場(chǎng)踏勘，一致認(rèn)為應(yīng)該在基坑端頭施工始發(fā)井，馬蹄形盾構(gòu)采用豎井方式始發(fā)。由于馬蹄形盾構(gòu)高10.95 m，寬11.9 m，前、中、尾盾長(zhǎng)度共計(jì)11.5 m，考慮到安全距離，豎井尺寸設(shè)為16.6 m×17 m。天然氣管道距豎井的吊裝區(qū)域距離不足2 m，施工和盾構(gòu)吊裝都存在極大安全隱患。天然氣管道與豎井吊裝區(qū)域位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 天然氣管道與豎井吊裝區(qū)域位置關(guān)系(單位：mm)Fig.2 Relationship between gas pipeline and shaft hoisting area (unit:mm)

經(jīng)多次討論，最終決定采用2模(24 m)加強(qiáng)明洞為盾構(gòu)提供反力的方式始發(fā)。加強(qiáng)明洞作為隧道主體結(jié)構(gòu)在盾構(gòu)始發(fā)后不需要拆除，這樣不僅不用施工始發(fā)豎井，還減少反力架的制作、拆除費(fèi)用，減少始發(fā)負(fù)環(huán)管片用量。加強(qiáng)明洞在后配套組裝時(shí)施工，有效縮短主體施工時(shí)間，節(jié)約項(xiàng)目成本，對(duì)以后山嶺隧道盾構(gòu)施工具有較好的借鑒意義。

盾構(gòu)始發(fā)主要內(nèi)容包括：始發(fā)前場(chǎng)地準(zhǔn)備、施作盾構(gòu)始發(fā)基座、盾構(gòu)就位、明洞加強(qiáng)段施工、始發(fā)密封裝置設(shè)置、管片拼裝定位、盾構(gòu)試運(yùn)轉(zhuǎn)、洞門(mén)處理、管片周邊回填、盾構(gòu)加壓貫入作業(yè)面和試掘進(jìn)以及盾構(gòu)試掘進(jìn)過(guò)程中具體的盾構(gòu)吊卸、組裝、管片安裝等。盾構(gòu)掘進(jìn)始發(fā)流程如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)掘進(jìn)始發(fā)流程Fig.3 Launching flowchart of shield excavation

3.2 始發(fā)基座安設(shè)

盾構(gòu)組裝前，依據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸線、洞門(mén)位置、盾構(gòu)的尺寸及門(mén)吊吊裝盲區(qū)反推出始發(fā)基座的空間位置。

始發(fā)基座安裝位置根據(jù)測(cè)量放樣基線進(jìn)行定位施工，基座上的軌道采用實(shí)測(cè)洞門(mén)中心居中對(duì)稱放置，基座結(jié)構(gòu)采用C30鋼筋混凝土。始發(fā)基座上的盾構(gòu)前進(jìn)導(dǎo)向軌道采用3根120 kg/m的鋼軌組成，底部導(dǎo)軌居中設(shè)置，上部設(shè)置左右對(duì)稱、距中心4.8 m的2根鋼軌。始發(fā)基座全長(zhǎng)24 m、寬16 m，始發(fā)基座兩側(cè)高3 m。在中盾與盾尾連接處，預(yù)留有高700 mm、寬800 mm的盾尾焊接槽，保證中盾與盾尾焊接連接，始發(fā)基座如圖4所示。

圖4 始發(fā)基座Fig.4 Launching base

為防止盾構(gòu)刀盤(pán)下沉，在洞門(mén)導(dǎo)洞中鋪設(shè)3根120 kg/m的鋼軌作為導(dǎo)洞內(nèi)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與始發(fā)基座導(dǎo)軌通過(guò)焊接方式連接，焊接要求牢固。在盾構(gòu)空推過(guò)程中，導(dǎo)軌涂抹潤(rùn)滑材料以減小摩擦力；同時(shí)，在始發(fā)基座的底部均勻鋪設(shè)豆礫石，減少盾構(gòu)進(jìn)入原狀土后始發(fā)導(dǎo)洞與管片背部間隙的回填時(shí)間，保證安全快速的連續(xù)作業(yè)，潤(rùn)滑劑涂抹及底部回填如圖5所示。

