盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)異常情況下糾偏技術(shù)研究

馮曉偉/FENG Xiao-wei

（中鐵七局集團(tuán)西安鐵路工程有限公司，遼寧 大連 116037）

1 工程概況

大連地鐵泉水東站-前鹽站區(qū)間盾構(gòu)右線長(zhǎng)730.177m，左線長(zhǎng)670.756m，區(qū)間內(nèi)設(shè)置1 個(gè)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道。全線覆土厚度16.9～25.4m，采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)開(kāi)挖直徑6 470mm，管片外徑6 200mm、內(nèi)徑5 500mm，厚350mm，環(huán)寬1 200mm，平面曲線半徑650m。自前鹽站向泉水東站為單向下坡，在0 環(huán)～21 環(huán)為-2‰的縱坡，22 環(huán)～544 環(huán)為-10.8‰的縱坡，545 環(huán)～558環(huán)為-2‰的縱坡。本場(chǎng)地的地層為素填土、黏土、全風(fēng)化頁(yè)巖、強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖、中風(fēng)化頁(yè)巖、全風(fēng)化石灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r。盾構(gòu)穿越少部分軟巖和較硬巖，中風(fēng)化石灰?guī)r石單軸抗壓強(qiáng)度為40MPa。勘察場(chǎng)地地下水類型分為基巖裂隙水、巖溶水。勘察期間穩(wěn)定地下水埋深16.0～25.1m，水位高程2.8～13.7m，地下水量較小。

2 異常情況描述

2.1 姿態(tài)變化（表1）

表1 盾構(gòu)導(dǎo)向系統(tǒng)顯示垂直偏差

2.2 異常地質(zhì)情況

第25 環(huán)～第70 環(huán)隧道范圍內(nèi)存在3 處較大溶洞（寬12m 以上，高8m 以上），溶洞均貫穿隧道洞身范圍，且經(jīng)過(guò)研究掘進(jìn)參數(shù)及開(kāi)倉(cāng)查看掌子面情況分析，盾構(gòu)在25 環(huán)～44 環(huán)掘進(jìn)中處于上硬下軟地層，上硬下軟地層隧道上部巖層較完整，屬較硬-堅(jiān)硬巖，隧道下部巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象較明顯，在此段掘進(jìn)完成進(jìn)行管片拼裝時(shí)由于地層承載力不足，盾體由于自重下沉（每環(huán)平均下沉約為5～8mm）。第45 環(huán)之后處于軟硬不均、不斷變化的地層。

2.3 設(shè)計(jì)變坡點(diǎn)姿態(tài)調(diào)整

里程ZK20+447.739（第21 環(huán)）為設(shè)計(jì)變坡點(diǎn)，由-2‰變?yōu)?10.8‰，在姿態(tài)調(diào)整過(guò)程中，未考慮地質(zhì)因素，直接調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，再加上該段為上硬下軟且存在溶洞的地層，最終導(dǎo)致垂直方向姿態(tài)偏差過(guò)大。

3 糾偏處理措施

1）糾偏前應(yīng)對(duì)措施 ①測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保導(dǎo)向系統(tǒng)準(zhǔn)確；②加強(qiáng)管片姿態(tài)測(cè)量頻率；③復(fù)測(cè)盾構(gòu)特征點(diǎn)，確保盾體實(shí)際姿態(tài)與導(dǎo)向系統(tǒng)的一致性；④采取措施進(jìn)行初步糾偏，調(diào)整上（D 組）下（B 組)油缸壓力，推進(jìn)過(guò)程前進(jìn)反力主要由下部B 組油缸提供；⑤緩慢調(diào)整鉸接千斤頂上下行程差，調(diào)整盾體垂直趨勢(shì)；⑥嚴(yán)控出渣量，每環(huán)出渣不超過(guò)50m3；⑦推進(jìn)過(guò)程，加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)和巡視，推進(jìn)過(guò)程中地面24h 有安全員值班；⑧盾體下部地層較軟，需連續(xù)、平穩(wěn)掘進(jìn)，不得隨意停機(jī)。

