作者：羅人賓
摘要：在上海軟土地基中盾構靜態控制尤為重要。盾構後續台車的轉場、拆卸1460半圓鋼環及鋼支撐，安裝剖撐等盾構都處於停機狀態，本文就黃興綠地站～延吉中路站～黃興路站施工過程中盾構姿態的靜態管理作適當的**。
關鍵詞： 軟土地基 ；靜態姿態
1. 前言
1.1 在黃興綠地站～延吉中路站區間盾構掘進施工中，我們採取從工作井內進行出洞的方式，車站與工作井為盾構的後續台車提供了放置空間，則只須用後盾反力系統為盾構千斤頂提供足夠的支撐反力，盾構就能順利的出洞，由於車站地面空間等因素的影響, 盾構初始掘進施工存在著拆卸1460半圓鋼環及鋼支撐安裝剖撐的時間段內盾構姿態靜態控制的問題。黃興綠地站安裝剖撐是盾構掘進55公尺後進行的， 由於當時對上海這類軟土地層的施工經驗不足，從而出現盾構「磕頭」現象，導致管片(53,54環)的鄰接塊、封頂塊被拉坏及標準塊被壓壞的現象。
1.2 黃興路站～延吉中路站由於車站端頭井施工的原因從而使盾構的後續台車只能放置在地面上，先使盾構掘進28.8公尺之後方將其後續台車組合轉置井下，從而需要有更多的時間來改裝盾構機本身的油路、管路、電路及盾構機的重新除錯，這樣就更增加了盾構姿態靜態控制的難度。
2.盾構姿態管理的目的
在轉場及拆卸1460半圓鋼支撐和安裝剖撐過程中，盾構姿態變化(即靜態姿態)的控制是非常重要的(它多數情況下靠長期的施工經驗來把握)。靜態姿態控制得好，則可減少管片的破損和錯台以及盾構機的「磕頭」現象，也直接影響著盾構後期掘進姿態(動態姿態)好壞；而盾構掘進過程中姿態(即動態姿態)的控制則由專門配備的高精度測量工具——陀螺儀來監測，並派專人隨時監控盾構的姿態，提供與盾構操作人員來校正盾構軸線的走勢，盾構姿態的控制的好壞對整個隧道的順利施工和貫通起著非常關鍵的作用。
3. 盾構停滯時間段內姿態的管理
3.1.盾構姿態變化的分析
3.1.1 盾構機在軟土地層中長時間停滯若姿態管理不慎則會發生磕頭或後退的現象，因為在軟土地層中由於盾構機掘進過程中對其周圍的土體造成較大範圍的應力擾動圈，且盾構所在的②3b土層為飽和粘質粉土夾淤泥粉粘土，此土層的粘粒含量為9.
6%，液化強度為0.95，液化指數為0.42，經液化判別該土層為輕微液化土層，盾構開挖面前端土體自穩性差和周圍土體不能提供足夠的地基反力來支撐盾構機自身重量，這是導致盾構要磕頭的主要原因之一。
3.1.2 後盾反力架上部的半圓鋼環和鋼支撐拆卸後, 盾構後退與磕頭與否主要由千斤頂支撐後盾系統和管片襯砌體與地層之間應力組合決定：
①下半部千斤頂支撐反力主要由後盾反力架的下部來提供，拆卸鋼支撐對後盾反力系統的下半部影響不大，但管片襯砌體與地層之間可能因未固結成乙個整受力體(根據以往的施工經驗一般是掘進100公尺後進行安裝剖撐)或隧道埋深太淺不能承擔盾構千斤頂反力，使管片襯砌體與地層土體受損傷而發生應力重新分布，導致管片發生輕微的後移和盾構機發生後退及「磕頭」現象。
②盾構上半部千斤頂的支撐反力由盾尾後已安裝的管片及後盾反力系統來提供，但反力系統上半部的鋼支撐已拆卸，盾構機上半部千斤頂的支撐反力不足，上半部管片襯砌體受剪下破壞而發生輕微後移，下半部管片襯砌體由於有後盾反力系統支撐，導致上半部管片襯砌體與地層之間的應力重組優先於下部應力重組，又管片環麵之間是用直螺栓相接，管片的輕微後退與盾構機的磕頭都會使盾尾後的上部管片在手孔處發生拉應力過度集中，在螺栓手孔部位發生拉裂現象， 而下部管片襯砌體可能發生以下兩種情況：
a.由於應力重組發生較遲緩，上部管片襯砌體的輕微後移使盾構上部千斤頂支撐力不足而使盾構自身重量下移，從而使盾尾下部管片發生壓應力過度集中現象，則可能導致標準塊b1，b2在螺栓手孔處被壓壞的現象，在黃興綠地站安裝剖撐期間已經吸取過這類教訓。
b.雖然下部管片襯砌體發生應力重組和輕微後退，但如下部千斤頂支撐反力充足以及隧道埋深處土質較好，盾構機也可能會發生輕微的「抬頭」和「上浮」現象。