圖5 潤(rùn)滑劑涂抹及底部回填Fig.5 Lubricant application and bottom backfilling

3.3 反力支撐系統(tǒng)施工

3.3.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及組裝場(chǎng)地布局，盾構(gòu)的反力由明洞提供，在盾構(gòu)組裝完成后要進(jìn)行如下準(zhǔn)備：

1)根據(jù)盾構(gòu)隧道的里程(端頭里程)反算明洞加強(qiáng)段的位置，然后施作明洞仰拱及拱墻。

2)從盾尾向小里程施作24 m拱墻，仰拱全部完成，其中與0環(huán)管片連接處為明洞加強(qiáng)段。

在主機(jī)組裝期間，明洞加強(qiáng)段為吊裝區(qū)域，主機(jī)組裝完成后再施作該段的主體結(jié)構(gòu)。

3.3.2 明洞加強(qiáng)段加固

明洞加強(qiáng)段為盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)提供所需反力，盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，下半部承擔(dān)主要推力。明洞和管片兩側(cè)回填混凝土至門(mén)吊基礎(chǔ)高度，增大摩擦力，保證明洞加強(qiáng)段能夠?yàn)槎軜?gòu)推進(jìn)提供足夠反力。

盾構(gòu)始發(fā)前，根據(jù)明洞加強(qiáng)段大里程端面的測(cè)量結(jié)果，確定盾構(gòu)安裝的里程和姿態(tài)，保證明洞加強(qiáng)段與首環(huán)(0環(huán))管片間距在100 mm以內(nèi)，和管片的內(nèi)弧面錯(cuò)臺(tái)量在15 mm以內(nèi)，并提前預(yù)備好該段與管片之間的橡膠密封。在首環(huán)(0環(huán))管片整環(huán)安裝過(guò)程中，需在管片內(nèi)部做好支撐加固，防止管片因自重變形。明洞加強(qiáng)段與襯砌管片實(shí)際合攏效果見(jiàn)圖6。

(a) 外部

(b) 內(nèi)部圖6 管片與反力明洞合攏Fig.6 Closure drawing of segment and reaction open hole

3.4 洞門(mén)密封裝置安裝

施工中采用基坑內(nèi)的始發(fā)方式，在已經(jīng)挖好的基坑內(nèi)施工始發(fā)基座，并在盾構(gòu)始發(fā)前施作13.5 m的始發(fā)導(dǎo)洞，套拱鋼架內(nèi)半徑6.195 m，在開(kāi)挖輪廓線外0.155 m，基坑始發(fā)如圖7所示。為保證馬蹄形盾構(gòu)在通過(guò)拱架區(qū)域時(shí)保持密封狀態(tài)，始發(fā)導(dǎo)洞大里程與套拱連接，并且在小里程進(jìn)洞端焊接預(yù)埋鋼環(huán)。

圖7 基坑始發(fā)示意Fig.7 Schematic diagram of launching pit

拱架內(nèi)徑12 390 mm，在開(kāi)挖輪廓線外155 mm，距管片外徑340 mm，管片脫離盾尾之后，將始發(fā)拱架與管片背部之間的間隙用鋼板進(jìn)行焊接，并同步填充注漿漿液進(jìn)行密封處理，密封裝置如圖8所示。

圖8 密封裝置Fig.8 Schematic diagram of sealing device

3.5 盾構(gòu)組裝與調(diào)試

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作條件，盾構(gòu)采用后配套拖車(chē)與主機(jī)分別組裝、整體調(diào)試的方式。主機(jī)組裝如圖9所示，后配套組裝如圖10所示。

圖9 主機(jī)組裝Fig.9 Assembly of main shield

圖10 后配套組裝Fig.10 Backup system assembly

盾構(gòu)組裝場(chǎng)地分成3個(gè)區(qū)：吊機(jī)放置區(qū)、主機(jī)及配件存放區(qū)、后配套拖車(chē)存放區(qū)。本盾構(gòu)采用整體始發(fā)模式，由前向后依次下井組裝，下井順序?yàn)椋呵岸堋卸堋捕堋菪斔蜋C(jī)—1#拖車(chē)—……—6#拖車(chē)。盾體最重件為前盾下部(220 t)，采用1臺(tái)260 t履帶吊將盾體從明洞段位置的拖車(chē)上起吊，轉(zhuǎn)體180°后，再由1臺(tái)230 t門(mén)吊進(jìn)行吊裝安裝作業(yè)，另1臺(tái)100 t汽車(chē)吊則在明洞加強(qiáng)段吊裝區(qū)域用于配合頂部盾體翻身。

