新加坡地鐵環(huán)線一期C825標(biāo)隧道施工
摘 要 新加坡地鐵環(huán)線一期C825標(biāo)隧道位于新加坡最繁華的市中心，沿線有許多高層建筑以及著名的古老建筑，隧道采用2臺(tái)德國(guó)海瑞克公司制造的f6.6 m土壓平衡鉸接式盾構(gòu)掘進(jìn)。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)的改進(jìn)，優(yōu)化施工參數(shù)，精心操作，使盾構(gòu)順利、安全地穿越了Y－Junction、地下車庫(kù)樁基群和運(yùn)行中的地鐵西南線。
關(guān)鍵詞 新加坡地鐵 土壓平衡鉸接式盾構(gòu) 穿越建（構(gòu)）筑物
1 工程概況
新加坡地鐵環(huán)線一期C825標(biāo)是新加坡地鐵環(huán)線工程的首期工程，是新加坡近年來(lái)繼東北線后又一重大工程。
該工程由隧道公司、新加坡和合私人有限公司、瑞典NCC工程公司組成的聯(lián)營(yíng)體設(shè)計(jì)、施工總承包，主要工作量包括4個(gè)大型地下車站和長(zhǎng)2.6 km的隧道上下行線、臨時(shí)段隧道（盾構(gòu)掘進(jìn)600 m、明挖法275 m）及其他附屬結(jié)構(gòu)等（見(jiàn)圖1）。
長(zhǎng)2.6 km的隧道上下行線，位于新加坡最繁華的市中心，沿線有許多高層建筑以及著名的古老建筑，如泛太平洋酒店、萊佛士賓館、市政大廈等；同時(shí)，隧道所需穿越的土層地質(zhì)條件復(fù)雜，地下障礙物眾多，如鋼板樁、工字鋼樁、孤石等。
隧道采用2臺(tái)德國(guó)海瑞克公司制造的f6.6 m土壓平衡鉸接式盾構(gòu)掘進(jìn)，隧道外徑為6.35 m，內(nèi)徑為5.8 m，最大埋深為30 m。隧道襯砌采用混凝土預(yù)制管片（管片寬1.4 m 、厚275 mm），每環(huán)由5塊標(biāo)準(zhǔn)塊和1塊封頂塊構(gòu)成。
2 地質(zhì)條件
盾構(gòu)沿線穿越的地層變化較大，從海泥到復(fù)合土層，再到硬度達(dá)200MPa的硬巖。特別是在復(fù)合土層，隧道開(kāi)挖面常常是一半為巖石，一半為軟土；或者軟土中夾帶孤石，給施工帶來(lái)較大的難度。
主要穿越的地層有老沖積層（OA）、中風(fēng)化巖層（S2）和弱風(fēng)化巖層（S3），具體的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
?、?整個(gè)刀盤(pán)由5個(gè)部分組成，中間主體部分同主驅(qū)動(dòng)相連；外圍4個(gè)部分是拼合而成的。在施工結(jié)束后，刀盤(pán)可從隧道內(nèi)拆除，中間主體部分還可重復(fù)使用；
?、?刀盤(pán)外圍配置了2組仿形刀。一組仿形刀采用滾刀類型，滿足巖石地層需要；另一組為刮刀類型，滿足軟土地層需要。其動(dòng)力采用液壓供給，操作控制分為手動(dòng)和自動(dòng)2種模式；
Figure 2. cutter head
⑶ 施工中刀盤(pán)可前后伸縮200 mm，便于工人進(jìn)入土倉(cāng)割除H鋼、操作人員能快捷地清除連續(xù)墻內(nèi)的鋼筋，更換刀具也更加容易；
?、?刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為正、反轉(zhuǎn)2種模式，轉(zhuǎn)速分為2擋（無(wú)級(jí)調(diào)速）；
⑸ 刀盤(pán)的開(kāi)口率為28%，可防止直徑大于300 mm的孤石進(jìn)入土倉(cāng)卡住螺旋機(jī)；
?、?將刮刀本體鑲嵌的合金片用堆焊耐磨合金代替，從而大大減少了損耗量。
3.1.2 拼裝機(jī)
⑴ 拼裝機(jī)的前后行走采用輪軌形式，行程約2 m左右（可以伸至上一環(huán)管片）；
⑵ 當(dāng)盾尾密封刷損壞需要更換或盾尾刷間的密封槽充滿漿塊時(shí)，拼裝機(jī)可以拆除盾尾刷處的管片；
?、?拼裝機(jī)頭部可以容許管片在6個(gè)自由度方向旋轉(zhuǎn)，使管片拼裝更加準(zhǔn)確、便捷。
3.1.3 鉸接裝置
