任 濤

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 301800）

1 工程概況

石家莊軌道交通3號(hào)線西三莊站—水上公園站位于聯(lián)盟路下，呈東西走向，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，左（右）線區(qū)間隧道起點(diǎn)里程為DK0+513.840，終點(diǎn)里程為DK1+550.800，左線全長(zhǎng)1036.95m（含短鏈），右線全長(zhǎng)1036.96m。線路縱向坡度呈V字坡，最大坡度為22‰（下坡）、20‰（上坡）；隧道最大埋深（至內(nèi)軌頂面）約為22.4m，最小埋深（至內(nèi)軌頂面）14.5m，區(qū)間拱頂穿越地層主要以粉細(xì)砂、中砂、粉質(zhì)黏土為主。右（左）線DK1+088.400處設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道。施工平面圖如圖1所示。

圖1 石家莊軌道交通3號(hào)線西-水盾構(gòu)區(qū)間平面示意圖

2 盾構(gòu)機(jī)選型及設(shè)備應(yīng)用

2.1 盾構(gòu)選型

每種類(lèi)型的盾構(gòu)都具有自己適應(yīng)的地質(zhì)范圍，綜合本區(qū)間的地質(zhì)條件和地面情況，適宜的盾構(gòu)類(lèi)型主要有泥水平衡盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)。泥水與土壓平衡盾構(gòu)比較見(jiàn)表1所示。

表1 泥水盾構(gòu)與土壓盾構(gòu)比較

在眾多的盾構(gòu)類(lèi)型中，土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)性較大，施工速度較高，能有效的控制地表沉降。根據(jù)工程條件、地質(zhì)特點(diǎn)、工期要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外類(lèi)似工程盾構(gòu)的選型經(jīng)驗(yàn)，本工程采用土壓平衡盾構(gòu)。

2.2 盾構(gòu)設(shè)備主要概況

用于本區(qū)間的盾構(gòu)機(jī)為鐵建重工ZTE6250盾構(gòu)機(jī)（編號(hào)：DZ001），該盾構(gòu)機(jī)主要性能特點(diǎn)如下：

（1）總體功能與布局：具備隧道開(kāi)挖、排土、管片襯砌三大主要功能和碴土改良、同步注漿、油脂潤(rùn)滑與密封、通風(fēng)與冷卻、氣體保壓、物料運(yùn)輸、姿態(tài)控制、數(shù)據(jù)采集八大輔助功能；盾構(gòu)總體布局充分考慮人機(jī)工程學(xué)和模塊化設(shè)計(jì)，能很好的完成石家莊地鐵施工任務(wù)。

（2）刀盤(pán)：刀盤(pán)為圓形，采用輻條+面板式結(jié)構(gòu)，開(kāi)口率約45%。刀具包括貝殼刀、切刀、保徑刀、魚(yú)尾中心刀、超挖刀。各種刀具采用超硬的硬質(zhì)合金材料制成的刀頭。主切削刀采用栓接方式安裝在輻條上。

（3）主驅(qū)動(dòng)及主軸承密封裝置：刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)為液壓驅(qū)動(dòng)型式?？偣β?30 kW，額定扭矩5949 kNm，脫困扭矩6843 kNm。主軸承形式為3排圓柱滾子軸承，直徑2820mm，轉(zhuǎn)速0～2.33 rpm。主軸承密封用來(lái)防止砂土和泥水進(jìn)入主軸承和盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，耐壓為4.5 bar。

（4）土壓控制：土壓控制是保持隧道開(kāi)挖面穩(wěn)定、控制地表沉降的主要手段，通過(guò)土艙隔板和螺旋輸送機(jī)上安裝土壓傳感器，配合地面測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)土艙壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)整，正常施工情況下滿(mǎn)足地面最小沉降量控制目標(biāo)要求。

3 盾構(gòu)區(qū)間施工技術(shù)

3.1 端頭加固設(shè)計(jì)

西三莊站盾構(gòu)始發(fā)井及水上公園站接收井地層加固方式為素混凝土莊加袖閥管注漿。西三莊站盾構(gòu)始發(fā)井加固范圍：縱向加固長(zhǎng)度6m；橫向加固寬度為隧道輪廓外3m；加固深度為隧道輪廓外3m。水上公園站接收井加固范圍：縱向加固長(zhǎng)度8m；橫向加固寬度為隧道輪廓外3m；加固深度為隧道輪廓外3m。洞口采用兩排Φ800@1200 C15素混凝土樁，排距700mm，交錯(cuò)布置，樁長(zhǎng)為地面至基坑底一下4.5m。其余區(qū)域采用袖閥管注漿加固地層，注漿管采用Φ48×4mm間距1×1m梅花形布置的塑料袖閥管。

