王冬冬

中鐵隧道股份有限公司，中國·河南 鄭州 450000

1 引言

在掘進(jìn)隧道中，盾構(gòu)機(jī)如果長時間停機(jī)將會面臨以下風(fēng)險(xiǎn)：一是地表沉降超限風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的可能會引起地面塌陷，進(jìn)而導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物發(fā)生變形、沉降、傾斜、開裂等，危及公共安全；二是盾構(gòu)機(jī)自身風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)整體下沉和機(jī)頭栽頭現(xiàn)象；盾尾密封、鉸接密封漏水，嚴(yán)重的可能會涌泥；盾構(gòu)機(jī)與周圍土體固結(jié)，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)被裹死；泡沫失效，渣土流動性差，復(fù)推困難。

論文采用各項(xiàng)舉措完全規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)長時間停機(jī)過程中可以“穩(wěn)得住、推的走”的目標(biāo)。

2 工程概況

2.1 工程范圍

關(guān)山大道站～終點(diǎn)區(qū)間為雙洞單線隧道（屬于十一號線東段二期工程），線路出關(guān)山大道站后沿雄楚大街向東地下敷設(shè)，途經(jīng)雄楚大街高架橋、藍(lán)晶國際地塊、明玉路西BRT 天橋、光谷大道BRT 天橋，斜穿光谷陸景苑小區(qū)地塊后至本區(qū)間終點(diǎn)。區(qū)間終點(diǎn)設(shè)關(guān)山大道站～光谷火車站區(qū)間中間風(fēng)井，屬于一期工程，風(fēng)井兼聯(lián)絡(luò)通道及泵房，同時作為一期盾構(gòu)接收井，二期盾構(gòu)始發(fā)井。

區(qū)間隧道縱斷面線路出關(guān)山大道站后以6‰坡度上行400m 至本區(qū)間最高點(diǎn)，然后分別以10.68‰、20‰縱坡下行至區(qū)間終點(diǎn)，最大坡度20‰，線路平面最小曲線半徑為450m，線間距為15.5～22.8m。采用平板型鋼筋混凝土管片襯砌，管片外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，厚度350mm，環(huán)寬1.5m。左線長度1549.734m，計(jì)1033 環(huán)；右線長1531.33m，計(jì)1021 環(huán)。區(qū)間線路平面示意見圖1。

圖1 區(qū)間線路平面示意圖

區(qū)間所在地段除光谷陸景苑東側(cè)小型山丘區(qū)域?qū)賱兾g丘陵區(qū)外，其他地段屬剝蝕堆積垅崗區(qū)（相當(dāng)于長江沖洪積III 級階地）。

2.2 總體施工部署

區(qū)間采用兩臺土壓平衡盾構(gòu)機(jī)先后從終點(diǎn)豎井下井組裝、組裝調(diào)試完畢后掘進(jìn)至關(guān)山大道站端頭井，解體吊出、拆卸離場。左線選用海瑞克S576 盾構(gòu)機(jī)、右線選用海瑞克S217 盾構(gòu)機(jī)，刀盤直徑均為6480mm。

因受征地拆遷影響，關(guān)山大道站接收端頭無法按期提供盾構(gòu)接收條件。關(guān)～終區(qū)間左右線將暫停掘進(jìn)施工進(jìn)行長時間停機(jī)，待車站端頭結(jié)構(gòu)完工，再實(shí)現(xiàn)洞通目標(biāo)。

3 停機(jī)施工概述

3.1 停機(jī)位置確定

結(jié)合后期施工組織安排，依據(jù)地層及沿線地表周邊環(huán)境情況，左線考慮選擇2 個停機(jī)點(diǎn)，即第960 環(huán)管片拼裝過后，第990 環(huán)管片拼裝過后作為盾構(gòu)長時間停機(jī)位置；右線選擇1 個停機(jī)點(diǎn)，即第930 環(huán)管片拼裝過后作為盾構(gòu)長時間停機(jī)位置。左線第一個停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)縱斷面見圖2，左線第一個停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)縱斷面見圖3，右線第一個停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)縱斷面見圖4。

圖2 左線第一個停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)縱斷面圖

圖4 左線第一個停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)縱斷面圖

3.2 停機(jī)位置地質(zhì)及水文情況

第一，左、右線停機(jī)點(diǎn)刀盤開挖面均為黏土夾碎石、紅黏土地層，其皆具有弱膨脹潛勢，有一定的吸水膨脹和失水收縮的特性，對隧道洞壁的穩(wěn)定性有一定影響。停機(jī)區(qū)域地下水主要分為上層滯水、巖溶裂隙水兩種類型，地表水系無分布。

