譚伏龍

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)

譚伏龍

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

盾構(gòu)施工技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其施工速度較快、施工安全性高、成型質(zhì)量好，因而在城市的地鐵隧道工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。本文首先分析了地鐵隧道盾構(gòu)施工基本原理及特點(diǎn)，其后結(jié)合實例對地鐵隧道的盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了探討，以供參考。

地鐵；盾構(gòu)；施工技術(shù)

1 引言

在地下工程施工中，盾構(gòu)法屬于暗挖施工工藝，具有較好的隱蔽性，對環(huán)境影響較小，而且在地下施工過程中不會受到覆土深淺的影響，不會對周圍環(huán)境帶來影響，且施工速度較快，在隧道掘進(jìn)及城市地下隧道工程中應(yīng)用較為廣泛。

2 盾構(gòu)法概述

2.1 盾構(gòu)施工技術(shù)原理

盾構(gòu)施工技術(shù)的施工原理，是在有效支撐地面土層壓力的同時，采用鋼筒結(jié)構(gòu)在地層中的快速推進(jìn)進(jìn)行施工，其安全系數(shù)較高，能夠保持快、穩(wěn)定的施工進(jìn)度，尤其適用于一些流砂、斷裂、堅硬巖石及軟弱土質(zhì)地質(zhì)條件。實際運(yùn)用過程中需將盾構(gòu)機(jī)安裝在豎井中，在地層中運(yùn)行時，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)一環(huán)，要在盾尾部支護(hù)下，安裝一環(huán)管片，同時在一環(huán)襯砌處圍空隙處壓注水泥砂漿。一環(huán)襯砌承擔(dān)了盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中所承受的土壓力，最后再通過豎井將施工中挖出的土方運(yùn)出。

2.2 地鐵工程盾構(gòu)施工特點(diǎn)

（1）盾構(gòu)施工大部分過程位于地下，對周邊環(huán)境影響小。在采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行地鐵隧道施工時，施工過程中產(chǎn)生的噪音非常微弱，對周圍土層的振動也小，不必像其它工程施工那樣需要線路沿線施工現(xiàn)場進(jìn)行特殊的布置安排，對地面活動，特別是交通運(yùn)輸和周邊環(huán)境影響微弱。

（2）施工精度要求高。地鐵工程對于施工質(zhì)量和工程安全可靠性有著很高的要求，使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工時，由于盾構(gòu)機(jī)管片制作精度很高，保障了施工誤差。此外，盾構(gòu)機(jī)設(shè)備參數(shù)與施工條件之間存在嚴(yán)格的針對性，會隨著施工隧道斷面的改變而改變。

3 地鐵工程盾構(gòu)施工中的技術(shù)控制要點(diǎn)

3.1 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞控制

在使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行挖掘作業(yè)時，進(jìn)洞和出洞作業(yè)是盾構(gòu)機(jī)工作的基礎(chǔ)操作和主要組成，出洞達(dá)到施工流程如圖1所示。盾構(gòu)進(jìn)洞前，首先要正確選擇隧道施工路線，防止軸線發(fā)生過大偏差。同時，要做好施工路線周圍地質(zhì)環(huán)境勘察，提前制定科學(xué)可靠的事故防范措施。在盾構(gòu)出洞前，也要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格審查各項出洞條件。

圖1 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)施工流程圖

3.2 盾構(gòu)機(jī)挖掘前進(jìn)施工控制

在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)時，最主要的是要盡量減少盾構(gòu)施工對周圍土層的影響，防止土層擾動，確保盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定性。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工的盾構(gòu)姿態(tài)控制是要點(diǎn)，需通過對注漿量、注漿方式、盾構(gòu)坡度等十項參數(shù)的控制來控制。施工人員通過一系列規(guī)范化的科學(xué)測量，結(jié)合盾構(gòu)掘進(jìn)過程中地面沉降情況，優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，從而保證盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定。

3.3 盾構(gòu)穿越粉砂層施工控制

隧道線路周圍地質(zhì)條件對于盾構(gòu)施工具有很大影響。盾構(gòu)施工的理想施工環(huán)境是淤泥質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等軟土地層，如果施工線路途經(jīng)粉砂層，那么必須運(yùn)用一些特殊的方法，例如通過提升正面土體的流動性與止水性，或采取適當(dāng)提高土艙壓力和向土艙內(nèi)加泥的方法予以處理。

4 地鐵工程盾構(gòu)施工技術(shù)實例分析

4.1 工程概況

某地鐵線路盾構(gòu)施工，采用的是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，該段隧道地層為密實卵石層，土體自穩(wěn)性較好，但接收位置隧道底一層粉細(xì)砂層；設(shè)計線路縱坡為2‰，平面處于直線段。其中某站的結(jié)構(gòu)設(shè)計為盾構(gòu)過站設(shè)計，盾構(gòu)在到達(dá)車站的前端右線里程YDK19＋894.638～YDK19＋888.634及左線 ZDK19＋891.490～ZDK19＋885.486范圍內(nèi)，下穿 DN2.2m 污水管，污水管成南北走向，與盾構(gòu)隧道相交。

