超大直径泥水盾构施工难点及技术分析

2016-08-11中铁十一局集团第四工程有限公司湖北省武汉市430074

低碳世界 2016年9期

曹　鹏（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北省武汉市 430074）

超大直径泥水盾构施工难点及技术分析

曹鹏（中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北省武汉市 430074）

在盾构施工中，盾构法隧道出口段是施工的重点和难点，需要控制的风险点比较多，如何做好风险管理是施工的重点。本文以实际工程为例，分析了超大直径泥水盾构施工的难点，并对超大直径泥水盾构参数的设置、掘进姿态的控制措施、泥水管理措施、同步注浆管理措施、管片拼装措施等施工技术进行了探讨。

超大直径；泥水盾构；施工难点；施工技术

1　工程概况

某隧道工程为双管盾构隧道，隧道的总施工长度为3511m，其中盾构段施工长度为 2931.6m，使用两台直径为14.8m的泥水加压式盾构设备进行掘进施工。在隧道的左线为半径2500m的平面曲线，右线为两个半径分别为4900m和3700m的平面曲线。隧道覆土最小厚度为 6m，最大厚度为30m，线路最小坡度为0.49%，最大纵坡为4.5%，最小坡长为290m，最大坡长为1129m，隧道一共布置了三个竖向曲线，其中最小竖向曲线的半径为7000m。衬砌使用宽度为2m，外部直径为14.5m，厚度为60cm的钢筋混凝土预制管片，设计抗渗等级为S12，路面板使用现浇和预制结合的方式施工。

2　对盾构施工的技术难点进行分析

（1）盾构直径太大。超大的盾构直径会造成隧道掌子面错乱分布，而对这种超大机体在姿态控制方面的难度就可想而知了。因此应采用先进的现代化仪器针对施工的位置精确测定且控制，从而实现施工质量的飞跃。

（2）超高的盾构压力。改工程的盾构机压力与同类工程相比已创下了新高，所以在该工程中要求盾构机的相关压力水平必须达到较高的水准。如此才能满足施工的需要，从而顺利进行相关工程的开展。

（3）高透水性的底层。该地层的地质成分主要有：细沙和各种石块，因此透水性极高，且施工的相关压强超强，这就是江底施工所隐含的巨大风险［1］。在这种条件下进行施工具有相当高的难度，首先，高超的渗水地质增加了排水的工作量，同时给对盾构机进行的施工推进增加了技术难度，因此对这种地质的施工需高度警惕，且应增加新技术的使用，从而促进施工的顺利进行。

（4）要求盾构的掘进施工一次性完成。由于盾构隧道的长、宽均达到了一公里半左右，以及巨大的水压，要想在工程的中途设置检修井是极不现实的问题，所以只能将隧道一次性打通，而各种不利因素又为工程的顺利开展带来了挑战。

（5）采用超浅埋方法进行出入洞的盾构覆土。通常情况下对盾构机进出洞的覆土厚度按照相关要求进行，即洞口附近较浅。

3　盾构施工的具体技术

3.1设定泥水的压力且进行控制

依照以前针对类似工程的施工经验，现对该工程泥水压力上限按照静止土压力进行控制，而下限按照主动土压力控制。而对透水层和不透水层的水土压力具体计算方法如图1所示。

在使用盾构机械开始进行掘进时，必须将相关的泥水压力调整到上限和下限之间位置，而具体的实际调整还需要依据地表土质灵活对待。施工规定，用上限控制值进行重要地段的压力控制；而对地表沉降控制要求较低的地段或覆土较浅的地段，宜用下限值进行参考控制，另外应保证平稳激进行施工推进，严格控制压力波在相关的合理范围里。

图1　泥水压力计算示意图（水土合算）

3.2进行速度和推理的合理控制

通常情况下应将掘进速度设定为30～40mm/min；当盾构机经过硬质土壤时应适当降低掘进的速度。在实际盾构掘进施工时，相关的泥水压力以及掘进速度将直接影响推力的大小，在掘进施工时总推力应严格控制在设计推力的70%左右［2］。对操作速度的合理控制，即能推进施工质量的上升，而且能够提升施工人员的安全系数，更利于施工的平稳推进，因此施工速度的合理控制是该工程顺利施工的基本条件。

3.3严格控制刀盘转速以及扭矩

在施工时，除了把控好方向外，还要借用实时测量的结果以及由此而形成的三维坐标进行比对，从而进行准确的姿态调整。保持盾构机施工的状态平稳是进行掘进施工的基本要求，因此应将盾构机的纵向、横向以及前面的指标要求调整在规定的范围内，避免不良状态的出现。应尽量使管片拼环的姿态和盾构机的掘进姿态保持一致，以此也可以促进施工的稳定性。作为技术人员应在施工过程中对相关的隧道地质等信息数据进行收集，并进行掘进计划的制定和纠正。而进行盾构机操作的人员只要按照相关的规定规范施工即可，应及时纠正掘进过程中出现的小偏差，要求每次偏差值不能大于4mm/环。

3.4针对泥水进行分离处理

在本工程中，按照具体的进度选用了与之相协调的某泥浆处理系统参于施工，由此而实现了500m3/h的泥浆处理能力，另外通过泥浆处理之后的泥水还要进行二级分离处理方可。通过对相关系统的利用，从形成了泥浆的顺利分离，而分离出来的泥渣会通过相关的手段和渠道进行处理掉。

3.5同步进行注浆

3.5.1浆液配制

在该工程中进行相关的浆液配置时，不但要参照具体的地质因素，而且要考虑到实际配置浆液的性能，通常情况下浆液的初凝时间受气候等多种因素的影响，而实际施工中会将其控制在12～24h。其它强度等方面的指标均按照相关要求进行。合理的浆液配置不但能够提高施工质量，而且能够缩短凝固时间，因此会提升工程效益。

3.5.2对注浆压力的控制

在进行具体注浆时，在盾尾的圆周上均匀设计6根浆管，不同位置浆管的注浆压力是不一样的，其具体的压力值的计算按照相关公式进行，而公式中的管道压力损失则在管道组装时已经过试验产生了详细的数据。通过对注浆压力的科学控制，从而对施工质量的提高具有意义。

3.5.3拼装管片

（1）为了达到施工纠偏和线路拟合的目的，应对后续环的使用从Z、Y类型中选出，而在拼装组合时通常会选用封顶位置或隧道的上半部位置进行操作。

（2）建议用相关的组合方式进行直线环的组装，对封顶块的组装建议在隧道的上部进行。满足隧道线形施工需要是管片点位安装的根据，而保证管片的安装效果达到均匀程度是对安装的基本要求，这样就能够保证盾尾间隙的合理性。

（3）应注意进行最后一篇管片安装时，必须进行黄油或肥皂水的相关润滑处理，且对此安装时应小心、仔细，防止将防水等密封装置损坏，从而影响设备的正常使用。若能使管片的安装达到最佳状态时，那么在施工中就会产生优越的施工性能，对经济效益的产生具有积极的意义。