雙圓盾構(gòu)施工中轉(zhuǎn)角的控制

1、雙圓盾構(gòu)施工中轉(zhuǎn)角的控制摘要從轉(zhuǎn)角控制的 影響 因素、 方法 等方面敘述了如何控制好雙圓盾構(gòu)施工中的轉(zhuǎn)角現(xiàn)象,通過(guò)上海地鐵六號(hào)線中雙圓盾構(gòu)的實(shí)際施工數(shù)據(jù)具體 分析 控制方法。關(guān)鍵詞雙圓盾構(gòu)控制方法 雙圓盾構(gòu)法隧道由于在節(jié)約地下空間資源、減小對(duì)地面構(gòu)筑物的影響、降低工程造價(jià)等方面的優(yōu)點(diǎn),使其成為地鐵建設(shè)和市政工程隧道建設(shè)中的主要施工方法。雙圓盾構(gòu)機(jī)(Double-O-Tube)由于其在形態(tài)和設(shè)備配置上同單圓盾構(gòu)機(jī)的差異,難于糾正其在推進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)向偏轉(zhuǎn)(以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)角),如圖1所示,盾構(gòu)機(jī)的斷面向一側(cè)偏轉(zhuǎn)角度。雖然轉(zhuǎn)角在單圓盾構(gòu)施工中會(huì)發(fā)生,但對(duì)于單圓盾構(gòu),由于是圓形斷面,盾構(gòu)即使發(fā)生偏轉(zhuǎn),對(duì)

2、于管片襯砌的拼裝及今后隧道使用中的受力狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生使用功能上的影響,對(duì)軸線也不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。而雙圓盾構(gòu)隧道有兩條軸線、橫向尺寸顯著增大,襯砌管片發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象將直接影響管片拼裝,使中間立柱產(chǎn)生附加應(yīng)力,從而影響正常使用功能,同時(shí)也會(huì)影響地表沉降的控制和盾構(gòu)設(shè)備的使用。因此,偏轉(zhuǎn)控制也就成為雙圓盾構(gòu)施工過(guò)程中的技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。1 轉(zhuǎn)角發(fā)生的影響因素 雙圓盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中很難控制雙圓盾構(gòu)始終保持平衡,總有偏轉(zhuǎn)發(fā)生,其原因有如下幾個(gè)方面1。1.1 土質(zhì)特性的影響 雙圓盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程會(huì)受到如下幾個(gè)方面力的作用:盾構(gòu)正面阻力、盾構(gòu)四周土體與盾構(gòu)殼體間的摩阻力、盾構(gòu)自重與下臥土層的摩阻力及開挖面土體對(duì)

3、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為四周土體與盾構(gòu)外殼的摩阻力;F4為自重產(chǎn)生摩阻力。由于受到土質(zhì)變化、隧道埋深變化和地面建筑等因素影響,使以上這些外力不均勻地作用于盾構(gòu)從而導(dǎo)致盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)角。 兩邊大刀盤由于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(fā)生左右偏差,從而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)發(fā)生滾動(dòng)。另外盾構(gòu)機(jī)左右兩側(cè)的支持地基的土性的不同引起不均勻下沉或由懸崖、急傾斜地形等左右兩邊的復(fù)土厚度的不同同樣會(huì)引起轉(zhuǎn)角。1.2 盾構(gòu)機(jī)體的制造誤差 雙圓盾構(gòu)其斷面為啞鈴形,是中心對(duì)稱結(jié)構(gòu),相對(duì)較為穩(wěn)定。但如果由于制造誤差使其在某方面不

4、再對(duì)稱,如雙圓盾構(gòu)機(jī)兩側(cè)的重量平衡的偏差,這將使盾構(gòu)向一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。1.3 運(yùn)輸臺(tái)車的牽引重量的不同 由于盾構(gòu)體內(nèi)的空間是有限的,盾構(gòu)機(jī)具要配備相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備,一般被安置于設(shè)備臺(tái)車上,設(shè)備臺(tái)車是安設(shè)在隧道內(nèi),對(duì)于雙圓盾構(gòu),左右隧道內(nèi)需各設(shè)一臺(tái),由盾構(gòu)拖拉一起推進(jìn)。由于左右運(yùn)輸臺(tái)車的重量差以及拖動(dòng)對(duì)盾構(gòu)產(chǎn)生的后拉力不對(duì)稱, 會(huì)引起轉(zhuǎn)角現(xiàn)象的發(fā)生。1.4 已拼裝完成管片對(duì)軸線控制的 影響 由于拼裝誤差等原因,使拼裝完成的管片與盾尾之間的間隙大小不一,甚至?xí)l(fā)生管片與盾尾有接觸現(xiàn)象,這種接觸會(huì)產(chǎn)生摩阻力,這會(huì)加大盾構(gòu)機(jī)與隧道的偏轉(zhuǎn)(圖3)。上述因素在實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)比較明顯的導(dǎo)致雙圓盾構(gòu)發(fā)生偏轉(zhuǎn)