4.2 施工方案

施工方案應(yīng)當(dāng)綜合考慮該盾構(gòu)工程到達(dá)接收端范圍內(nèi)，污水管段區(qū)間的隧道埋深、地質(zhì)情況以及與管線的空間關(guān)系，以“安全、連續(xù)、快速均衡通過管線”為施工指導(dǎo)思想，確立“建合理土壓、快速掘進(jìn)、注漿充分、嚴(yán)密監(jiān)測、快速反饋、預(yù)案恰當(dāng)”的施工原則。

4.3 施工前準(zhǔn)備過程

4.3.1 地層預(yù)注漿加固

污水管的頂管施工非常容易對原地層產(chǎn)生擾動，由于接收端頭的隧道底部，存在中密粉細(xì)砂層，導(dǎo)致盾構(gòu)容易出現(xiàn)磕頭問題，所以對管道兩邊、接收端頭以及盾構(gòu)隧道影響范圍內(nèi)，都應(yīng)當(dāng)采取地面預(yù)注漿加固和跟蹤注漿加固措施。提前15d采用單液水泥漿，準(zhǔn)50mm袖閥管注漿加固，注漿完畢后清洗部分袖閥管預(yù)留做二次跟蹤注漿用。

4.3.2 污水管托梁保護(hù)

污水管兩側(cè)需要使用鋼筋混凝土進(jìn)行縱梁包裹，包裹范圍為管線中心線下45°以上。污水管管節(jié)采用鋼絲繩準(zhǔn)28mm按2m/道圍箍，外包縱梁采用截面尺寸為6.6m×4.4m×2.5m（長×寬×高）的鋼筋混凝土梁，且縱梁需伸入檢查井內(nèi)，形成從管道到檢查井的一個整體，縱梁通過橫梁支撐在直徑1.2m的支撐樁上。將污水管范圍的土體挖除，然后施做污水管托梁。

4.3.3 洞門加固

右線污水管的中心，距離洞門的長度是10m，為了確保盾構(gòu)在下穿污水管時，能夠盡可能減少對管道的擾動，接收端頭施作21根管棚，加固范圍為洞門上方120°，管棚為準(zhǔn)127×6×20000mm的無縫鋼管，外插角為2°，中心間距為35cm；管內(nèi)注入水泥單液漿，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，以達(dá)到較理想的擴(kuò)散半徑，確保掌子面以上形成完整的加固保護(hù)。

4.3.4 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

在極軟土質(zhì)條件下，盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)的主要參數(shù)控制：

（1）穿越止水帷幕時盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)：推進(jìn)速度10～15mm/min，推力1300t以內(nèi)，扭矩2.0MN·m以內(nèi)，適當(dāng)注入泡沫，嚴(yán)格控制出土量，根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整土倉壓力。

（2）進(jìn)三軸攪拌加固區(qū)時盾構(gòu)機(jī)參數(shù)：推進(jìn)速度15～20mm/min，推力1300t以內(nèi)，扭矩2.0MN·m以內(nèi)，滾動角≤3mm/m。

（3）過加固區(qū)時盾構(gòu)機(jī)參數(shù)：推進(jìn)速度15～20mm/min，推力800t～1000t，扭矩嚴(yán)格控制在2.0MN·m以內(nèi)，適當(dāng)注入泡沫，逐漸減小土倉壓力。

（4）第三道環(huán)箍及破洞門掘進(jìn)參數(shù)：推進(jìn)速度5～10mm/min，推力800t以內(nèi)，扭矩嚴(yán)格控制在1.5MN·m以內(nèi)，上部土壓逐漸減小到零，敞開式推進(jìn)，刀盤破出洞門前100mm注入第三道聚氨酯。

（5）刀盤破出洞門，停止注入泡沫，未被簾布包裹盾體前停止同步注漿，待簾布包裹盾體再次開啟同步注漿，并視情況進(jìn)行補(bǔ)漿。盾體爬上托架后盡快焊接防側(cè)滾牛腿，管片拼裝前盾體前方使用液壓泵站施加反力，以保證管片拼裝質(zhì)量。

（6）在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)站時，避免由于刀盤旋轉(zhuǎn)損壞橡膠簾布，或使扇形壓板位移。所以應(yīng)特別注意對橡膠簾布的保護(hù)，并及時調(diào)整洞門扇形壓板。