3.2 盾構(gòu)機(jī)吊裝技術(shù)

項(xiàng)目使用的盾構(gòu)機(jī)為鐵建重工公司生產(chǎn)的ZTE6250盾構(gòu)機(jī)（編號(hào)：DZ001），為已有盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)全長(zhǎng)83 m，主機(jī)部件總共重約260 t，后配套部件總共重約200 t。

3.2.1 吊機(jī)選型

盾構(gòu)各部件均從始發(fā)井處的吊裝孔吊入，采用一臺(tái)260t履帶吊。

本次吊裝根據(jù)盾體重量、場(chǎng)地環(huán)境選用的SANY公司SCC2600A型履帶吊，其履帶長(zhǎng)度9.134 m，整機(jī)寬度7.681 m，吊裝時(shí)主臂長(zhǎng)度19.5 m，7 m固定副臂工況。主鉤和副鉤滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)部件的翻轉(zhuǎn)作業(yè)，其外形結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。

圖2 SCC2600A履帶吊結(jié)構(gòu)尺寸圖

3.2.2 吊裝場(chǎng)地承載力計(jì)算

地基承載計(jì)算（以起吊重量97 t最大重量為例）：

SCC2600A吊車(chē)自重及配重總重量為256 t，地基承載力按最大起重量97 t時(shí)計(jì)算，若起吊97t重物地基承載力滿(mǎn)足要求，則其余均滿(mǎn)足。吊車(chē)自重及配重總重量為256 t，最大件重量：97 t。吊車(chē)主鉤和鋼絲繩重量：5 t，合計(jì)：358 t。

履帶吊的兩條履帶板均勻受力，反力最大值可按下列公式計(jì)算：

其中P吊車(chē)自重，Q為起重量，a為動(dòng)載系數(shù)，按a=1.1計(jì)算，得：

吊車(chē)承力面積（兩條履帶板下部鋪設(shè)20mm厚的鋼板，履帶與地面接觸面積為長(zhǎng)為8.5m、寬1.22m）

吊車(chē)起吊對(duì)場(chǎng)地的均布荷載為：P= RMAX/S =3274kN/20.74m2=189.87kPa

吊車(chē)起吊按單側(cè)履帶板不均布載荷對(duì)場(chǎng)地荷載取均布載荷1.5倍：

所以，單位面積的地基承載需求為284.8 kPa。吊裝作業(yè)內(nèi)的地基處理后需滿(mǎn)足單位面積承載力大于284.8 kPa，則地基承載力滿(mǎn)足要求。

3.2.3 盾構(gòu)機(jī)吊裝

以臺(tái)車(chē)下井為例講述吊裝過(guò)程，其他類(lèi)似。臺(tái)車(chē)下井時(shí)，用4根鋼絲繩與臺(tái)車(chē)的四個(gè)吊耳連接，起吊后的臺(tái)車(chē)保持平穩(wěn)，指揮司索工指揮履帶吊司機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)臂、趴臂動(dòng)作，將臺(tái)車(chē)移動(dòng)到井口上方，履帶吊緩慢落鉤，將臺(tái)車(chē)吊裝就位，用電瓶車(chē)?yán)骄畠?nèi)相應(yīng)位置。下降過(guò)程中用牽引繩控制其擺動(dòng)，防止碰撞，如圖3所示。

圖3 臺(tái)車(chē)下井示意圖

3.3 盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)

3.3.1 盾構(gòu)正常掘進(jìn)操作控制

盾構(gòu)完成100m始發(fā)段掘進(jìn)后，進(jìn)入盾構(gòu)正常掘進(jìn)施工階段。根據(jù)土壓平衡工況的特點(diǎn)，確定并保持合理的土倉(cāng)壓力是關(guān)鍵因素。因此，土壓平衡工況中掘進(jìn)參數(shù)的確定是以土倉(cāng)壓力為基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)考慮。