盾尾與主盾的連接采用鉸接形式，使盾構(gòu)操作更加靈活，特別是在曲線段推進(jìn)時(shí)，效果更加明顯。
3.1.4 檢測(cè)、控制系統(tǒng)
?、?在刀盤(pán)的2把挖齒上，配備了刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)毒吣p到規(guī)定的程度，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出警告信號(hào)，即在不開(kāi)倉(cāng)情況下，可了解刀具磨損情況。
?、?皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)裝置了出土自動(dòng)稱重系統(tǒng)，監(jiān)控出土量，避免超挖而引起地面沉降，稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確度偏差在10%以內(nèi)。
⑶ 局部氣壓系統(tǒng)包括2個(gè)氣壓艙（增減壓艙室、工作區(qū)艙室）、氣壓調(diào)節(jié)裝置等，可在需要?dú)鈮旱臈l件下進(jìn)行刀具更換、 割除H鋼樁基。
⑷ Siemens PLC控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了連鎖保護(hù)裝置，避免誤操作而損壞設(shè)備，只要某一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，其他系統(tǒng)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并將問(wèn)題顯示在顯示屏上，便于工作人員及時(shí)解決。
?、?SLS-T 隧道軸線導(dǎo)向系統(tǒng)，能夠?qū)⒍軜?gòu)的姿態(tài)信息，及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋給盾構(gòu)操作人員，經(jīng)調(diào)整后，使推進(jìn)的軸線與設(shè)計(jì)軸線保持一致。該系統(tǒng)還具有“預(yù)選環(huán)”的功能，工程師只要輸入盾尾間隙值，該系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)千斤頂、鉸接的行程，自動(dòng)計(jì)算出下幾環(huán)管片的位置，供操作人員參考。
3.2 盾構(gòu)推進(jìn)
3.2.1 穿越Y(jié)－Junction
在盾構(gòu)穿越Y(jié)－Junction前，已完成地下連續(xù)墻施工，并在盾構(gòu)穿越位置預(yù)留7 m直徑的洞圈，洞圈處連續(xù)墻的鋼筋由玻璃纖維代替，以便盾構(gòu)穿越。
盾構(gòu)在臨時(shí)段推進(jìn)120 m后，南線盾構(gòu)以3%的坡度往下推進(jìn)，北線盾構(gòu)以4%的坡度向上推進(jìn)。在進(jìn)Y－Junction區(qū)域時(shí)，盾構(gòu)沿半徑為250 m的左轉(zhuǎn)隧道軸線推進(jìn)；在Y－Junction區(qū)域內(nèi)（長(zhǎng)45 m），形成上下疊交（間隔3 m）；出Y－Junction后，又沿半徑為250 m的右轉(zhuǎn)隧道軸線推進(jìn)，再與永久隧道相連（見(jiàn)圖3）。
3.2.2 穿越地下車庫(kù)樁基群
泛太平洋酒店和千僖廣場(chǎng)是新加坡著名的酒店和商業(yè)中心，其共用地下車庫(kù)擁有龐大的車流量，而且許多酒店的供水管道、供電線路也鋪設(shè)在地下車庫(kù)兩旁。車庫(kù)上方為交通繁忙的淡馬錫大街，而酒店之間的地上觀景聯(lián)絡(luò)通道也通過(guò)立柱支撐在地下車庫(kù)樁基上。
樁基群由鉆孔灌注樁、鋼管樁（Raymond Pile ）和微型樁組成。其中鋼管樁和鉆孔灌注樁的深度超過(guò)了隧道埋深3 m，有2根鋼管樁位于隧道范圍內(nèi)，需在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行樁基替換和割除（見(jiàn)圖4）。
