盾構(gòu)法隧道異型斷面施工技術(shù)初探
摘要：隨著隧道工程建設(shè)的發(fā)展，工程建設(shè)的規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)施工技術(shù)水平的要求也隨之越來(lái)越高。近年來(lái)，盾構(gòu)法在隧道工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。擴(kuò)徑盾構(gòu)法與盾構(gòu)法基礎(chǔ)上的人工擴(kuò)挖法是隧道異型斷面施工的兩個(gè)常用方法。本文分析了這兩種方法在工程中的實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)盾構(gòu)法基礎(chǔ)上進(jìn)行人工擴(kuò)挖的步驟及異型斷面施工的主要技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析，以供同仁參考借鑒。
關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法,隧道工程,異形斷面,施工技術(shù)
引言：近年來(lái)，盾構(gòu)法在隧道工程施工中的應(yīng)用逐漸增多。但是，現(xiàn)階段我國(guó)隧道工程盾構(gòu)設(shè)備能力不足，嚴(yán)重缺乏設(shè)計(jì)施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，往往只在直徑較小且斷面型式單一的區(qū)間隧道施工中才會(huì)采用盾構(gòu)法;其余大部分工程施工仍舊以礦山法和明挖法為主。對(duì)配合盾構(gòu)法施工異型斷面隧道或在盾構(gòu)法基礎(chǔ)上的人工擴(kuò)挖法尚未開(kāi)進(jìn)行有益的嘗試，這在一定程度上限制了盾構(gòu)施工技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和推廣。
一、概述
盾構(gòu)隧道異型斷面通常是在原隧道的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)挖修建，這一工程施工的關(guān)鍵在于擴(kuò)挖技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)階段，主要采用擴(kuò)徑盾構(gòu)法以及在盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上的人工擴(kuò)挖法兩種方法進(jìn)行異型斷面施工。總的來(lái)說(shuō)，在下述幾種情況下，盾構(gòu)隧道要進(jìn)行地中擴(kuò)挖：
其一：在平行設(shè)置的兩個(gè)隧道間建造建筑物。
其二：建造地下設(shè)施的收容空間或者是組裝擴(kuò)徑盾構(gòu)的空間。
其三：隧道的分岔處或接合處。
二、擴(kuò)徑盾構(gòu)法
在隧道工程建設(shè)過(guò)程中，為了更好地滿足修建地鐵車站或者是安裝其它設(shè)備的需要，往往采用擴(kuò)徑盾構(gòu)法，在原有盾構(gòu)隧道的部分區(qū)間進(jìn)行直徑擴(kuò)展。在擴(kuò)徑盾構(gòu)施工過(guò)程中，首先將撤去原有襯砌并要挖去部分圍巖，從而保證有足夠的空間作為擴(kuò)徑盾構(gòu)機(jī)的出發(fā)基地。
在撤除襯砌過(guò)程中，難免會(huì)對(duì)原有隧道產(chǎn)生擾動(dòng)，促使其作用荷載和應(yīng)力發(fā)生變化，進(jìn)而影響到原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際施工中，應(yīng)采取有效預(yù)防措施，特別是對(duì)原有隧道的開(kāi)孔部及其附近進(jìn)行加固處理，進(jìn)而保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
在撤除襯砌后，要對(duì)擴(kuò)徑盾構(gòu)進(jìn)行組裝，在組裝完成之后就可以開(kāi)始掘進(jìn)。通常情況下，應(yīng)設(shè)置合適的反力支承裝置以便于使推力均勻作用于機(jī)體尾部的圍巖。在尾部圍巖抗力不足的情況下，還要對(duì)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)處理。除此之外，也可以采用設(shè)置有效裝置的方式實(shí)現(xiàn)推力的轉(zhuǎn)移。
采用擴(kuò)徑盾構(gòu)法進(jìn)行施工一般應(yīng)遵循以下步驟：
—次盾構(gòu)掘進(jìn)，修建一次盾構(gòu)基地，圓周盾構(gòu)，圓周盾構(gòu)掘進(jìn)，完成擴(kuò)徑盾構(gòu)出發(fā)基地，組裝擴(kuò)徑盾構(gòu)，擴(kuò)徑盾構(gòu)掘進(jìn)，完成擴(kuò)徑等。
擴(kuò)徑盾構(gòu)法是一項(xiàng)先進(jìn)的施工技術(shù)，目前在隧道工程施工中的應(yīng)用越來(lái)越多。擴(kuò)徑部位是特殊的異型斷面，這個(gè)部位的應(yīng)力狀態(tài)極其復(fù)雜。在進(jìn)行施工過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)：
其一，在實(shí)際施工開(kāi)始之前，為了減小出發(fā)基地的規(guī)模，應(yīng)盡量縮短盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)。其二，開(kāi)挖面作業(yè)空間的對(duì)盾構(gòu)開(kāi)挖作業(yè)效率有著直接影響，因而，在確定開(kāi)挖作業(yè)面的空間時(shí)必須要綜合考慮其作業(yè)性，通常要達(dá)到30cm以上。其三，進(jìn)行擴(kuò)進(jìn)盾構(gòu)施工，應(yīng)配備能夠迅速進(jìn)行組裝和拆卸擴(kuò)徑管片的裝置。
其四，在拆除襯砌以及挖掉部分圍巖可能會(huì)導(dǎo)致原有隧道的結(jié)構(gòu)作用荷載和應(yīng)力的變化，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)此，要在原有隧道開(kāi)孔部及其附近采取加固措施，除此之外，還要進(jìn)行測(cè)量以掌握襯砌應(yīng)力，在施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖的狀態(tài)。
三、人工擴(kuò)挖法