待盾體全部組裝完畢后，退出所有吊車(chē)，施作明洞加強(qiáng)段，同時(shí)連接主機(jī)及刀盤(pán)所有管線。待明洞加強(qiáng)段襯砌完成后，退出模板臺(tái)車(chē)，將盾構(gòu)拖車(chē)逐節(jié)進(jìn)洞連接，全部連接后進(jìn)行調(diào)試。

盾構(gòu)調(diào)試分為空載調(diào)試和負(fù)載調(diào)試。

1)空載調(diào)試。盾構(gòu)組裝和連接完畢后，即可進(jìn)行空載調(diào)試，空載調(diào)試的目的主要是檢查設(shè)備是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。主要調(diào)試內(nèi)容為：液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)以及各種儀表的校正。電氣部分運(yùn)行調(diào)試：檢查送電—檢查電機(jī)—分系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與試運(yùn)行—整機(jī)試運(yùn)行—再次調(diào)試。液壓部分運(yùn)行調(diào)試：推進(jìn)和鉸接系統(tǒng)—螺旋輸送機(jī)—管片安裝機(jī)—管片吊機(jī)和拖車(chē)負(fù)載調(diào)試。

2)負(fù)載調(diào)試?？蛰d調(diào)試完成并證明盾構(gòu)及其輔助設(shè)備滿足初步要求后，即可進(jìn)行盾構(gòu)的負(fù)載調(diào)試。負(fù)載調(diào)試的主要目的是檢查各種管線及密封設(shè)備的負(fù)載能力，對(duì)空載調(diào)試不能完成的調(diào)試項(xiàng)目進(jìn)一步完善，以使盾構(gòu)的各個(gè)工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達(dá)到滿足正常生產(chǎn)要求的工作狀態(tài)。

3.6 始發(fā)段管片拼裝

導(dǎo)臺(tái)上管片拼裝數(shù)量根據(jù)始發(fā)場(chǎng)地長(zhǎng)度和洞口設(shè)計(jì)寬度確定。初始管片安裝前，需要確保盾構(gòu)調(diào)試驗(yàn)收正常、明洞加強(qiáng)段完成施工作業(yè)以及其他準(zhǔn)備工作(洞門(mén)加固、管路連接)均已完成，并確保第1環(huán)管片小里程斷面的平整度與隧道軸線的垂直度。

馬蹄形盾構(gòu)實(shí)際盾尾間隙為45 mm，盾尾刷保護(hù)板厚20 mm，盾尾總間隙為65 mm，采用2 m長(zhǎng)的8#槽鋼(高度80 mm)雙拼后點(diǎn)焊至盾尾內(nèi)弧面，基本與盾尾間隙相吻合，盾尾槽鋼安裝如圖11所示。待盾尾完全進(jìn)入原狀土后取出，進(jìn)入正常安裝模式。

圖11 盾尾槽鋼安裝圖Fig.11 Installation of shield tail U-steel

3.7 始發(fā)掘進(jìn)參數(shù)控制

馬蹄形盾構(gòu)處于始發(fā)臺(tái)時(shí)盡量不調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，待盾尾離開(kāi)始發(fā)臺(tái)后，通過(guò)合理調(diào)節(jié)推進(jìn)油缸長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，必要時(shí)通過(guò)調(diào)整管片楔形量調(diào)節(jié)，確保盾構(gòu)逐漸沿隧道設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)。

盾構(gòu)掘進(jìn)中，實(shí)行的糾偏原則為“勤糾、量小”，每環(huán)姿態(tài)調(diào)整量不大于6 mm；盾構(gòu)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線控制在±50 mm。

根據(jù)盾構(gòu)始發(fā)經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)在始發(fā)基座上空推時(shí)，不建立壓力；當(dāng)?shù)侗P(pán)進(jìn)入原狀地層，土艙壓力逐步建立。隧道最大埋深為81 m，施工過(guò)程中不斷調(diào)整完善相關(guān)掘進(jìn)參數(shù)，因深埋隧道的成拱效應(yīng)，總結(jié)出全線盾構(gòu)土艙壓力控制在0.06～0.08 MPa，地面隆陷控制在-30～+10 mm。