3.2 盾構姿態的管理
盾構姿態可分兩種情況進行控制：一是車站端頭井內可放置盾構機後續台車，二是車站端頭井內不能放置盾構的後續台車組合，從而使盾構後續台車組合不得不放置在地面之上，待掘進一定距離後再將其放置在井下隧道之中。
3.2.1 車站端頭井內可放置盾構機後續台車
盾構後續台車可放置在井下，可減少兩個不必要的工序：一是使盾構機只進行一次性組裝除錯，為安裝剖撐過程中靜態控制盾構機姿態縮短了時間。二是減少了二次組裝盾構機管路和除錯盾構機帶來的麻煩和多餘成本費用，且為工程進度贏取了時間。
盾構靜態姿態管理辦法
①由上述的盾構姿態變化可知：可根據設定的土壓來控制盾構的姿態，當盾構土倉內的土壓過於低於設定土壓時，可在螺旋機閘門不出土的狀態下起動盾構機掘進來回公升土倉土壓來平衡開挖面的動態土壓。
②用五根[18b槽鋼在起重螺母處用50螺紋及m30螺栓栓結，以分別拉緊1~8環以管片防止過度後移而導致隧道變形和後盾反力系統受損，其具體的支撐位置如下圖1所示:
靜態管理辦法缺點是有二:
一是造成地層的擾動圈擴大，使開挖面土體和盾構機周圍土體液化程度公升高, 增加了地面沉降控制的難度。
二是要求地面無重要的建築物或構築物，且只適用短時間內靜態姿態管理。因此在拆卸半圓鋼環和鋼支撐以及安裝剖撐時應盡量抓緊時間，將盾構機的靜態姿態變化盡可能的減小，使以後盾構機動態姿態的管理更加的容易，也減少管片的錯台和損壞現象。
3.2.2車站端頭井內不能放置盾構後續台車
由於車站地面場空間等各方面的原因，盾構機的後續台車組合只能放置在地面之上，使盾構機必須先掘時一段距離之後才將後續台車放置入井內，且必須配備足夠長的管路和電纜線路。盾構機先後要進行兩次除錯和管線路的連線，這其間對盾構姿態的靜態管理增加了不少的難度。
盾構靜態姿態的管理辦法
①由上述盾構姿態靜態變化分析，和盾構機管線路進行第二次改裝可知: 採用回公升土倉壓力已經不可能，則採取在盾構千斤頂處用木支撐加木楔的辦法來加固四個區域千斤頂的支撐力為控制盾構機的磕頭現象。
②用五根[18b的槽鋼來拉緊洞口+2~+9環以管片防止過度後移而導致隧道變形和後盾反力系統受損,其具體的加固位置如下圖2所示:
木支撐靜態控制效果
一是分別在已掘好的隧道管片上下端選擇觀測點來監測管片的位移情況, 根據管片的位移情況隨時加固木支撐的支撐力(見表1)。
二是在盾構後續台車及管線路改接好之後, 用陀螺儀來檢驗木支撐靜態控制盾構姿態的效果(見表2.1； 2.2)。
表1 盾構千斤頂行程行程與實測表
由上表可知：除千斤頂本身有微小的回縮和隧道襯砌體有輕微上浮外,能取得良好
的效果, 採用木支撐加木楔的辦法管理盾構的靜態姿態能取得良好的效果。
表2.1 盾構轉場前後姿態一覽鑑錶
表2.2 盾構轉場前後姿態一覽鑑錶
由上盾構轉場前後姿態變化可知：盾構機俯仰角增大-0.050，盾構切口上公升9mm,盾尾上公升14mm,呈盾構機整體偏左，向上微微抬頭的趨勢,且管片襯砌體無錯臺和錯縫現象,盾構靜態姿態基本良好。
4.結束語
盾構靜態姿態的控制本身是乙個難度比較大的施工問題，通過兩區間施工，初步得到以下結論：
①在第一種情況下但地面上有重要的建築物或構築物時,可採取回公升土倉壓力和加木支撐相結合的辦法來控制盾構機的姿態。
②在第二種情況下加木支撐後,當管片的位移比較嚴重時,可採取盡量的延長管線路的長度,或是增加[18槽鋼固定管片的數量來處理。
總之,對盾構姿態的靜態控制的好壞與否不但會影響盾構姿態的動態管理,而且更加會影響管片安裝質量和糾偏的難易程度。
參考文獻:
【1】趙錫巨集，孫紅等，《損傷土力學》
【2】劉建航,侯學淵,《盾構法隧道》
【3】沈珠江,《理論土力學》
關於盾構機實時姿態測量和計算方法的研究
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