復(fù)合地層盾構(gòu)糾偏技術(shù)研究

趙雷明（成都地鐵有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

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復(fù)合地層盾構(gòu)糾偏技術(shù)研究

趙雷明（成都地鐵有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

隨著城市建設(shè)的不斷擴(kuò)大，地鐵建設(shè)也是如火如荼，但在建設(shè)過(guò)程中，由于主客觀各方面因素影響，盾構(gòu)隧道在推進(jìn)過(guò)程中的偏差時(shí)有發(fā)生。本文結(jié)合成都地鐵7號(hào)線八里小區(qū)站至東區(qū)醫(yī)院站區(qū)間工程實(shí)例，著重闡述了在復(fù)合地層情況下，采用加密地質(zhì)補(bǔ)勘、增加超挖刀、調(diào)整管片選型、增加前盾配重、增大油壓差、收放鉸接等一系列技術(shù)措施進(jìn)行盾構(gòu)糾偏工作，同時(shí)對(duì)盾構(gòu)糾偏期間穿越房屋沉降進(jìn)行了分析總結(jié)。

地鐵盾構(gòu)；復(fù)合地層；糾偏；穿越房屋

1　工程概況

成都地鐵7號(hào)線八里小區(qū)站至東區(qū)醫(yī)院站區(qū)間隧道右線長(zhǎng) 1171.529m，最小左轉(zhuǎn)平曲線半徑 450m，最大坡度28.912‰，區(qū)間呈“V”形節(jié)能坡設(shè)計(jì)，區(qū)間隧道中心線間距9.45～15m，隧道頂埋深10.34～20.33m。隧道襯砌采用外徑6m，厚30cm，寬1.5mC50鋼筋混凝土管片錯(cuò)縫拼裝而成。

1.1凌云閣大酒店現(xiàn)狀

該酒店為7層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，酒店長(zhǎng)度27.07m，寬13.69m，建筑面積為6023.92m2。建成于1997年，基礎(chǔ)為φ600機(jī)械沖擊樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)13m，主筋為φ20@200，樁底位于＜3-8-2＞中密卵石土。右線下穿長(zhǎng)度28m（670～689環(huán)，共19環(huán)），樁底與隧道頂部垂直距離約1.3m。

圖1　區(qū)間隧道與凌云閣平面關(guān)系圖

1.2工程水文及地質(zhì)情況

地下水無(wú)承壓水存在，主要為賦存于黏土層之上的上層滯水、第四系孔隙水和基巖裂隙水，工程周邊范圍無(wú)較大地表徑流存在。水位高度在地表以下7～10m。隧道上方覆土主要為：＜1-2＞人工雜填土、＜3-1-2＞粘土、＜3-8-2＞中密卵石土、局部含有＜3-5-2＞透鏡狀中砂層；隧道斷面范圍主要有：＜3-5-2＞透鏡狀中砂層、＜5-1-2＞強(qiáng)風(fēng)化泥巖、＜5-1-3＞中風(fēng)化泥巖；下臥層主要為：＜5-1-3＞中風(fēng)化泥巖。

2　盾構(gòu)上漂過(guò)程描述

八～東區(qū)間右線盾構(gòu)機(jī)在2014年11月25日掘進(jìn)至643環(huán)后，停機(jī)等待41d。

2015年1月6日復(fù)推發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)姿態(tài)不受控，在將上下千斤頂油壓差調(diào)至極限狀況下，盾首姿態(tài)仍然以30mm/環(huán)左右的速度向上偏離軸線。雖采取了增設(shè)千斤頂、“地坦克”減小掘進(jìn)速度等措施，但效果不明顯。掘進(jìn)至648環(huán)時(shí)，盾構(gòu)垂直姿態(tài)偏差為（盾首：165mm，盾尾：203mm）。此段位于全斷面砂卵石層中。

