吳一超

摘要：以深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段工程為例，為確保施工質(zhì)量、施工安全和施工進(jìn)度，對(duì)盾構(gòu)法施工對(duì)地表的變形規(guī)律影響進(jìn)行分析，并提出了盾構(gòu)掘進(jìn)、壁后注漿、管片制作與拼裝、大坡度施工等一系列施工要點(diǎn)。以期為類似工程項(xiàng)目施工方案的制定以及盾構(gòu)法施工工藝的優(yōu)化提供幫助。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法施工；施工；沉降標(biāo)準(zhǔn)；地表建筑物

0? ?引言

在盾構(gòu)法施工過(guò)程中，地表建筑物沉降的主要原因包括土體擾動(dòng)、地下水流失和盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體的擠壓等。為了有效控制地表建筑物沉降，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了一系列研究，并制定了相應(yīng)的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

韓守程[1]引入Kerr地基模型，進(jìn)行盾構(gòu)施工對(duì)既有管線的變形影響分析，從更多角度得到了盾構(gòu)施工對(duì)地下管線與構(gòu)筑物的影響。馬浴陽(yáng)[2]以某多重地質(zhì)構(gòu)造的隧道工程項(xiàng)目為例，分析盾構(gòu)下穿施工時(shí)的沉降規(guī)律，并提出對(duì)應(yīng)的工程項(xiàng)目施工沉降控制措施。單宇[3]以某富水砂層地質(zhì)條件下的工程項(xiàng)目為例，對(duì)盾構(gòu)施工穿越錨索區(qū)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。為深化盾構(gòu)法在工程與相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的推廣應(yīng)用，本文以深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段工程作為實(shí)例，開(kāi)展盾構(gòu)法施工要點(diǎn)研究。

1? ?盾構(gòu)法施工對(duì)地表變形影響規(guī)律

盾構(gòu)法作為一種現(xiàn)代化的地下工程建設(shè)方法，具有高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通、給排水管道等領(lǐng)域。然而，盾構(gòu)法施工過(guò)程中的地表建筑物沉降問(wèn)題一直是影響工程質(zhì)量和安全的難題。因此研究此項(xiàng)施工技術(shù)對(duì)地表變形的影響規(guī)律，以此為依據(jù)規(guī)范盾構(gòu)法施工措施，對(duì)于提高工程質(zhì)量和安全具有重要意義。

盾構(gòu)施工技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，不可避免的會(huì)引起地表沉降等現(xiàn)象，甚至?xí)谕练介_(kāi)挖的上部形成一個(gè)沉降槽，從而對(duì)土方周圍建筑物的安全性與穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。為確保工程的順利實(shí)施，需要掌握盾構(gòu)法施工對(duì)地表的變形規(guī)律。在此過(guò)程中，引進(jìn)Peck曲線，對(duì)沉降槽在不排水條件下的沉降曲線進(jìn)行描述，計(jì)算公式如下：

式中：V代表沉降槽在不排水條件下的沉降曲線。S代表沉降值。在此基礎(chǔ)上，如周圍地層土質(zhì)大多為粘性土質(zhì)，可按照下述公式計(jì)算單位長(zhǎng)度條件下地層的損失率。

式中：L代表單位長(zhǎng)度條件下地層的損失率。D代表隧道直徑。整理上述公式，得到盾構(gòu)施工中的豎向位移曲線表達(dá)式如下：

式中：S（x）代表盾構(gòu)施工中的豎向位移曲線表達(dá)式。i代表位移矢量。e代表拉伸應(yīng)變系數(shù)。

參照上述方式，整理可以得到盾構(gòu)施工中的橫向位移曲線表達(dá)式，通過(guò)此種方式，掌握盾構(gòu)法施工技術(shù)的應(yīng)用對(duì)工程項(xiàng)目所在地地表沉降的影響。

2? ?工程概況

2.1? ?工程基本情況

深惠城際前海保稅區(qū)至惠城南段為2022年前啟動(dòng)建設(shè)項(xiàng)目，線路走向由原珠三角城際網(wǎng)中的經(jīng)惠城-惠陽(yáng)-深圳的東線方案，調(diào)整為大灣區(qū)城際網(wǎng)中的經(jīng)惠城-仲愷-深圳的西線方案，正線全長(zhǎng)142.6km。本次研究的工程項(xiàng)目先開(kāi)段位于坪地站-龍城站區(qū)間，屬于深圳市龍崗區(qū)。

