1、雙圓盾構施工中轉角的控制 摘 要 從轉角控制的影響因素、方法等方面講述了如何控制好雙圓盾構施工中的轉角現象,通過上海地鐵六號線中雙圓盾構的實際施工數據詳細分析控制方法。 關鍵詞 雙圓盾構 控制方法 雙圓盾構法隧道因為在節省地下空間資源、減小對地面構筑物的影響、降低工程造價等方面的優點,使其成為地鐵建設和市政工程隧道建設中的主要施工方法。雙圓盾構機(Double-O-Tube)因為其在形態和設備配置上同單圓盾構機的差異,難于訂正其在推動過程中產生的側向偏轉(以下簡稱轉角),如圖1所示,盾構機的斷面對一側偏轉角度。雖然轉角在單圓盾構施工中會發生,但對于單圓盾構,因為是圓形斷面,盾構即使發生偏轉,對

2、于管片襯砌的拼裝及今后隧道使用中的受力狀態不會產生使用功能上的影響,對軸線也不會產生太大的影響。而雙圓盾構隧道有兩條軸線、橫向尺寸顯著增大,襯砌管片發生偏轉現象將直接影響管片拼裝,使中間立柱產生附加應力,從而影響正常使用功能,同時也會影響地表沉降的控制和盾構設備的使用。因此,偏轉控制也就成為雙圓盾構施工過程中的技術重點和難點。 1 轉角發生的影響因素 雙圓盾構機推動過程中很難控制雙圓盾構一直保持平衡,總有偏轉發生,其緣由有如下幾個方面1。 1.1 土質特性的影響 雙圓盾構機在推動過程會受到如下幾個方面力的作用:盾構正面阻力、盾構周圍土體與盾構殼體間的摩阻力、盾構自重與下臥土層的摩阻力及開挖面土

3、體對大刀盤的扭矩反力T1、T2等(圖2)。 圖中F1為切口貫入阻力;F2為正面阻力;F3為周圍土體與盾構外殼的摩阻力;F4為自重產生摩阻力。因為受到土質變化、隧道埋深變化和地面建造等因素影響,使以上這些外力不勻稱地作用于盾構從而導致盾構推動時發生轉角。 兩邊大刀盤因為接觸的土層不同以及刀盤所處位置的地面超載不同,造成作用于大刀盤上的扭矩發生左右偏差,從而導致盾構機發生滾動。另外盾構機左右兩側的支持地基的土性的不同引起不勻稱下沉或由陡崖、急傾斜地形等左右兩邊的復土厚度的不同同樣會引起轉角。 1.2 盾構機體的制造誤差 雙圓盾構其斷面為啞鈴形,是中心對稱結構,相對較為穩定。但倘若因為制造誤差使其在

4、某方面不再對稱,如雙圓盾構機兩側的分量平衡的偏差,這將使盾構向一側轉動產生偏轉。 1.3 運送臺車的牽引分量的不同 因為盾構體內的空間是有限的,盾構機具要配備相當數量的設備,一般被安置于設備臺車上,設備臺車是安設在隧道內,對于雙圓盾構,左右隧道內需各設一臺,由盾構拖拉一起推動。因為左右運送臺車的分量差以及拖動對盾構產生的后拉力不對稱, 會引起轉角現象的發生。 1.4 已拼裝完成管片對軸線控制的影響 因為拼裝誤差等緣由,使拼裝完成的管片與盾尾之間的間隙大小不一,甚至會發生管片與盾尾有接觸現象,這種接觸會產生摩阻力,這會加大盾構機與隧道的偏轉(圖3)。 上述因素在實際施工過程中會比較顯然的導致雙圓

5、盾構發生偏轉現象,此外,其他的影響因素如盾構注漿的流失、皮帶傳送帶的支架支持點的誤差,也會引起盾構發生偏轉。 2 雙圓盾構偏轉角的控制方法 雙圓盾構推動過程中因為盾構機體的制造誤差、土層條件的不勻稱、地面超載以及施工過程中的操作問題都會很簡單的引起襯砌管片的滾動。滾動的發生將造成左右隧道的高差及中間立柱的傾斜,并將直接影響隧道建成后的正常施工功能。雙圓盾構因左右刀盤互相間逆向旋轉,扭轉反力和慣性力互相抵消,一旦發生偏轉就不能像單圓一樣通過逆轉刀盤得到解決。一般的雙圓隧道施工中訂正滾動的有效方法主要有以下幾點: (1)采用糾偏千斤頂控制偏轉。調節盾構機千斤頂的推動角度,用千斤頂推力產生的沿盾構圓

6、周方向的分力,來修正盾構機的偏轉。 (2)采用單側壓重控制偏轉。此法較為容易,但也是一種常常使用的方法,當盾構發生偏轉時,在盾構單側加壓鉛塊等重物,實現盾構糾偏。 (3)采用仿形刀設備控制偏轉。利用仿形刀對盾構掘進斷面的某些部位舉行適量的超挖,使盾構機產生與偏轉方向相反的可控的沉降或位移,以修正盾構機的偏轉。 (4)采用控制左右螺旋機的出土量控制偏轉。雙圓盾構機兩側的螺旋輸送機的轉速以及出土量是自立的控制的,因此可以通過調節左右螺旋機的出土量來調節兩土倉內的土壓力,從而調節了左右刀盤的扭矩,來實現糾偏。 (5)盾尾注漿控制:按照偏轉與超挖狀況,增大盾尾壓漿量的方法來訂正與控制偏轉。 (6)用高

7、精度測量儀器來測量,盡量在早期舉行糾偏。 圖4為六號線某段工程中實測滾動偏轉角與頂進距離的關系。有時盾構后隧道的連帶作用產生的慣性矩,即使實施了糾偏動作,也不能一下子向期待的方向進展。如圖所示,在偏轉角為-0.28°時開頭了千斤頂糾偏動作和增強盾尾同步注漿量,但收效甚微,偏轉角連續擴大,在三天內達到-0.4°,這時實行了單側壓重的措施,取得了一定的效果。但一天后偏轉角連續進展。對于這種狀況實行了仿形刀在偏轉的反面超挖和增強注漿量的措施后,偏轉方向朝相反方向進展,糾偏效果顯然。 3 結束語 雙圓盾構隧道施工中的質量控制較單圓盾構更為復雜,特殊是偏轉的發生,不僅使施工難度增大,而且對隧道管片襯砌的拼裝產生不良的影響,也會使已施工完畢的隧道中柱產生較大的應力集中現象而影響施工質量