2015年1月14日，因盾構(gòu)姿態(tài)控制較差，經(jīng)討論，將40號(hào)滾刀（邊緣滾刀）換成開挖直徑為6404mm的超挖刀，并將9#～36#滾刀全部拆除。換刀完成后，于1月19日試掘進(jìn)完成第649環(huán)，盾構(gòu)姿態(tài)繼續(xù)上偏，但趨勢(shì)有所減小。

2015年1月25日，由于盾構(gòu)即將穿越凌云閣酒店，為減小超挖對(duì)建筑物的不良影響，遂取消超挖刀。

取消超挖刀后，千斤頂上下油壓差達(dá)到極限狀態(tài)時(shí) （約320bar），盾構(gòu)姿態(tài)能保持慢速回歸設(shè)計(jì)軸線。由于在糾偏過(guò)程中，管片破損、錯(cuò)臺(tái)、漏水嚴(yán)重，遂減小糾偏速率，一直掘進(jìn)至669環(huán)。

掘進(jìn)至670環(huán)時(shí)，盾構(gòu)軸線趨勢(shì)變化為-10mm/m左右，盾構(gòu)姿態(tài)再次不受控制，盾首以8mm/環(huán)的速率向上偏離軸線。直到掘進(jìn)至675環(huán)后，于1月31日暫停施工。

2月13日下午14時(shí)繼續(xù)掘進(jìn)第677環(huán)（同步漿液換為惰性漿液），掘進(jìn)過(guò)程中，將盾構(gòu)機(jī)下部千斤頂停用，盾構(gòu)垂直姿態(tài)變化為盾首/中盾：39/63mm，變化量為盾首/中盾：7/3mm。盾首變化速度為16.7mm/m。垂直趨向變化為-5.6mm/m。

盾構(gòu)機(jī)上下千斤頂油壓差已經(jīng)達(dá)到極限值時(shí)，盾構(gòu)姿態(tài)仍會(huì)不斷向上偏離設(shè)計(jì)軸線，盾構(gòu)軸線垂直趨勢(shì)不斷增大（盾首向上傾斜）。將盾構(gòu)下部千斤頂停用以后，盾構(gòu)姿態(tài)仍得不到有效控制，但盾構(gòu)姿態(tài)偏差變化量減小，盾首上升的速率減小。通過(guò)停用盾構(gòu)下部的千斤頂，可以起到一定的作用，但還不能有效地控制盾構(gòu)姿態(tài)“上漂”。

3　糾偏措施

3.1糾偏管理措施

（1）嚴(yán)格方案評(píng)審：就糾偏措施，先后組織6次專家咨詢會(huì)，邀請(qǐng)了全國(guó)范圍內(nèi)知名的專家學(xué)者，提出了一系列的意見建議，對(duì)專家提出的意見認(rèn)真總結(jié)分析，落實(shí)到現(xiàn)場(chǎng)管理過(guò)程中。

（2）嚴(yán)控措施落實(shí)：為切實(shí)將方案落實(shí)到實(shí)處，在每次復(fù)推前和換刀前，均組織了條件驗(yàn)收，該階段累計(jì)進(jìn)行了6次條件驗(yàn)收，嚴(yán)格把控措施到位情況。

（3）加強(qiáng)信息反饋：為指導(dǎo)推進(jìn)過(guò)程中的參數(shù)控制，參建各方均建立了現(xiàn)場(chǎng)值班表，24h安排人員現(xiàn)場(chǎng)盯控。

3.2糾偏技術(shù)措施

（1）加密地質(zhì)補(bǔ)勘：為了解掌握真實(shí)地質(zhì)情況，項(xiàng)目在盾構(gòu)機(jī)停機(jī)前方進(jìn)行了加密地質(zhì)補(bǔ)勘工作，進(jìn)一步探明隧道范圍內(nèi)地質(zhì)分布情況。