第二，左右線停機(jī)位置位于巖溶區(qū)，依據(jù)本區(qū)間詳勘及巖溶專勘報(bào)告，綜合判定場地內(nèi)巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育。溶洞頂板至隧道底板距離最小約3m 左右。

3.3 停機(jī)位置地表環(huán)境情況

左右線停機(jī)位置均位于雄楚大道高架南側(cè)，線路平面均處于直線段，縱向均處于6‰下坡段。

停機(jī)位置周邊環(huán)境情況見圖5。

圖5 停機(jī)位置周邊環(huán)境情況

3.4 重難點(diǎn)分析

在掘進(jìn)隧道中，盾構(gòu)機(jī)如果長時間停機(jī)將會面臨以下風(fēng)險(xiǎn)：一是地表沉降超限風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的可能會引起地面塌陷，進(jìn)而導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物發(fā)生變形、沉降、傾斜、開裂等，危及公共安全；二是盾構(gòu)機(jī)自身風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)整體下沉和機(jī)頭栽頭現(xiàn)象；盾尾密封、鉸接密封漏水，嚴(yán)重的可能會涌泥；盾構(gòu)機(jī)與周圍土體固結(jié)，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)被裹死；泡沫失效，渣土流動性差，復(fù)推困難[1]。

3.5 停機(jī)施工措施

3.5.1 溶洞處理

停機(jī)前已按照設(shè)計(jì)要求的溶洞處理原則，先后對溶洞進(jìn)行了探邊和注漿，完成了溶洞處理。

3.5.2 姿態(tài)控制措施

3.5.3 土倉壓力控制措施

停機(jī)階段，刀盤覆土約11.3m，刀盤開挖面內(nèi)大都為⑩-1a粘土夾碎石、-2紅黏土地層。根據(jù)本區(qū)間同類地層的掘進(jìn)參數(shù)分析，此地層適宜采用淺埋隧道公式計(jì)算頂部土倉壓力對地表環(huán)境情況較為有利。

土倉壓力設(shè)定值為：σ 初步設(shè)定=σ 水平側(cè)向力＋σ水壓力＋σ 預(yù)備

淺埋隧道土壓計(jì)算：σ 水平側(cè)向力取靜止土壓力，σ靜止土向力=k γh；σ 水壓力=k γh；σ 預(yù)備=0.2bar。σ 初步設(shè)定=0.86+0.4+0.2=1.46bar。控制指標(biāo)選為1.46±0.2=1.26～1.66bar。

為了避免地表沉降超限風(fēng)險(xiǎn)，同時減小盾構(gòu)機(jī)自身風(fēng)險(xiǎn)，綜合考慮，盾構(gòu)機(jī)長時間停機(jī)階段擬采用氣壓+渣土的方式保壓，必要時適當(dāng)補(bǔ)充膨潤土，即將土倉內(nèi)渣土留存2/3，上部依靠壓縮空氣，保證掌子面的穩(wěn)定[2]。

停機(jī)過程中時刻對土倉壓力進(jìn)行監(jiān)視，根據(jù)不同的土倉壓力下降速度，采取不同的處理措施，見表1。

表1 土壓控制措施

3.5.4 防“裹死”措施

停機(jī)前最后50cm 掘進(jìn)時，將同步注漿液水泥砂漿調(diào)整為膨潤土漿液，避免水泥漿凝固后將盾尾包裹，造成盾體卡殼。停機(jī)時每間隔15 天將刀盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動一次即可（轉(zhuǎn)速采用1 轉(zhuǎn)/min，正反轉(zhuǎn)各轉(zhuǎn)2min），防止倉內(nèi)渣土水分散失，泡沫劑失效等等，將刀盤“卡死”。

3.5.5 盾尾密封措施

盾構(gòu)停機(jī)前5 環(huán)開始增加盾尾油脂壓注量，取值為本區(qū)間同類地層每環(huán)正常掘進(jìn)注入量的1.2～1.5 倍；停機(jī)后再針對之前掘進(jìn)過程中易出現(xiàn)漏漿位置額外壓注盾尾油脂5～7kg/處。長時間停機(jī)期間，即使在不出現(xiàn)異常情況下，仍然每周補(bǔ)壓一次盾尾油脂保證足量、均勻壓注（單次取值10kg 左右），防止油脂失效[3]。

3.5.6 止水環(huán)箍注漿封堵措施

第一，注漿位置。

到達(dá)待機(jī)位置后，在倒數(shù)第5 環(huán)進(jìn)行二次注漿（首先要判斷此處同步注漿漿液是否凝固，避免在未凝固情況下，進(jìn)行二次注漿），形成一個完整的封閉環(huán)。