現(xiàn)階段,我國(guó)還未實(shí)現(xiàn)大量采用擴(kuò)徑盾構(gòu)法進(jìn)行施工。綜合考慮我國(guó)隧道工程的實(shí)際情況，在需擴(kuò)挖的異型斷面施工時(shí)，通常采用在盾構(gòu)隧道的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工擴(kuò)挖的修建方法，也就是說(shuō)，在盾構(gòu)完成之后，再采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行擴(kuò)挖。在具體施工過(guò)程中，通常是先采用盾構(gòu)法貫通全部或部分暗挖區(qū)間，之后再在已形成的區(qū)間隧道基礎(chǔ)上擴(kuò)挖聯(lián)絡(luò)通道、車站等特殊異型斷面。
總的來(lái)說(shuō)，采用盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上的人工擴(kuò)挖法修建異型斷面能夠有效地縮短建設(shè)周期，提高工程質(zhì)量，而且能夠有效確保施工安全，將對(duì)周圍環(huán)境的影響降低到最低，除此之外，盾構(gòu)法的長(zhǎng)距離應(yīng)用還能夠產(chǎn)生規(guī)模效益，進(jìn)而大幅降低工程成本投入，可以說(shuō)一舉多得。
總的來(lái)說(shuō)，采用盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上的擴(kuò)挖法進(jìn)行異型斷面施工的具體步驟為：對(duì)地層進(jìn)行加固處理，隧道結(jié)構(gòu)超前支護(hù)→拆除管片→擴(kuò)挖施工→臨時(shí)支護(hù)，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性→模筑混凝土，管片安裝→拆除支護(hù)。
現(xiàn)階段，大部分隧道工程都是采用敞開(kāi)開(kāi)挖面的方法進(jìn)行地中擴(kuò)挖施工，先行隧道施工已經(jīng)造成了圍巖一定程度的松動(dòng)，對(duì)此，在進(jìn)行施工時(shí)要采用輔助施工法等來(lái)加固圍巖，進(jìn)而保證圍巖的穩(wěn)定性，隨后再進(jìn)行分步開(kāi)挖。
除此之外，還應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)避免隧道及結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形。通常情況下，可以采用特殊的管片或鋼制支架等邊支護(hù)圍巖邊擴(kuò)挖。
在施工過(guò)程中，要重點(diǎn)考慮渡線和聯(lián)絡(luò)通道的接合方式，這是因?yàn)楫愋蛿嗝嫖恢脩?yīng)力相對(duì)較為復(fù)雜，應(yīng)給予足夠的考慮與重視并采取有效的處理措施，避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。
四、盾構(gòu)法隧道異型斷面施工技術(shù)要點(diǎn)
第一，在盾構(gòu)法隧道異型斷面施工過(guò)程中，為了更好地提升工程施工質(zhì)量，必須要采取措有效的預(yù)防措施，控制相鄰管片的應(yīng)力惡化，進(jìn)而保證圍巖的穩(wěn)定性。
首先，在拆管片前，應(yīng)事先采取措施對(duì)圍巖進(jìn)行超前加固，在擴(kuò)挖過(guò)程中還要進(jìn)行的臨時(shí)支護(hù)，通過(guò)設(shè)置臨時(shí)支柱或者是對(duì)管片后圍巖進(jìn)行超前注漿加固處理等方法，保證圍巖的穩(wěn)定性。
其次，對(duì)于異型斷面的特殊管片、連接異型斷面與普通斷面的連接構(gòu)件等還要在研究比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理采用。連接構(gòu)件必須要保證異型斷面處于合理的受力狀態(tài)，而且外形美觀。除此之外，為了施工和操作的方便，還要合理設(shè)計(jì)、積極研發(fā)小型盾構(gòu)機(jī)械等適用于局部擴(kuò)挖的小型機(jī)械，為工程施工的順利完成提供更多的保證。
第二，積極探索針對(duì)特殊異型斷面型式的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與模式，與此同時(shí)，還要全面模擬施工過(guò)程隧道的初期加固、開(kāi)挖、管片拆除、拼裝特殊管片等力學(xué)行為。在原基本穩(wěn)定的圍巖和管片系統(tǒng)基礎(chǔ)上拆除管片是在盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)挖的一個(gè)關(guān)鍵，在將管片拆除之后，圍巖及相鄰管片的應(yīng)力就會(huì)進(jìn)行重新分布，隨即而來(lái)的開(kāi)挖優(yōu)惠對(duì)上一次的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行再一次的破壞，在管片安裝完成之后又會(huì)對(duì)應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行新的調(diào)整，這些都影響著異型斷面的施工安全。因此，在進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的施工之前，要通過(guò)全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確的分析與計(jì)算，充分掌握應(yīng)力的變化和調(diào)整規(guī)律，依此采取有效的應(yīng)對(duì)措施。
此外，還要在充分考慮連接部位應(yīng)力應(yīng)變分析方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)化連接構(gòu)件的連接方式。一般情況下，采用搭接方式能夠有效改善連接部位的應(yīng)力狀態(tài)。
結(jié)語(yǔ)：
總之，近年來(lái)，盾構(gòu)法在我國(guó)隧道工程施工中的應(yīng)用越來(lái)越多。但是，目前我國(guó)在擴(kuò)進(jìn)盾構(gòu)法及盾構(gòu)法基礎(chǔ)上的人工擴(kuò)挖法施工異型斷面方面尚未進(jìn)行充分的嘗試與應(yīng)用，盾構(gòu)設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)不足，多數(shù)隧道工程采用明挖法和礦山法進(jìn)行施工，這些都極大地限制了盾構(gòu)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。對(duì)此，我們必須要加大科研力度，積極采用先進(jìn)的技術(shù)和施工工藝，廣泛吸取國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)盾構(gòu)施工技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和推廣。
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