（2）增設(shè)擴(kuò)挖刀。4月1日至4月3日進(jìn)行了盾構(gòu)換刀作業(yè)，將最外側(cè)40#單刃滾刀更換為超挖3cm的撕裂刀 （考慮位于房子正下方），開挖能力由原來(lái)的6304mm變化為6364mm，同時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行了檢查和更換，對(duì)刀箱和刀盤開口進(jìn)行了清理。

（3）管片選型：為進(jìn)一步控制盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中向下趨勢(shì)的形成，調(diào)整選用1.2m環(huán)寬管片，及時(shí)對(duì)盾構(gòu)間隙及管片超前量進(jìn)行調(diào)整。

（4）盾構(gòu)上部增加輔助油缸：在推進(jìn)過(guò)程中，使用輔助油缸增加向下壓力，推進(jìn)過(guò)程中，考慮管片的受力能力，單個(gè)油缸加力至100t。

（5）盾構(gòu)上部油缸增加靴板：在推進(jìn)過(guò)程中，在上部油缸與管片間增加5cm厚靴板及楔形板，減小上部千斤頂行程，減小向上分力，增大與管片接觸面積。

（6）收放鉸接和加大上下油壓差：考慮到初始階段鉸接壓力在240bar左右，為減少為鉸接的約束，考慮管片選型階段以調(diào)整盾尾間隙為主，從693環(huán)開始鉸接壓力已下降100bar以下；為保證向下趨勢(shì)的形成，上部千斤頂?shù)挠蛪夯疚恢迷?40bar左右，下部基本控制在20～40bar左右，壓差300bar左右。同時(shí)將6～14號(hào)油缸電磁閥拔除，僅保留11號(hào)油缸。

（7）渣土改良方面：由于掘進(jìn)速度較慢，因此將泡沫原液從3%增加至4%，并適當(dāng)增加泡沫流量。渣樣基本成流塑狀。

（8）鉆孔碎化盾構(gòu)背土：在恢復(fù)推進(jìn)前鉆孔碎化盾構(gòu)背土，并在探孔內(nèi)注入液壓油，用以潤(rùn)滑上部盾尾，降低盾殼摩阻力。

（9）盾構(gòu)機(jī)重心前端配重：采用鉛塊在盾構(gòu)機(jī)前盾增加35t配重，增大盾構(gòu)機(jī)前盾重量，便于盾構(gòu)機(jī)向下趨勢(shì)加大。

4　糾偏情況

4.1第一階段糾偏情況

（1）677～686環(huán)，對(duì)應(yīng)里程4105.511～4094.913，該段掘進(jìn)長(zhǎng)度10.598m，該階段盾構(gòu)切口垂直姿態(tài)從44mm上升至106mm，上升速率5.85mm/m；盾尾從63mm上升至187mm，上升速率11.7mm/m，前后點(diǎn)上升速率基本一致，后端稍快。該階段掘進(jìn)符合增設(shè)擴(kuò)挖刀后姿態(tài)理論變化趨勢(shì)，擴(kuò)挖超過(guò)盾構(gòu)重心前，趨勢(shì)變化基本保持線型變化。

（2）686～698環(huán)，對(duì)應(yīng)里程4094.913～4079.56，該段掘進(jìn)長(zhǎng)度15.353m，該階段盾構(gòu)切口垂直姿態(tài)在96～116mm之間波動(dòng)，盾尾在178～193.6mm之間波動(dòng)，該階段盾構(gòu)垂直姿態(tài)基本保持平穩(wěn)，存在小幅波動(dòng)。

4.2第二階段糾偏情況

為驗(yàn)證第一階段糾偏措施的效果，在停機(jī)位置處進(jìn)行開倉(cāng)換刀作業(yè)。更換刀具12把，其中39#、40#刀具更換為超挖5cm的撕裂刀，更換單刃滾刀8把，更換中心滾刀2把。刀具磨損主要為偏磨。