龍城站-龍嶺工作井盾構(gòu)段西起龍城站東端，區(qū)間隧道線間距11～17.6m。盾構(gòu)隧道從龍嶺工作井出發(fā)后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)半徑為1300m的平面曲線，穿過(guò)田祖上水庫(kù)。經(jīng)一個(gè)半徑為650m和一個(gè)半徑為800m的平面曲線向西南方向轉(zhuǎn)入碧新路地下敷設(shè)，后向西轉(zhuǎn)入盛龍路地下敷設(shè)，到達(dá)龍嶺工作井東端沿盛龍路地下敷設(shè)。小凈距到達(dá)龍城站東側(cè)接收端，左線全長(zhǎng)為4748.8m，右線全長(zhǎng)為4749.8m。

本區(qū)間隧道由兩個(gè)分離單洞組成，區(qū)間于DK51+615、DK52+115、DK52+615、DK53+076、DK53+576、DK53+982、DK54+550、DK55+050和DK55+432處，設(shè)置9座聯(lián)絡(luò)通道與1座廢水處理泵房，對(duì)應(yīng)的泵房與聯(lián)絡(luò)通道在與工程業(yè)主方商議后，決定使用暗挖法進(jìn)行施工。先開(kāi)段全長(zhǎng)4.81km，包含1座工作井和1個(gè)盾構(gòu)區(qū)間。龍嶺工作井長(zhǎng)度56.3m，結(jié)構(gòu)寬35.28m，結(jié)構(gòu)高19.2m，頂板覆土約2.4m。

本工程包含龍城站-龍嶺工作井1個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)法施工長(zhǎng)度為9507.081m，共投入2臺(tái)φ9140（刀盤(pán)開(kāi)挖直徑）EPB+TBM雙模盾構(gòu)機(jī)施工。本工程盾構(gòu)法隧道具體概況詳見(jiàn)表1。

2.2? ?地質(zhì)狀況

區(qū)間主要穿越微風(fēng)化灰?guī)r、中風(fēng)化灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、粉質(zhì)黏土。風(fēng)化巖與殘積土：全線下伏基巖為加里東期混合花崗巖，風(fēng)化巖與殘積土屬花崗巖風(fēng)化殘積產(chǎn)物。具體工程地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

本場(chǎng)地內(nèi)地表水發(fā)育，地表水主要為水塘水及河塘水。線路在DK54+100～400處下穿田組上水庫(kù)，在DK52+750附近下穿龍溪河。基巖裂隙水賦存于全風(fēng)化、土狀強(qiáng)風(fēng)化、塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖、花崗巖風(fēng)化裂隙中，為場(chǎng)地內(nèi)的主要含水區(qū)域。

3? ?施工管控要點(diǎn)

3.1? ?盾構(gòu)掘進(jìn)

結(jié)合標(biāo)段的地質(zhì)條件，盾構(gòu)始發(fā)段按土壓力平衡方式進(jìn)行開(kāi)挖，既能確?；又車馏w的穩(wěn)定性，又能確保地面建筑及結(jié)構(gòu)的安全。在正常推進(jìn)階段，以120m試掘方式，掌握最優(yōu)參數(shù)；通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中的監(jiān)控和不斷改進(jìn)的技術(shù)措施，有效地控制了地表沉陷[4]。

盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速率是由盾構(gòu)推進(jìn)力和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)矩）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而排土量主要是通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，需要根據(jù)隧道的地質(zhì)情況、卸壓渣土狀況、盾構(gòu)各工作狀態(tài)參數(shù)等因素，對(duì)隧道開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化[5]。

在正常施工階段，需要做到：熟悉地表狀況、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)路徑，掌握前方危險(xiǎn)狀況；通過(guò)合理的操作參數(shù)，使土壓力、掘進(jìn)速度、刀盤(pán)扭矩、螺桿鉆進(jìn)速度等相互配合，確保不會(huì)出現(xiàn)超方或少超方現(xiàn)象；對(duì)巖層進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而保證了渣土質(zhì)量滿足要求；在正常停機(jī)時(shí)，一定要在土倉(cāng)中打1～2m3的膨潤(rùn)土[6]。

盾構(gòu)渣土卸完后，利用渣土分離器將每個(gè)渣土槽中的渣土分離，并將渣土運(yùn)往深圳市相關(guān)部門(mén)指定的垃圾場(chǎng)[7]。自卸車應(yīng)具有較好的密封性，防止渣土在運(yùn)輸過(guò)程中撒漏。為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件（如交通、天氣等），在盾構(gòu)始發(fā)區(qū)挖掘孔旁設(shè)置一處可儲(chǔ)存3天盾構(gòu)作業(yè)量的棄渣庫(kù)，以防止盾構(gòu)停止掘進(jìn)。

