關(guān)于盾構(gòu)斜穿既有地鐵線路施工技術(shù)的研究

龍廣山

（中國鐵建十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 武漢 430000）

1 引言

隨著城市地鐵系統(tǒng)的建設(shè)，常有新建地鐵隧道斜穿既有隧道的狀況，新建隧道的盾構(gòu)施工必將對既有隧道產(chǎn)生不理影響。若不能考慮并避免新建工程盾構(gòu)施工對既有隧道的影響，可能致使既有地鐵線路產(chǎn)生不均勻沉降，甚至有導(dǎo)致既有隧道塌方，使兩條隧道都產(chǎn)生安全事故。

2 盾構(gòu)機(jī)的概述

2.1 盾構(gòu)機(jī)的工作原理

盾構(gòu)機(jī)的外觀是一個由各種構(gòu)件組成的鋼柱體，沿著事先確定的軸線推進(jìn)挖掘并加固，一條隧道就這樣形成。這個鋼柱體的外殼在發(fā)掘過程中對洞壁發(fā)揮著支撐保護(hù)作用，承擔(dān)著周圍土壓力，地下水壓等，挖圖、運(yùn)土、砌襯都在外殼保護(hù)下進(jìn)行。

2.2 基本構(gòu)造

盾構(gòu)機(jī)的基本構(gòu)造是由護(hù)盾外殼、掘土構(gòu)件、推進(jìn)構(gòu)件、排土構(gòu)件、砌襯構(gòu)件和輔助構(gòu)件自稱。護(hù)盾是由切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾部件組裝；挖掘構(gòu)件是由刀頭（刀盤）以及支撐構(gòu)件組裝；推進(jìn)部分是由液壓推進(jìn)設(shè)備（油泵、馬達(dá)、油壓千斤頂）組裝；排土部分是由泥漿泵和管道組裝；砌襯部分是管片自動組裝機(jī)械手；輔助部分是由壁后灌漿設(shè)施、導(dǎo)向測量及控制設(shè)施等組成。

2.3 盾構(gòu)機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

盾構(gòu)機(jī)從無到有至現(xiàn)在的發(fā)展壯大歷經(jīng)180多年。尤其在近30年來，由于技術(shù)的進(jìn)步，使盾構(gòu)機(jī)有了更好的發(fā)展。例如由于密封技術(shù)的進(jìn)步，能確保開挖部分的穩(wěn)定性同時加強(qiáng)隧道洞壁的強(qiáng)度并將地表的塌陷控制在一定程度內(nèi)；刀盤使用壽命延長并且更換更簡單方便；在施工條件惡劣位置的施工技術(shù)及機(jī)械能力的強(qiáng)化使這些位置的施工不再是難題。盾構(gòu)機(jī)作為一門施工前沿技術(shù)，早在20世紀(jì)50年代中期我國就開始研制盾構(gòu)機(jī)。但是在國內(nèi)盾構(gòu)機(jī)市場上，依舊是國外企業(yè)的天下，在2002年我國第一個盾構(gòu)“863”計(jì)劃起航，歷經(jīng)艱難險阻，克服重重難關(guān)。終于在2008年，中鐵隧道局生產(chǎn)出了我國手臺復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)。而經(jīng)過近幾年的飛速發(fā)展，已經(jīng)有中國鐵建重工集團(tuán)有限公司、中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司、中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司、遼寧三三工業(yè)有限公司等公司能自主生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，產(chǎn)品出口至馬來西亞、新加坡、印度、中東等國家及地區(qū)，并成功進(jìn)入歐洲。我國盾構(gòu)機(jī)企業(yè)經(jīng)歷了從學(xué)徒到教練的轉(zhuǎn)變。去年，中鐵裝備盾構(gòu)機(jī)訂單量位居國內(nèi)第一，世界第二，海外訂單超過20%。國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，已成為繼中國高鐵之后另一張中國建設(shè)行業(yè)的名片，圖1為現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造示意圖。

3 地鐵盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)

3.1 曲線施工

隨著城市交通軌道網(wǎng)的不斷擴(kuò)大和地鐵系統(tǒng)的建設(shè)，地鐵隧道必將出現(xiàn)曲線部分或交叉穿越部分。另外，當(dāng)?shù)罔F的設(shè)計(jì)付諸實(shí)施時，不免出現(xiàn)躲避原有建筑的情況，因此會出現(xiàn)改變地鐵原有設(shè)計(jì)的情形甚至出現(xiàn)曲線地鐵的情況。這就使盾構(gòu)施工面對更多的難題。所以，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)有滿足曲線施工的功能。在實(shí)際施工中，為了縮小曲線施工對土體的影響，一般會在曲線施工段采用楔形管片施工。

圖1 現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造示意圖

3.2 加泥及加泡沫系統(tǒng)

在施工時，盾構(gòu)機(jī)挖掘的土體中含有的黏土、沙土?xí)谕羵}中拌和，可能附著在刀盤上，出現(xiàn)粘刀的狀況。所以，應(yīng)在盾構(gòu)施工時附加加泥以及泡沫系統(tǒng)。面對不同地質(zhì)時還要改用塑流化的改性材料，以達(dá)到加強(qiáng)挖掘的土體在土倉內(nèi)的塑流性的目的。應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)可以更好的調(diào)整開挖面水土壓力，促使盾構(gòu)機(jī)的排土功能的順利運(yùn)行，加強(qiáng)了盾構(gòu)機(jī)在面對不同地質(zhì)狀況時的適應(yīng)性能。