在車庫(kù)的立柱、橫梁、底板的沉降控制點(diǎn)上，預(yù)先安裝應(yīng)力計(jì)、測(cè)斜儀，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，做到定期測(cè)量、及時(shí)反饋，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以確保整個(gè)地下車庫(kù)的安全。樁基群最大沉降為3 mm，樁基替換未對(duì)整個(gè)建筑群造成任何影響。
3.2.3 穿越運(yùn)行中的地鐵西南線
?、?地鐵西南線是20世紀(jì)80年代采用新奧法和盾構(gòu)法2種工法建造的， 其交接處正好位于本隧道的穿越區(qū)域，相隔的距離僅3 m。因此，在穿越過(guò)程中很有可能造成差異沉降，影響地鐵西南線的運(yùn)行。
?、?穿越區(qū)域的地層為S2，屬中風(fēng)化巖層，強(qiáng)度較大，自立性好，但容易遇到孤石。強(qiáng)度大，有利于控制沉降，但增加了刀具的磨損量，提高了開(kāi)倉(cāng)換刀的頻率；強(qiáng)度大，又不利于沉降控制，如果遇到孤石，刀盤(pán)不能對(duì)其進(jìn)行有效的切削，使整個(gè)開(kāi)挖面的切削不均勻，導(dǎo)致局部超挖而引起沉降。
?、?通過(guò)計(jì)算和專家的反復(fù)論證，盾構(gòu)2次穿越后的隧道最終沉降必須控制在5 mm以內(nèi)，否則，運(yùn)行中的地鐵將減速或停運(yùn)。為此采取了如下措施：
?、?按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)將穿越區(qū)域分成3個(gè)區(qū)域，分別為±10 m、±20 m、±30 m，見(jiàn)圖5。
盾構(gòu)穿越前需充分了解穿越區(qū)域土體的實(shí)際情況，預(yù)測(cè)刀盤(pán)的切削能力和換刀周期，調(diào)整施工參數(shù)。
?、?在接近第三警戒區(qū)域時(shí)，對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行年度保養(yǎng)，消除故障隱患，爭(zhēng)取盾構(gòu)在穿越危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)達(dá)到零故障率，避免盾構(gòu)在該區(qū)域內(nèi)作長(zhǎng)期停留而引起沉降。
?、?盾構(gòu)在到達(dá)第二警戒區(qū)域時(shí)，必須進(jìn)行穿越前的最后一次刀盤(pán)維修，更換所有磨損
量超過(guò)5 mm的滾刀；將2把周邊滾刀換成新刀，保證刀盤(pán)的切削半徑。確保盾構(gòu)在第一、第二警戒區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)換刀。
?、?在盾構(gòu)穿越期間，必須密切注意開(kāi)挖面的土質(zhì)變化；按項(xiàng)目組設(shè)定的土壓力、切削速度等施工參數(shù)進(jìn)行施工；嚴(yán)格控制出土量（不超挖、不欠挖），確保壓漿質(zhì)量。
⑤ 按照設(shè)計(jì)要求，在盾構(gòu)穿越前，對(duì)運(yùn)行隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)布控（見(jiàn)圖6）。
盾構(gòu)2次穿越隧道后，運(yùn)行隧道的最終沉降值為4 mm，確保了運(yùn)行隧道的安全。
4 結(jié)語(yǔ)
2005年3月8日新加坡地鐵環(huán)線一期C825標(biāo)隧道全線貫通。新加坡陸路交通管理局地鐵環(huán)線一期項(xiàng)目督察（Project Director） Guy Taylor 在接受新加坡海峽時(shí)報(bào)采訪時(shí)說(shuō)道：在新加坡市中心推進(jìn)的C825隧道，是新加坡歷史上最復(fù)雜，最困難的工程之一，面臨巨大的挑戰(zhàn)，通過(guò)大家共同的努力，使這條隧道成為新加坡最成功的工程之一。