3.2? ?壁后注漿

利用水泥漿進(jìn)行注漿，可有效地防止地下水沖蝕。在施工過(guò)程中，根據(jù)地層條件、地下水條件和周圍環(huán)境條件，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，合理選取混凝土配合比。單位體積漿液材料用量如表3所示。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際施工情況，通過(guò)添加促進(jìn)劑、改變配合比等方法，對(duì)P·42.5普通硅酸鹽水泥在3～8h的膠凝時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)強(qiáng)透水性地層及對(duì)早強(qiáng)要求的地段，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步調(diào)節(jié)配合比，或添加早強(qiáng)劑等措施，以縮短成膠時(shí)間。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，采用雙泵六管線（6個(gè)注水點(diǎn)）對(duì)稱同步注漿。圖1為同步注漿示意圖。

灌漿可按要求分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。采用自動(dòng)化控制的方法，可對(duì)灌漿壓力進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，然后根據(jù)程序?qū)酀{速率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，在灌漿壓力達(dá)到一定值后，自動(dòng)終止灌漿。人工操作的方法是根據(jù)施工進(jìn)度，通過(guò)人工調(diào)節(jié)注漿的流量、速度和壓力[8]。

3.3? ?管片拼裝

通常，按照從下往上的順序進(jìn)行拼裝，并根據(jù)蓋層的位置來(lái)決定組裝的順序。該項(xiàng)目的盾構(gòu)區(qū)間為8000mm的盾構(gòu)區(qū)間，其楔形尺寸為40mm。每環(huán)管片由1個(gè)頂塊、2個(gè)相鄰塊和4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊組合而成，采用錯(cuò)縫拼裝的方法。管片拼裝流程如圖2所示。

拼裝前清理內(nèi)圓弧并干燥處理，保證施工安全。在安裝管片時(shí)，在保證隧道線形前提下，須確保后緣間距滿足下一輪施工要求。保持盾尾間隙，避免與管片接觸導(dǎo)致破損。拼裝順序?yàn)橛上轮辽希俚洁徑?jié)段。蓋塊安裝前加油，按1/3標(biāo)準(zhǔn)塊角錯(cuò)縫組裝。蓋層組裝時(shí)，先將蓋層長(zhǎng)度徑向推起，再縱向插入。管片就位后，及時(shí)將推桿頂向管片，確保頂推力足夠。拼裝完畢后，立即擰緊接頭螺栓，出殼前再二次擰緊，卸下前三次擰緊。

3.4? ?大坡度施工

在進(jìn)行大坡度施工時(shí)，嚴(yán)格控制隧道軸線與合理糾偏。當(dāng)使用超挖刀裝置時(shí)，需嚴(yán)格控制超挖量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，適當(dāng)增加線路外弧側(cè)注漿量，并選用體積變化小、早期強(qiáng)度高的注漿材料，以此有效抵抗管片的偏移。合理設(shè)置測(cè)站位置及測(cè)量邊長(zhǎng)度，提高測(cè)量頻率，避免由于測(cè)站位置及測(cè)量誤差導(dǎo)致的軸線誤差。加強(qiáng)檢查臺(tái)車及軌道安裝完好性，及時(shí)復(fù)緊鋼軌連接螺栓，防止后配套脫軌，必要時(shí)需增加防后配套傾覆措施。

嚴(yán)格控制盾尾間隙，避免盾尾間隙過(guò)小造成管片錯(cuò)臺(tái)。提高管片拼裝手的水平，避免拼裝產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。加強(qiáng)螺栓復(fù)緊工作，有效防止管片錯(cuò)臺(tái)。提前做好水平運(yùn)輸設(shè)備的選型工作，確保車輛具備防溜車制動(dòng)裝置。管片壁后注漿采用收縮率小、早期強(qiáng)度高的注漿材料，控制注漿對(duì)管片移位、錯(cuò)臺(tái)等影響。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

本文以深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段工程為例，為確保施工質(zhì)量、施工安全和施工進(jìn)度，對(duì)盾構(gòu)法施工對(duì)地表的變形規(guī)律影響進(jìn)行分析，并提出了盾構(gòu)掘進(jìn)、壁后注漿、管片制作與拼裝、大坡度施工等一系列施工要點(diǎn)。以期為類似工程項(xiàng)目施工方案的制定以及盾構(gòu)法施工工藝的優(yōu)化提供幫助。

本文的研究成果，對(duì)于優(yōu)化盾構(gòu)法施工工藝、提高地表建筑物沉降控制水平具有重要意義。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如未能全面考慮氣候、環(huán)境等因素對(duì)沉降的影響等。未來(lái)的研究可以更加深入地探討這些因素，提出更加精確、全面的控制標(biāo)準(zhǔn)和方法。

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