4.4 盾構(gòu)施工

地鐵盾構(gòu)施工如圖2所示。

4.4.1 盾構(gòu)拼裝

通常建議采用分體運(yùn)輸，將盾頭拆分為切削刀盤、上、下盾殼、主機(jī)四個部分，分別運(yùn)送到施工現(xiàn)場，然后在始發(fā)豎井內(nèi)組裝。實際安裝前，需要預(yù)先準(zhǔn)備始發(fā)井下的盾構(gòu)安裝基座，并測定盾構(gòu)的推進(jìn)軸線、盾構(gòu)始發(fā)導(dǎo)入口，然后固定好始發(fā)井內(nèi)的盾殼，將盾構(gòu)主機(jī)吊裝就位，吊裝刀盤固定于主機(jī)上，安裝上、下盾殼，安裝完畢后將上、下盾殼焊牢。

4.4.2 端頭降水

為了保證盾構(gòu)機(jī)能夠保持無水或少水的狀態(tài)，安全抵達(dá)施工洞，需利用端頭的原三口降水井，在盾構(gòu)接收前將水位降至底板水位線以下0.5m，以防止接收時發(fā)生涌水、涌砂等情況。

4.4.3 盾構(gòu)的掘進(jìn)

圖2 地鐵盾構(gòu)法施工示意圖

等到盾構(gòu)設(shè)備完全進(jìn)入隧道后，盾構(gòu)按預(yù)先設(shè)定的方向掘進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)設(shè)備出現(xiàn)左右或上下偏差時，由計算機(jī)系統(tǒng)對推進(jìn)油缸進(jìn)行控制，確保條件方向按預(yù)定設(shè)置方向前進(jìn)。同時，在保證開挖面土壓平衡的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)刀盤轉(zhuǎn)速與推進(jìn)速度及螺旋輸送機(jī)速度的比率，使開挖與排土保持恒定。

4.4.4 姿態(tài)控制

在盾構(gòu)抵達(dá)前，需要首先開展地面的控制網(wǎng)復(fù)測、聯(lián)系測量、地下控制網(wǎng)復(fù)測、管片姿態(tài)測量、吊籃復(fù)測、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)測、接收洞門及底板復(fù)測。調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，確保正常出洞，盾構(gòu)機(jī)在距貫通前30m內(nèi)，應(yīng)再次進(jìn)行姿態(tài)復(fù)測，確保盾構(gòu)以設(shè)計姿態(tài)下穿污水管；在過程中，注意維持勻速。嚴(yán)格控制好推進(jìn)里程，將施工測量結(jié)果及時與計算的三維坐標(biāo)相校核，及時調(diào)整，每環(huán)糾偏量不超過5mm，以減少對地層的擾動。

4.4.5 襯砌

當(dāng)盾構(gòu)設(shè)備開展掘進(jìn)施工完成一個節(jié)距時，可進(jìn)入管片的襯砌工序，由管片運(yùn)輸車將管片運(yùn)送到安裝臺位，再由管片襯砌臺車將管片送至安裝位置安裝就位。管片安裝完畢后，進(jìn)行下一個循環(huán)的掘進(jìn)，直至整個隧道工程的完成。

4.4.6 洞內(nèi)注漿

對于盾構(gòu)下穿污水管段的掘進(jìn)施工，需要通過同步注漿，合理增加速凝劑以減少凝結(jié)的時間，將初凝時間控制在4h左右。過污水管段注漿量應(yīng)適當(dāng)增大，采用注漿壓力和注漿量雙控，每環(huán)注漿量可調(diào)至8m3左右。二次注漿通過吊裝孔進(jìn)行，選用水泥—水玻璃雙液漿，配合比為1∶1，在管片脫出盾尾2～4環(huán)后進(jìn)行，注漿壓力為0.2～0.4MPa。通過污水管段二次注漿采用全環(huán)封閉注漿，全環(huán)封閉的范圍為630～652環(huán)，共22環(huán)。

4.4.7 洞門封堵

將洞門的混凝土鑿除之后，應(yīng)當(dāng)推進(jìn)拼裝管片與盾構(gòu)，從而縮短盾構(gòu)的實際接收時間，并及時清渣封閉洞門。

5 結(jié)語

盾構(gòu)施工技術(shù)是目前地鐵隧道施工應(yīng)用最為普遍的施工技術(shù)，在盾構(gòu)施工過程中，必須注意對周邊環(huán)境變化狀況和地質(zhì)條件的觀察調(diào)差，明確各項參數(shù)，及時排除異常情況，深入研究具體施工技術(shù)，才能真正確保工程質(zhì)量和施工安全。

[1]鄧 彬，顧小芳.上軟下硬地層盾構(gòu)施工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49（2）：59～64.

[2]朱才輝，李寧，柳厚祥，等.盾構(gòu)施工工藝誘發(fā)地表沉降規(guī)律淺析[J].巖土力學(xué)，2011，32（1）：158～164.

[3]唐曉武，朱季，劉維，等.盾構(gòu)施工過程中的土體變形研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010，29（02）：417～422.

U455.4

A

1004-7344（2016）04-0162-02

2016-1-2

譚伏龍（1984-），男，工程師，本科，主要從事軌道交通施工工作。