第二，漿液類型。

注漿漿液采用雙液漿，漿液凝固時間為1～2min，雙液漿的初步配比見表2。

表2 雙液漿漿液初步配比表

第三，注漿孔位及注漿量。

封堵注漿時需注5個點(diǎn)位，分布于隧道頂部、左上、右上、左下、右下位置（可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整）。注漿自下而上進(jìn)行，停止注漿判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

若頂部、左上、右上每孔注漿量達(dá)到0.5m3，左下、右下每孔注漿量達(dá)到0.25m3可停止注漿；注漿壓力達(dá)到0.4Mpa時，可停止注漿。

第四，注漿方法。

預(yù)留注漿孔上安裝球閥后，再進(jìn)行開孔，避免有砂漿、地下水涌出時不能及時封堵，之后開始注漿管路連接，待漿液準(zhǔn)備到位，確認(rèn)管路通暢后開始注漿作業(yè)。

第五，注漿效果檢查。

注漿完成間隔足夠時間，再次打開注漿孔進(jìn)行注漿效果檢查，先打開下部注漿孔，然后打開上部注漿孔，若注漿孔無流水及其他現(xiàn)象，說明注漿已達(dá)到效果。若發(fā)現(xiàn)漏水及其他現(xiàn)象，則再次進(jìn)行補(bǔ)充注漿封堵，確保達(dá)到封堵效果。

3.5.7 鉸接密封處的防水防沙措施

停機(jī)前將鉸接千斤頂回縮至居中狀態(tài)（4～8cm），保證盾體與鉸接之間嚴(yán)密接觸，并合理地通過調(diào)整螺栓調(diào)整密封松緊度，保證鉸接部位的密封良好不漏水、漏氣。

3.5.8 管理措施

停機(jī)階段采取“停機(jī)、不停工”形式，嚴(yán)格執(zhí)行停機(jī)制度實(shí)行兩班倒24 小時工作制，關(guān)鍵崗位按要求填寫值班記錄表；同時采取領(lǐng)導(dǎo)帶班制度，對值守情況定期不定期查崗，防止脫崗、漏崗。

3.5.9 監(jiān)控量測措施

第一，地面監(jiān)測及巡視、監(jiān)測頻率。

在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)待機(jī)位置后，在盾構(gòu)機(jī)刀盤前后各布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，每天1 次進(jìn)行地面監(jiān)測及巡視。地表沉降監(jiān)測范圍：盾構(gòu)機(jī)刀盤前方5 倍洞徑范圍，盾尾后方2 倍洞徑范圍；地表巡視包括但不限于周邊環(huán)境情況（建構(gòu)筑物是否有裂縫，地下管線是否漏水（漏氣），路面是否裂縫、沉陷、隆起、冒漿等）和監(jiān)測設(shè)施（監(jiān)測點(diǎn)的穩(wěn)定或完好狀況）。

第二，洞內(nèi)巡視及盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測、監(jiān)測頻率。

洞內(nèi)觀察主要是每天對已安裝的管片襯砌的穩(wěn)定狀態(tài)（包括：管片變形、開裂、錯臺、掉塊以及漏水狀況等）、螺旋機(jī)閘門密封和盾尾密封、鉸接密封狀況進(jìn)行巡視。

區(qū)間盾構(gòu)機(jī)采用自動測量系統(tǒng)，停機(jī)過程中自動測量系統(tǒng)保持工作狀態(tài)，盾構(gòu)姿態(tài)確保每天1 測，并做好記錄，以及時掌握和了解盾構(gòu)姿態(tài)變化，及時采取措施確保盾構(gòu)姿態(tài)穩(wěn)定。

3.6 施工效果

論文采用了土倉保壓、盾構(gòu)機(jī)防“裹死”和防“栽頭”、盾尾密封和鉸接密封防泄漏、管片背部止水環(huán)箍封堵、全天候的地面巡視輔助方法等技術(shù)手段，并輔以項(xiàng)目信息化管理體系，實(shí)現(xiàn)了密封效果、有效地控制了地面沉降并保證了盾構(gòu)機(jī)順利復(fù)推，最終以最大沉降量8mm 的指標(biāo)安全過渡了盾構(gòu)機(jī)長時間停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)長時間停機(jī)過程中“穩(wěn)得住、推的走”的目標(biāo)。

4 結(jié)語

論文僅對土壓盾構(gòu)在具有一定自穩(wěn)性的地層中長時間停機(jī)的分析總結(jié)，在其他地層及泥水盾構(gòu)如何安全、有效地長時間停機(jī)還有待進(jìn)一步研究。