始發(fā)掘進(jìn)時(shí)，需嚴(yán)格控制盾構(gòu)的各組油缸壓力，總推力小于50 000 kN(最大為43 000 kN)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)矩小于3 500 kN·m(最大為3 100 kN·m)。

盾構(gòu)在始發(fā)基座上時(shí)推進(jìn)速度保持15～25 mm/min；進(jìn)入原狀土前12 m時(shí)保持在20～30 mm/min；盾尾完全進(jìn)入原狀土后推進(jìn)速度可逐漸提升至25～35 mm/min。

4 大斷面馬蹄形盾構(gòu)接收技術(shù)

4.1 盾構(gòu)接收概述

本標(biāo)段盾構(gòu)在白城隧道出口接收，坡度為3.112‰?？紤]到盾構(gòu)接收時(shí)，在上接收導(dǎo)軌前可能發(fā)生一定的叩頭，要求盾構(gòu)軸線方向比設(shè)計(jì)線路方向要高出20 mm，同時(shí)接收基座導(dǎo)軌位置比設(shè)計(jì)高程要低10 mm。

馬蹄形盾構(gòu)接收主要內(nèi)容包含：接收?qǐng)龅販?zhǔn)備、接收端墻及基座施作、接收端墻背后回填加固、洞門(mén)處理、管片與鋼環(huán)間隙處理、拆機(jī)位置場(chǎng)地硬化、盾構(gòu)抵達(dá)接收基座等。盾構(gòu)接收施工流程如圖12所示。盾構(gòu)拆機(jī)時(shí)具體包含盾構(gòu)拆解、調(diào)運(yùn)和裝車(chē)倒運(yùn)等。接收?qǐng)龅刂饕沙龆炊藟?，接收基座及吊?chē)、運(yùn)輸車(chē)輛停放的拆機(jī)區(qū)域組成，接收?qǐng)龅夭贾萌鐖D13所示。

圖12 盾構(gòu)接收施工流程Fig.12 Construction flowchart of shield receiving

圖13 盾構(gòu)接收?qǐng)龅夭贾脠DFig.13 Layout of shield receiving site

4.2 接收段測(cè)量及監(jiān)控量測(cè)

4.2.1 貫通測(cè)量

盾構(gòu)貫通前，嚴(yán)格按照規(guī)范要求在距貫通面150 m處進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量、線路復(fù)測(cè)，對(duì)洞內(nèi)所有的測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行一次整體、系統(tǒng)的控制測(cè)量復(fù)核，并對(duì)所有控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行精密、準(zhǔn)確的平差計(jì)算。

在100 m和50 m處進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)復(fù)核測(cè)量。盾構(gòu)到達(dá)前最后一次搬站時(shí)，充分利用貫通前150 m時(shí)的線路復(fù)測(cè)結(jié)果，采用二等控制點(diǎn)的測(cè)量辦法精確測(cè)量測(cè)站、后視點(diǎn)坐標(biāo)和高程(經(jīng)緯儀、后視棱鏡坐標(biāo)和高程)，每點(diǎn)的測(cè)量不少于8個(gè)測(cè)回。同時(shí)，貫通前50 m，加強(qiáng)管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)與控制。最終，馬蹄形盾構(gòu)接收的中心誤差在20 mm以內(nèi)。

4.2.2 到達(dá)洞門(mén)復(fù)核測(cè)量

為準(zhǔn)確掌握到達(dá)洞門(mén)施工情況，在盾構(gòu)貫通前對(duì)盾構(gòu)到達(dá)洞門(mén)進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包括:洞門(mén)中心位置偏差和洞門(mén)6個(gè)弧度半徑等。

4.2.3 沉降監(jiān)控量測(cè)

在盾構(gòu)接收掘進(jìn)100 m范圍內(nèi)，根據(jù)線路中線每5 m布設(shè)1個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每30 m布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)隧道區(qū)間地表土體沉降，兩側(cè)延伸范圍滿足隧道直徑1.5倍放射距離。對(duì)已經(jīng)施工完成的接收?qǐng)龅刂黧w結(jié)構(gòu)每日進(jìn)行2次監(jiān)測(cè)，確保盾構(gòu)接收掘進(jìn)過(guò)程中接收?qǐng)龅亟Y(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定。