3.3 減少盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)阻力

應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)狀況調(diào)整錘擊數(shù)值的高低，刀盤外徑的大小、切削刀的最大切削軌跡外徑和盾構(gòu)機(jī)外徑，這三個外徑尺寸有著些許差別。如果調(diào)整不標(biāo)準(zhǔn)，將會增大推進(jìn)阻力，降低盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度，致使工程進(jìn)度減緩。所以，在計(jì)算主切削刀最大軌跡外徑時，應(yīng)使其比盾構(gòu)機(jī)外徑略大；應(yīng)計(jì)算適當(dāng)?shù)牡毒咔邢魃疃?，正確布置刀盤刀圈刀具。這樣能減小盾構(gòu)機(jī)部件間摩擦阻力，縮小推進(jìn)阻力、切削震動，也不會對盾構(gòu)機(jī)的挖掘能力產(chǎn)生影響。

3.4 盾構(gòu)機(jī)機(jī)體接收

實(shí)際施工時，為了減少地下水滲漏情況的發(fā)生。在塌方土層清除以后，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)及時推進(jìn)；當(dāng)?shù)侗P通過防水幕簾后，立刻收縮防水幕簾壓板上的鋼絲繩，使防水幕簾壓緊盾構(gòu)機(jī)前盾的盾體；然后，讓盾構(gòu)機(jī)勻速前進(jìn)，在注漿結(jié)束，注漿液凝固，風(fēng)水管片安裝完成后，盾構(gòu)機(jī)按正常速度前進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)拆分出洞，盾構(gòu)機(jī)接收完成。

4 交叉隧道問題

根據(jù)國內(nèi)研究表明，對于斜插交叉隧道，新建隧道對既有隧道的產(chǎn)生影響大多是進(jìn)入進(jìn)入既有隧道8m范圍之內(nèi)時發(fā)生。在新建隧道的盾構(gòu)推進(jìn)時，既有隧道的砌襯產(chǎn)生了起鼓現(xiàn)象，這是盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)力致使土體壓縮產(chǎn)生的，所以施工時要精密計(jì)算盾構(gòu)機(jī)的工作參數(shù)。隨著新建隧道盾構(gòu)機(jī)向既有隧道靠近，既有隧道砌襯的形變與盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向相同。從豎向位移和水平位移可得到，既有隧道受新建隧道施工影響段落會在新建隧道兩側(cè)幾十米的范圍內(nèi)，即處于這個范圍之內(nèi)的既有隧道砌襯都會產(chǎn)生水平位移以及豎向位移。斜插隧道對既有隧道的影響，推進(jìn)力對既有隧道的最大主拉應(yīng)力影響最大。因?yàn)橐话愕罔F隧道用素混凝土砌襯，所以既有隧道的砌襯在新建隧道盾構(gòu)施工的影響下將會產(chǎn)生裂隙，應(yīng)該對既有隧道的砌襯進(jìn)行增強(qiáng)施工。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)前進(jìn)，通過既有隧道時，既有隧道的砌襯豎向位移達(dá)到最大，處于新建隧道的的正上方。而既有隧道砌襯的水平位移則沿著新建隧道盾構(gòu)施工方向。最大主拉應(yīng)力以及最大主壓應(yīng)力在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到既有隧道正下方時產(chǎn)生。所以在盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)的同時應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場檢測，防止出現(xiàn)塌方導(dǎo)致對既有隧道產(chǎn)生破壞性損失。

盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)力時導(dǎo)致既有隧道砌襯開裂變形的最主要原因，所以在盾構(gòu)施工時應(yīng)嚴(yán)格把控盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)力數(shù)值，避免出現(xiàn)既有隧道砌襯開裂現(xiàn)象的產(chǎn)生。經(jīng)已有施工實(shí)例可看出，新建隧道盾構(gòu)機(jī)穿越既有隧道時，對既有隧道的軌底傾斜影響不多。但一定要注意的時，在盾構(gòu)施工穿過既有隧道時，應(yīng)持續(xù)并且緩慢的進(jìn)行。通過對既有的施工實(shí)例分析可看出，砌襯經(jīng)過增強(qiáng)的既有隧道對新建隧道盾構(gòu)施工有著很大的抵抗形變的能力，并且砌襯最大主拉應(yīng)力也比增強(qiáng)前小，而整個隧道收盾構(gòu)施工影響的主拉應(yīng)力范圍也縮小了，這種現(xiàn)象有利于控制既有隧道的形變。

在新建隧道向既有隧道前進(jìn)時，推進(jìn)力及穩(wěn)定比的掌控將影響著既有隧道的形變。在這個過程中，需要慢慢縮小推進(jìn)力，調(diào)整穩(wěn)定比，加強(qiáng)對既有隧道的監(jiān)控，嚴(yán)格把控盾構(gòu)施工的參數(shù)數(shù)值，從而降低既有隧道產(chǎn)生形變的可能。新建隧道的盾構(gòu)機(jī)通過既有隧道以后，注漿壓力就成為減小既有隧道的形變的主要措施。這時，控制注漿壓力成為確保工程質(zhì)量的主要措施。

5 結(jié)束語

隨著地鐵系統(tǒng)的完善，在既有隧道下方建設(shè)新增地鐵線路的情況時有發(fā)生。而保證新建隧道施工的安全、確保既有隧道的運(yùn)營安全則時需要面對的最大難題。這不僅考驗(yàn)著建設(shè)工程的質(zhì)量，更將影響到人民群眾的生命財產(chǎn)安全。所以在施工過程中，不僅要降低兩條隧道交接時盾構(gòu)施工的速率，也要加強(qiáng)對既有隧道的監(jiān)控，才能出色完成整個工程。

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[2]何川，蘇宗賢，曾東洋.地鐵盾構(gòu)隧道重疊下穿施工對上方已建隧道的影響[J].土木工程學(xué)報，2008（3）：91～98.

[3]胡新朋，孫謀，王俊蘭.盾構(gòu)隧道穿越既有建筑物施工應(yīng)對技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006（6）：60～65.