2）糾偏中處理措施 ①在糾偏推進(jìn)時(shí)，密切關(guān)注各分區(qū)油壓數(shù)值、千斤頂伸長(zhǎng)量變化的快慢程度、土倉(cāng)壓力、刀盤扭矩、掘進(jìn)出渣量、螺旋機(jī)壓力值、管片背后注漿的壓力和方量及自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)給出的盾構(gòu)實(shí)時(shí)姿態(tài)，根據(jù)以上參數(shù)的數(shù)據(jù)，分析盾構(gòu)掘進(jìn)所處地層情況，從而采取相對(duì)應(yīng)的糾偏措施；②在推進(jìn)過(guò)程中主要使用下部（B組）油缸提供推力，糾偏時(shí)下部（B 組）油缸推進(jìn)壓力控制在300～320bar，上部（D 組）油缸推進(jìn)壓力控制在5～15bar，待趨勢(shì)變化值由負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，逐步減小下部油缸推進(jìn)壓力，適當(dāng)加大上部油缸推進(jìn)壓力；③在推進(jìn)時(shí)調(diào)整鉸接千斤頂?shù)男谐绦杞?jīng)測(cè)量人員復(fù)核盾構(gòu)特征點(diǎn)及管片姿態(tài)后方可進(jìn)行此項(xiàng)操作，當(dāng)調(diào)整完鉸接千斤頂后，根據(jù)盾構(gòu)上位機(jī)顯示的行程計(jì)算行程差，求出鉸接角度，再根據(jù)上位機(jī)盾構(gòu)實(shí)時(shí)姿態(tài)，確保下一步的推進(jìn)操作，糾偏階段鉸接千斤頂上下行程差逐步調(diào)整至20～30mm，糾偏完成后再逐步縮小上下行程差；④每環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行同步注漿，注漿量每環(huán)6m3，注漿過(guò)程中只使用下部注漿管，若注漿量達(dá)到6m3，但注漿壓力未達(dá)到1.2bar，需繼續(xù)補(bǔ)充注漿，過(guò)程中注漿壓力最大不超過(guò)3bar，同時(shí)避免漿液進(jìn)入盾構(gòu)的土倉(cāng)中；⑤掘進(jìn)過(guò)程中總推力：1 200～1 500t，刀盤扭矩：2 500～3 500kNm，推進(jìn)速度：5～15mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速：1.5～1.6rpm，糾偏量控制在5mm/環(huán)以內(nèi)，趨勢(shì)變化值在±4mm/m 以內(nèi)；⑥糾偏過(guò)程中，管片對(duì)盾構(gòu)糾偏提供作用力和保障，所以在糾偏過(guò)程中需注意對(duì)管片的保護(hù)，在掘進(jìn)過(guò)程中要不斷加強(qiáng)管片螺栓的復(fù)緊，同時(shí)根據(jù)掘進(jìn)情況適當(dāng)注入雙液漿以便于穩(wěn)定管片。

3）糾偏后預(yù)防措施 ①對(duì)第25 環(huán)～第80 環(huán)范圍內(nèi)的管片進(jìn)行二次注漿，二次注漿過(guò)程中嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿壓力最大不超過(guò)4bar，通過(guò)二次注漿填充管片壁后空隙，防止管片移動(dòng)造成管片的破損及錯(cuò)臺(tái)；②在巖溶物探勘察的基礎(chǔ)上，對(duì)后續(xù)施工的地層進(jìn)行地質(zhì)鉆孔勘察，沿隧道方向每間隔5m 布置1 個(gè)孔，孔深30～35m，對(duì)鉆孔取出的芯樣進(jìn)行分析，對(duì)存在溶洞的區(qū)域及時(shí)進(jìn)行袖閥管注漿處理，注漿完成28 天后再次鉆孔取芯驗(yàn)證注漿加固效果；③在后續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)司機(jī)嚴(yán)格按照掘進(jìn)指令操作，如遇地質(zhì)發(fā)生變化及時(shí)上報(bào)分析，調(diào)整參數(shù)后方可掘進(jìn)；④加強(qiáng)對(duì)第25 環(huán)～第80 環(huán)的管片進(jìn)行管片姿態(tài)復(fù)測(cè)，及時(shí)分析管片姿態(tài)變化，同時(shí)加強(qiáng)地面監(jiān)控量測(cè)，防止因二次注漿出現(xiàn)管片大幅度上浮及地面隆起。

4 糾偏結(jié)果及總結(jié)

在第44 環(huán)至第45 環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中，趨勢(shì)變化值由-1mm/m 變化到2mm/m，垂直偏差開(kāi)始逐步向-50mm 以內(nèi)趨近，最終糾偏至第77 環(huán)時(shí)盾構(gòu)前點(diǎn)垂直偏差為-42mm、后點(diǎn)垂直偏差為-48mm。通過(guò)采用上述糾偏措施，順利完成了糾偏施工任務(wù)，但在糾偏后期盾構(gòu)“抬頭”趨勢(shì)過(guò)大，垂直偏差變化較大且難以控制，在后續(xù)類似施工時(shí)應(yīng)根據(jù)糾偏方案中的線路擬合嚴(yán)格控制每環(huán)糾偏量，若糾偏量過(guò)大應(yīng)及時(shí)采取措施調(diào)整上下部推進(jìn)油缸壓力差或調(diào)節(jié)鉸接油缸行程等進(jìn)行控制。