4.3 接收基座及端墻安設(shè)

盾構(gòu)接收前，根據(jù)盾構(gòu)的尺寸、管片超出接收擋墻的距離、隧道設(shè)計(jì)軸線以及既有仰坡位置，反推出接收基座的空間位置。

接收端墻及接收基座結(jié)構(gòu)采用的混凝土等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P10。環(huán)形洞門(mén)圈混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P12。接收基座上的盾構(gòu)前進(jìn)導(dǎo)向軌道采用3根120 kg/m的鋼軌組成，底部導(dǎo)軌居中設(shè)置，上部設(shè)置左右對(duì)稱且距中心4.8 m的2根鋼軌。接收基座全長(zhǎng)24 m、寬16 m，接收基座兩側(cè)高3 m。在中盾與盾尾連接處，預(yù)留有高700 mm，寬800 mm的盾尾割除槽，保證中盾與盾尾分離。

接收端墻及基座縱斷面橫斷面如圖14和圖15所示。

圖14 接收端墻及基座縱斷面結(jié)構(gòu)Fig.14 Structural profile of receiving endwall and base

圖15 接收端墻及基座橫斷面結(jié)構(gòu)(單位：mm)Fig.15 Structural cross-section of receiving endwall and base (unit:mm)

4.4 配套設(shè)備及接收準(zhǔn)備

盾構(gòu)在白城隧道出口拆機(jī)時(shí)采用2臺(tái)履帶吊配合主機(jī)拆解翻身，履帶吊規(guī)格分別為600 t和300 t。在盾構(gòu)到達(dá)接收基座前，需提前做好拆機(jī)場(chǎng)地硬化及履帶吊組裝工作。

4.5 接收掘進(jìn)參數(shù)控制

盾構(gòu)進(jìn)入接收端加固地層后，因地層埋深較淺且加固土體與正常掘進(jìn)段大有不同，為了更好地掌握盾構(gòu)的各類參數(shù)，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、時(shí)時(shí)關(guān)注施工參數(shù)與地面變形的關(guān)系，同時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)和分析推進(jìn)時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，確定推進(jìn)參數(shù)設(shè)定范圍。

盾構(gòu)接近洞門(mén)5 m位時(shí)應(yīng)減小推力(推力保持在30 000～35 000 kN)，減小土艙壓力，降低掘進(jìn)速度(宜控制在5～10 mm/min)，及時(shí)通過(guò)同步注漿回填飽滿。盾構(gòu)出洞過(guò)程中，更需密切監(jiān)視掘進(jìn)參數(shù)的變化，一有異常，立即停機(jī)。接收段大斷面馬蹄形盾構(gòu)主要掘進(jìn)參數(shù)控制如表2所示。

表2 接收段馬蹄形盾構(gòu)主要掘進(jìn)參數(shù)控制表Table 2 Main drive control parameters of horseshoe-shaped shield in receiving section

4.6 接收洞門(mén)封堵

在盾構(gòu)出洞前，首先安裝定制尺寸的簾布橡膠板和折頁(yè)壓板，保證盾構(gòu)出洞期間的安全。

當(dāng)洞門(mén)處混凝土鑿除并清理干凈后，繼續(xù)頂推盾構(gòu)，如圖16所示，在刀盤(pán)至基座延伸導(dǎo)軌前停止刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)。在盾構(gòu)推進(jìn)的過(guò)程中，需密切關(guān)注盾構(gòu)姿態(tài)，防止出現(xiàn)“叩頭”現(xiàn)象。

圖16 盾構(gòu)接收Fig.16 Receiving of shield

當(dāng)盾尾距離洞口約1.2 m時(shí)，盾構(gòu)停止推進(jìn)，完成第1次出洞，開(kāi)始對(duì)洞圈進(jìn)行封堵工序。利用折頁(yè)壓板預(yù)留的鋼絲繩，將簾布橡膠板和盾尾緊緊包裹，對(duì)加固區(qū)內(nèi)的管片外建筑空隙進(jìn)行注漿處理，在盾尾同步注漿(添加適量速凝劑)，同時(shí)在距盾尾3環(huán)處壓注水泥-水玻璃雙液漿，保證管片背后注漿飽滿、回填密實(shí)。