5、現(xiàn)象,此外,其他的影響因素如盾構(gòu)注漿的流失、皮帶傳送帶的支架支持點(diǎn)的誤差,也會(huì)引起盾構(gòu)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2 雙圓盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)角的控制 方法 雙圓盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中由于盾構(gòu)機(jī)體的制造誤差、土層條件的不均勻、地面超載以及施工過(guò)程中的操作 問(wèn)題 都會(huì)很容易的引起襯砌管片的滾動(dòng)。滾動(dòng)的發(fā)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(gòu)因左右刀盤相互間逆向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)反力和慣性力相互抵消,一旦發(fā)生偏轉(zhuǎn)就不能像單圓一樣通過(guò)逆轉(zhuǎn)刀盤得到解決。一般的雙圓隧道施工中糾正滾動(dòng)的有效方法主要有以下幾點(diǎn): (1)采用糾偏千斤頂控制偏轉(zhuǎn)。調(diào)整盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐七M(jìn)角度,用千斤頂推力產(chǎn)生的沿盾構(gòu)圓周方向的

6、分力,來(lái)修正盾構(gòu)機(jī)的偏轉(zhuǎn)。 (2)采用單側(cè)壓重控制偏轉(zhuǎn)。此法較為簡(jiǎn)單,但也是一種經(jīng)常使用的方法,當(dāng)盾構(gòu)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí),在盾構(gòu)單側(cè)加壓鉛塊等重物,實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)糾偏。 (3)采用仿形刀設(shè)備控制偏轉(zhuǎn)。利用仿形刀對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)斷面的某些部位進(jìn)行適量的超挖,使盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生與偏轉(zhuǎn)方向相反的可控的沉降或位移,以修正盾構(gòu)機(jī)的偏轉(zhuǎn)。 (4)采用控制左右螺旋機(jī)的出土量控制偏轉(zhuǎn)。雙圓盾構(gòu)機(jī)兩側(cè)的螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速以及出土量是獨(dú)立的控制的,因此可以通過(guò)調(diào)整左右螺旋機(jī)的出土量來(lái)調(diào)整兩土倉(cāng)內(nèi)的土壓力,從而調(diào)整了左右刀盤的扭矩,來(lái)實(shí)現(xiàn)糾偏。 (5)盾尾注漿控制:根據(jù)偏轉(zhuǎn)與超挖情況,增大盾尾壓漿量的方法來(lái)糾正與控制偏轉(zhuǎn)。 (6)用高精度測(cè)量

7、儀器來(lái)測(cè)量,盡量在早期進(jìn)行糾偏。 圖4為六號(hào)線某段工程中實(shí)測(cè)滾動(dòng)偏轉(zhuǎn)角與頂進(jìn)距離的關(guān)系。有時(shí)盾構(gòu)后隧道的連帶作用產(chǎn)生的慣性矩,即使實(shí)施了糾偏動(dòng)作,也不能一下子向期望的方向 發(fā)展 。如圖所示,在偏轉(zhuǎn)角為-0.28時(shí)開始了千斤頂糾偏動(dòng)作和增加盾尾同步注漿量,但收效甚微,偏轉(zhuǎn)角繼續(xù)擴(kuò)大,在三天內(nèi)達(dá)到-0.4,這時(shí)采取了單側(cè)壓重的措施,取得了一定的效果。但一天后偏轉(zhuǎn)角繼續(xù)發(fā)展。對(duì)于這種情況采取了仿形刀在偏轉(zhuǎn)的反面超挖和增加注漿量的措施后,偏轉(zhuǎn)方向朝相反方向發(fā)展,糾偏效果明顯。3 結(jié)束語(yǔ) 雙圓盾構(gòu)隧道施工中的質(zhì)量控制較單圓盾構(gòu)更為復(fù)雜,特別是偏轉(zhuǎn)的發(fā)生,不僅使施工難度增大,而且對(duì)隧道管片襯砌的拼裝產(chǎn)生不良的影響,也會(huì)使已施工完畢的隧道中柱產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象而影響施工質(zhì)量。本文就雙圓盾構(gòu)方向偏轉(zhuǎn)的原因作了解釋,同時(shí)提出了方向控制的一些施工技術(shù)措施。上海市地鐵6號(hào)線的施工中,對(duì)滾動(dòng)偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及時(shí)糾偏,使這幾項(xiàng)控制指標(biāo)的偏差控制在允許范圍內(nèi),達(dá)到了方向控制的目的。 參考 文獻(xiàn) 1日本土木學(xué)會(huì)編,朱偉譯:隧道標(biāo)準(zhǔn)