（1）土倉(cāng)壓力值P的選定

P值應(yīng)能與地層土壓力和靜水壓力相平衡，設(shè)刀盤(pán)中心地層靜水壓力、土壓力之和為PO，PO=γ·h（γ—土的平均重度，h—刀盤(pán)中心至地表的垂直距離），則P=K·PO（K—土的側(cè)向靜止土壓力系數(shù)）。

（2）出碴量的控制

每環(huán)理論出碴量（實(shí)方）為：

V1=π（6.28/2）2×1.2=37.2 m3/環(huán)，虛方約為實(shí)方的1.2倍，約45 m3/環(huán)。

（3）推進(jìn)速度

盾構(gòu)始發(fā)在試驗(yàn)段推進(jìn)速度在正常情況下為10～30mm/min，并根據(jù)地面測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)正面中心土壓力。

3.3.2 盾構(gòu)軸線控制

軸線控制是盾構(gòu)法隧道施工的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，采用人機(jī)互動(dòng)的方式進(jìn)行嚴(yán)格控制。鑒于盾構(gòu)推進(jìn)結(jié)束后，由于同步注漿漿液需要一段時(shí)間才能初凝，因此管片都會(huì)有一定程度的上浮。因此掘進(jìn)姿態(tài)宜控制盾構(gòu)在設(shè)計(jì)軸線稍靠下位置，并保持一個(gè)大致不變的俯仰角。曲線段掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)在進(jìn)入曲線前預(yù)留靠曲線內(nèi)側(cè)的偏移量。根據(jù)掌子面地層情況應(yīng)及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，調(diào)整掘進(jìn)方向時(shí)應(yīng)設(shè)置警戒值與限制值，達(dá)到警戒值時(shí)就應(yīng)該實(shí)行糾偏程序，計(jì)算糾偏曲線，糾偏時(shí)姿態(tài)調(diào)整參照糾偏曲線進(jìn)行；糾偏作業(yè)必須在確保管片相對(duì)盾構(gòu)機(jī)處在一良好狀態(tài)時(shí)方可進(jìn)行。

3.3.3 管片拼裝

本工程所用管片分為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)環(huán)及右轉(zhuǎn)環(huán)3種，以適應(yīng)盾構(gòu)掘進(jìn)線型，施工時(shí)需根據(jù)需要選擇合適的管片，在管片拼裝過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)上的工藝順序進(jìn)行操作，控制好管片的拼裝質(zhì)量。

（1）管片運(yùn)達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，在地面上按拼裝順序排列堆放，按規(guī)定粘貼止水密封條及傳力襯墊；

（2）將檢查合格后已粘貼防水材料的管片及連接管片的螺栓和配件、墊片等，用龍門(mén)吊運(yùn)送到井下，放在管片車(chē)上，由電瓶車(chē)運(yùn)送至工作面；

（3）管片拼裝前，清除管片表面上的灰砂等雜物；

（4）拼裝前應(yīng)保證拼裝設(shè)備安全可靠；

（5）對(duì)上一環(huán)的環(huán)面質(zhì)量進(jìn)行檢查和確認(rèn)，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和盾尾間隙，選擇合適的管片拼裝點(diǎn)位。

3.3.4 盾構(gòu)接收

在掘進(jìn)至接收洞門(mén)50 m時(shí)，即進(jìn)入盾構(gòu)接收階段。在接收前，及時(shí)對(duì)隧道軸線進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)盾構(gòu)位置，掌握洞門(mén)段線形。加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)和隧道線形測(cè)量，及時(shí)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行糾偏，確保盾構(gòu)順利貫入洞門(mén)。根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，將上、下鉸接千斤頂行程控制在40～60 mm之間，左、右鉸接千斤頂行程控制在40～80 mm之間。洞門(mén)鑿除完畢后，盾構(gòu)開(kāi)始推進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

石家莊軌道交通3號(hào)線西三莊站-水上公園站盾構(gòu)區(qū)間施工為盾構(gòu)法施工，本文從盾構(gòu)機(jī)選型及盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)始進(jìn)行了講述。詳細(xì)的介紹了盾構(gòu)區(qū)間施工的主要控制技術(shù)，將吊裝的方法和管片拼裝技術(shù)進(jìn)行了闡述，施工中采用了上述方法，按時(shí)按質(zhì)的完成了施工任務(wù)，取得了很好的效果并有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。