城市地鐵矩形地下通道掘進機的研究與應用
發布時間：2010-01-14 共2頁
2．4矩形隧道工程試驗
2．4．1試驗工程概況
試驗工程位于上海南匯縣航頭地區，頂進距離為60m，覆土深度為6．45m。距離頂進軸線北側10m處有條小河，南側10m處是場內鋼筋混凝土主干道路，見圖1。頂管機所穿越的土層分別為：進出洞段是灰色淤泥質粘土和灰色淤泥質粉質粘土；區間段是灰色淤泥質粘土和灰色砂質粉土，見圖2。
2．4．2工程試驗效果
矩形通道頂管設計為平坡頂進，施工采用注漿技術，在機頭殼體、管節與土體之間形成泥漿膜(套)，對降低頂管頂力和減輕土體擾動起著重大作用。通過工程試驗，驗證了矩形頂管機的設計選型、矩形管節選型、接頭型式和止水帶設計選型；通過采集的各種施工參數和工況記錄，研究了矩形頂管施工工法。工程試驗完成了對矩形頂管機的技術關鍵進行試驗研究，收集了第一手的資料和數據，積累了矩形斷面隧道掘進的實際施工經驗。
3矩形在城市地鐵地下人行通道的應用
1998年2月，課題組提出地鐵陸家嘴站五號出入口地道矩形頂管施工方案。上海地鐵二號線陸家嘴車站二號出入口通道需建立2條62m，內凈尺寸3mx 3m胡矩形隧道。
3．1組合刀盤式土壓平衡頂管機的研制
3．8mx 3．8m組合刀盤式土壓平衡頂管機是在2．5mx2．5m矩形頂管機研制、試驗成功的基礎上，針對上海地鐵二號線陸家嘴車站五號出入口地下通道工程而研制的。
3．1．1矩形地下通道掘進機的選型
結合工程情況，通過方案比選，考慮到大刀盤加仿形刀具有結構緊湊、可靠性好、操作簡便等特點，一致認為工程應采用全斷面切削土壓平衡頂管機進行施工。組合刀盤式土壓平衡頂管機采用大刀盤及仿形刀切割土體．并擋住開挖面土體，有效防止正面土體倒塌，利用調整螺旋機的轉速及頂進速度來控制土倉的土壓力，以保持開挖面的穩定。為了保證管節和土體之間有一定的間隙，有利于泥漿套成環，設計中將機頭的截面尺寸設計得大于管節的截面尺寸。(機頭的外包截面尺寸3．828mx3．828m，管節外包截面尺寸3．8mx3．8m）。
3．1．2組合刀盤式土壓平衡矩形頂管機的特點
頂管機主機可分成前后兩段，中間由16臺糾偏油缸連接。前后段之間的密封采用二道唇形橡膠密封圈。正面由大刀盤及四把仿形刀對土體進行全斷面切削。由螺旋輸送機出土，調整螺旋輸送機的轉速可保持土倉內的土壓平衡，維持開挖面的穩定，見圖3。主要技術性能參數：斷面尺寸：3 828mmx3 828mm(前段)、3 800mmx3 800mm(后段)；長度：3 920mm、4020mm；，總糾偏力(額定)14000kN；糾偏角度1．8度。
3.2組合刀盤式土壓平衡矩形頂管機的關鍵技術
3．2．1矩形頂管機全斷面切削問題
矩形頂管機若只有一個 大刀盤進行回轉切削，只能做到90％左右的截面切削率，矩形頂管帆斷面內的四個角就無法切削。針對陸家嘴地區復雜的地質條件、管線、環境保護和機頭進出洞時需穿越SMW加固層等情況，采用大刀盤對大部分的正面土體進行切削，利用設置在刀盤后側的仿形刀切削四個角上的土體，見圖4。
3．2．2矩形頂管機機頭旋轉問題
對矩形頂管機機頭旋轉現象，采用壓漿糾轉技術措施，盤正轉或反轉的辦法實現糾轉。
3．2．3矩形頂管機機頭軸線偏差控制方法
根據軸線偏差方位以及偏差量，對糾偏油缸進行編組及控制油缸伸縮量，使前、后殼體形成一夾角，從而改變機頭方向，以達到糾偏目的。此外還可采用壓漿糾偏的辦法，達到糾偏的目的，也可將兩者結合起來進行糾偏。
3．3矩形隧道工程施工
上海市地鐵二號線陸家嘴五號出入口頂管工程，位于浦東陸家嘴金融貿易中心區。其五號出入口始發井，四號出入口為接收井，位置分布于延安東路隧道引道段南北兩側。通道由硼張度各為62．25m的平行管道組成，兩條管道凈間距為2．2m，管道坡度均為0．2％，管道頂平均覆土厚度約5．3m-通道結構全部采用預制矩形鋼筋混凝土管節。管節外形尺寸為3 800x 3 800，壁厚為40cm，管節長度為2m。工程管節總用量為64節。
3．3．1頂進軸線的控制
軸線控制是矩形頂管頂進的一大難題。頂管在正常頂進施工過程中，必須密切注意頂進軸線的控制。在每節管節頂進結束后，必須進行機頭的姿態測量，并做到隨偏隨糾，且糾偏量不宜過大，以避免土體出現較大的擾動及管節間出現張角。
3．3．2環境保護和沉降控制
由于工程沿線將穿越陸家嘴路、延安東路隧道浦東引道段及上水管、煤氣管、雨水管、污水管、市話線、電力線等管線。其中管道頂與中450污水管、中1 000而r欠管、小800雨水管底凈距均為1m，與延安東路隧道引道段結構底凈距為1．564m，見圖5，在頂進過程中的地面沉降控制、實施環境保護將極為重要。
當頂管法施工引起隧道周圍地表沉降，采用仿形刀裝置：對矩形頂管機的四個死角內的土體切削配合大刀盤對正面土體進行充分切削。進行設置沉降監測，數據反饋，調整施工參數，實施信息化施工。
控制好地面沉降，實際已形成和達到環境保護。但本工程對延安東路隧道引道段提出的沉降量控制在+10mm~-30mm之間，故必須采取保證措施控制沉降，在特定的條件下，確保隧道引道段安全。
3．3．3矩形頂管機頂進中的控制技術
(1)嚴格控制頂管的施工參數，防止超挖；
(2)嚴格控制頂管頂進的糾偏量，把“勤糾、緩糾”控制好頂進輛線的原則，貫穿于頂進的全過程；
(3)頂進速度不宜過陜，盡量做到均衡施工，頂進速度控制在15mm/min左右。
(4)頂進施工中，必須保證持續、均勻壓漿，使出現的建筑空隙能迅速得到填充，確保頂管管道上部土體的穩定。
(5)克服“背土”現象，除在機頭處道過壓注觸變泥漿，避免機頭“背土”現象發生外，還須在 頂進過程中專門對出洞段管節上部進行注漿，隨時填堵由于管節“背土”而出現的建筑空隙。
(6)監測控制頂管機機頭后部已建成管道的高程出現的“下沉”或“上浮”。當出現管道下沉較嚴重時，應對下沉部位進行底部注漿，防止由此導致地面沉降。
4結束語
矩形盾構隧道是國外在20世紀90年代開發應用的新穎盾構隧道技術，由于其斷面利用率大、覆土淺、施工成本低等優點，該項技術可用于城市交通人行地道、車行地道、地下管線共同溝、引水和排水管道工程。矩形隧道工程試驗的成功，標志著我國該項技術應用已進入實質性啟動階段，它填補了我國矩形頂管施工技術的空白，為該項技術的工程應用提供了設計依據和施工經驗，必將具有廣闊的應用前景。