4.7 洞門(mén)鑿除

當(dāng)盾構(gòu)刀盤(pán)逐漸靠近洞門(mén)時(shí)，在端墻預(yù)埋鋼環(huán)范圍內(nèi)開(kāi)設(shè)觀察孔，觀察端墻背后土體，根據(jù)觀察結(jié)果調(diào)整推進(jìn)中的平衡壓力值。根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)情況及接收工藝要求確定開(kāi)始鑿除洞門(mén)的時(shí)間，以使盾構(gòu)快速順利接收，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。

洞門(mén)上下、左右、中部布置5個(gè)直徑80 mm的觀察孔，觀察墻背后土體狀況，當(dāng)?shù)侗P(pán)距端墻50 cm時(shí)，盾構(gòu)土艙壓力調(diào)節(jié)至0 。通過(guò)風(fēng)鎬配合人工修鑿的方式，自上而下分5層作業(yè)，采用隨鑿隨清的鑿除工序鑿除鋼環(huán)范圍內(nèi)30 cm厚的素混凝土。洞門(mén)鑿除工作連續(xù)施工，縮短作業(yè)時(shí)間，減少正面土體的流失量。整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，各項(xiàng)監(jiān)控及安全管理工作由專職安全員進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督，監(jiān)測(cè)接收洞門(mén)處地面的沉降和土體變化情況，杜絕各項(xiàng)安全隱患。

4.8 盾構(gòu)接收

盾構(gòu)接收、洞門(mén)封堵完成后，開(kāi)孔檢查漿液凝固效果，待漿液凝固后，開(kāi)展盾構(gòu)接收工序。盾構(gòu)繼續(xù)向前推進(jìn)，待盾尾完全離開(kāi)接收端墻后，立即用簾布橡膠板和折頁(yè)壓板將管片外弧面包裹，封閉管片與鋼環(huán)間的縫隙。封閉完成后，立即向洞門(mén)鋼環(huán)與管片處的建筑空隙間填充早強(qiáng)漿液，避免管片下沉和水土流失。盾構(gòu)接收完成如圖17所示。

圖17 盾構(gòu)接收完成圖Fig.17 Shield after receiving

5 結(jié)論與展望

為解決大斷面馬蹄形盾構(gòu)始發(fā)與接收難點(diǎn)，本文以蒙華鐵路白城隧道工程為依托，對(duì)大斷面馬蹄形盾構(gòu)始發(fā)和接收施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究總結(jié)。

1)始發(fā)階段采用加強(qiáng)明洞代替?zhèn)鹘y(tǒng)盾構(gòu)反力架，降低反力架的制作、拆除費(fèi)用，減少始發(fā)負(fù)環(huán)管片用量，可有效縮短主體施工時(shí)間、節(jié)約項(xiàng)目成本。

2)始發(fā)基座的底部均勻鋪設(shè)豆礫石，減少盾構(gòu)進(jìn)入原狀土后始發(fā)導(dǎo)洞與管片背部間隙的回填時(shí)間。

3)始發(fā)階段創(chuàng)新地采用套拱鋼架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的始發(fā)端墻結(jié)構(gòu)，減少了始發(fā)附屬設(shè)施工程量，縮短了始發(fā)準(zhǔn)備時(shí)間。

4)接收階段采用接收基座和端墻相結(jié)合的方法，降低了大斷面馬蹄形盾構(gòu)在軟弱地層接收的安全風(fēng)險(xiǎn)。

本工程大斷面馬蹄形盾構(gòu)始發(fā)與接收技術(shù)，解決了大斷面馬蹄形盾構(gòu)始發(fā)與接收中多項(xiàng)核心技術(shù)難題，為工程的順利施工提供了有力保障，但大斷面馬蹄形盾構(gòu)施工在推廣運(yùn)用時(shí)需因地制宜，不同環(huán)境面臨不同的施工技術(shù)難題及風(fēng)險(xiǎn)，始發(fā)與接收關(guān)鍵技術(shù)還需進(jìn)一步研究探索。