雙圓盾構隧道因其在節約地下空間資源、減少對地面結構的影響、降低工程造價等方面的優勢,已成為地鐵建設和市政工程隧道建設的主要施工方法。雙O型管盾構機由於其外形和設備配置與單圓盾構機不同,在推進過程中很難校正其側向偏轉(以下簡稱轉角),盾構機斷面向壹側偏轉壹個角度α。雖然單圓盾構施工時會出現旋轉角度,但對於單圓盾構來說,即使盾構因其圓形斷面而發生偏轉,也不會對管片襯砌的拼裝和以後隧道使用中的受力狀態產生任何功能性影響,也不會對軸線產生太大影響。然而,雙圓盾構隧道具有兩個軸線,並且其橫向尺寸顯著增加。襯砌管片的撓度會直接影響管片拼裝,造成中柱附加應力,從而影響正常使用功能,以及地表沈降的控制和盾構設備的使用。因此,撓度控制成為雙圓盾構施工的技術重點和難點。
1拐角發生的影響因素
雙圓盾構在推進過程中很難控制雙圓盾構始終保持平衡,始終存在偏斜。原因如下。
1.1土壤特性的影響
雙圓盾構機在推進過程中會受到以下力的作用:盾構的前方阻力、盾構周圍土體與盾殼之間的摩擦力、盾構重量與下伏土體之間的摩擦力、開挖面土體對大刀頭T1、T2的扭矩反作用力等。(圖二)。
圖中F1為缺口穿透阻力;F2是正面阻力;F3為周圍土體與盾構殼體之間的摩擦力;F4是自重引起的摩擦阻力。由於土壤變化、隧道埋深變化和地面建築物的影響,這些外力對盾構的作用是不均勻的,這就導致了盾構推進時的轉彎角度。
由於土層不同,刀盤的地面過載不同,作用在刀盤上的扭矩左右偏離,導致盾構機的滾動。此外,盾構機左右兩側支撐基礎的土質不同會造成不均勻沈降或者懸崖和陡峭地形左右兩側復合土厚度不同也會造成拐角①。
1.2盾構機機體制造誤差
雙圓屏蔽截面呈啞鈴形,為中心對稱結構,相對穩定。但如果由於制造誤差而在某些方面不對稱,比如雙圓盾構機兩側重量平衡的偏差,就會使盾構向壹側旋轉,發生偏轉。
1.3運輸小車的不同牽引重量
由於盾構內部空間有限,盾構機具要配備相當數量的設備,壹般放在設備小車上,設備小車安裝在隧道內。雙圓盾構,左右隧道各設壹個,由盾構壹起牽引。由於左右運輸小車的重量差異,以及盾構受到的阻力造成的後張力不對稱,會出現轉角現象。
1.4拼裝管片對軸線控制的影響
由於組裝誤差等原因,組裝好的管片與盾尾之間的間隙不同,甚至管片與盾尾接觸,會產生摩擦力,使盾構機與隧道之間的撓度增大(圖3)。
上述因素在實際施工過程中會明顯導致雙圓盾構的偏斜。此外,其他影響因素,如盾構註漿損失、帶式輸送機輸送帶支撐點誤差等,也會造成盾構偏斜。
2雙圓盾構偏轉角的控制方法
在雙圓盾構推進過程中,由於盾體制造誤差、土質條件不均勻、地面超載以及施工過程中的操作問題,襯砌管片容易發生滾動。碾壓的發生會造成左右隧道的高差和中柱的傾斜,並直接影響隧道建成後的正常施工功能。由於左刀盤和右刀盤相互反向旋轉,扭轉反作用力和慣性力相互抵消,壹旦發生偏轉,就不能像單圈那樣通過反轉刀盤來解決。壹般來說,雙圓隧道施工中糾正碾壓的有效方法主要有以下幾點:
(1)糾偏千斤頂用於控制撓度。調整盾構機千斤頂的推進角度,用千斤頂推力產生的沿盾構機圓周方向的分力修正盾構機的偏斜。
(2)利用單邊重量控制撓度。這個方法簡單,但也是常用的方法。當盾構偏斜時,將鉛塊等重物壓在盾構的壹側,實現盾構的糾偏。
(3)用仿形刀設備控制撓度。利用仿形刀超挖盾構掘進段的某些部位,使盾構機產生可控的與偏斜方向相反的沈降或位移,從而糾正盾構機的偏斜。
(4)通過控制左右螺桿機的出土量來控制撓度。雙圓盾構機兩側螺旋輸送機的轉速和挖掘量是獨立控制的,因此可以通過調節左右螺旋機的挖掘量來調節兩個筒倉內的土壓力,從而調節左右刀盤的扭矩來實現糾偏。
(5)盾尾註漿控制:根據撓度和超挖情況,通過增加盾尾註漿量來修正和控制撓度。
(6)使用高精度的測量儀器進行測量,並盡量在早期糾正偏差。
圖4示出了在線路6的壹部分中測量的滾動偏轉角和頂舉距離之間的關系。有時盾構背後隧道共同作用產生的慣性矩,即使實施了糾偏動作,也不能壹下子向預期方向發展。如圖,偏轉角-0.28°時,千斤頂開始糾偏,加大盾尾同步註漿量,但收效甚微,偏轉角繼續擴大,三天內達到-0.4°。此時采取單邊加重措施,取得壹定效果。但是偏轉角度在壹天之後繼續發展。在這種情況下,造斜相反側的仿形刀超挖並加大註漿量後,造斜方向向相反方向發展,糾偏效果明顯。
3結論
雙圓盾構隧道施工中的質量控制比單圓盾構隧道更為復雜,尤其是撓度的出現,不僅增加了施工難度,而且對隧道管片襯砌的拼裝產生了不良影響,還造成已完成的隧道中柱出現較大的應力集中現象,從而影響施工質量。本文闡述了雙圓盾構定向偏斜的原因,並提出了定向控制的壹些施工技術措施。上海地鐵6號線施工過程中,對滾動偏角進行了實時監測並及時修正,使這些控制指標的偏差控制在允許範圍內,達到了方向控制的目的。
更多工程/服務/采購招標信息,提高中標率,可點擊官網客服底部免費咨詢:/#/?source=bdzd