699環(huán)至725環(huán)推進(jìn)期間，維持原有措施不變情況下進(jìn)行推進(jìn)，盾構(gòu)姿態(tài)由開始的高偏：前/后127.18mm/204.79mm變化到前/后0.22mm/74.64mm（相對(duì)應(yīng)坡度28.912‰）。通過(guò)該階段的糾偏，盾構(gòu)姿態(tài)基本趨于正常。

5　房屋沉降情況

凌云閣酒店最大沉降-10.27mm，后續(xù)通過(guò)地面注漿和隧道內(nèi)二次注漿，基本穩(wěn)定在-8mm左右，未突破沉降控制值-20mm。具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化如圖2。

圖2

6　結(jié)論

（1）停機(jī)地點(diǎn)的選擇：造成八東區(qū)間直接原因?yàn)橥C(jī)點(diǎn)的選擇不當(dāng)和停機(jī)后采取的措施不當(dāng)，停機(jī)位置選擇在全斷面膨脹巖的地質(zhì)條件下，漿液將盾尾包裹，雖采用惰性漿液，但隨著時(shí)間的推移，漿液強(qiáng)度逐漸上漲，且該處泥巖具有一定的膨脹性，加劇了漿液對(duì)盾體的握裹力，從而導(dǎo)致盾體背土現(xiàn)象的發(fā)生。

另一方面停機(jī)點(diǎn)較靠近穿越建筑物，發(fā)現(xiàn)異常后可處置的空間和時(shí)間有限，不能采取有效直接的方法，且面臨風(fēng)險(xiǎn)較大。因此對(duì)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的地點(diǎn)必須嚴(yán)格進(jìn)行論證，同時(shí)在停機(jī)期間應(yīng)注入膨潤(rùn)土和惰性漿液潤(rùn)滑盾體。

（2）增設(shè)超挖刀的利弊：從本次糾偏情況進(jìn)行分析，增加超挖刀為最直接、最有效的方法，可在短時(shí)間內(nèi)起到糾偏的效果，但對(duì)超挖量的大小和超挖刀具的方式還有待考證。特別是穿越建筑物期間，盾構(gòu)糾偏與建筑物的沉降是個(gè)矛盾體。從本次情況看，在原有基礎(chǔ)上超挖3cm基本能夠維持建筑沉降在1cm以內(nèi)，超挖5cm能夠在短期內(nèi)看到糾偏的效果。

（3）推進(jìn)速度的選擇：在糾偏階段，刀具磨損較大，與推進(jìn)速度息息相關(guān)，在糾偏階段速度基本維持在1cm/min以內(nèi)，滾刀刀具的磨損均較大，建議將速度控制在1.5cm/min左右。

（4）上下油壓差及趨勢(shì)的選擇：為保持盾構(gòu)向下趨勢(shì)的形成，上下油壓差基本保持在 280bar左右，同時(shí)必要時(shí)拔出下部油缸的電磁閥，如此情況下才能向下糾偏，但同時(shí)帶來(lái)的后果就是上部管片破裂較多，下部管片環(huán)縫較大，給施工質(zhì)量帶來(lái)一定的影響。就具體趨勢(shì)而言，從整體推進(jìn)過(guò)程分析，趨勢(shì)在維持-18mm/m以下時(shí)，姿態(tài)才能逐漸下行。

（5）管片姿態(tài)的穩(wěn)定：為保證管片在脫出盾尾后不出現(xiàn)大的上浮量，采用5道槽鋼拉緊裝置，使所有的管片形成整體，同時(shí)在脫出盾尾后3環(huán)即開始二次注漿，保證及時(shí)填充上部空隙。

［1］竺維彬，鞠世健.地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源及典型事故的研究［M］.廣州：暨南大學(xué)出版社，2009.

［2］張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］楊書江.富水砂卵石地層盾構(gòu)施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］《地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）.

［5］《建筑變形測(cè)量規(guī)程》（JGJ8-2007）.

趙雷明（1986-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事盾構(gòu)施工技術(shù)管理工作。

U455.4

A

2095-2066（2016）17-0202-02

2016-5-20