任志超

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京市 100000）

1　盾構(gòu)空推工法提出的背景

隨著我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展，地鐵建設(shè)愈加普遍。盾構(gòu)法憑借著對(duì)環(huán)境與地面交通影響小、施工速度快、精度高、適應(yīng)軟弱地質(zhì)條件等諸多優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)各個(gè)城市地鐵盾構(gòu)法的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要面臨著以下兩點(diǎn)問(wèn)題。

（1）地質(zhì)條件存在較大的差異。如東部地區(qū)的軟黏土地質(zhì)，代表城市：上海、杭州；西部地區(qū)的富水砂卵石地層，代表城市：成都；南部地區(qū)的軟硬不均復(fù)合地層，代表城市：廣州、深圳；北部地區(qū)的砂卵石地層，代表城市：北京；中部地區(qū)的老黃土，代表城市：西安、蘭州等。地質(zhì)條件各異為地鐵盾構(gòu)施工帶來(lái)了諸多問(wèn)題，如軟黏土施工的穩(wěn)定性問(wèn)題、砂卵石與卵礫石底層的高磨耗問(wèn)題、大粒徑漂石與孤石的通過(guò)問(wèn)題、老黃土地層的遇水塌陷問(wèn)題等。

（2）修建空間不斷被壓縮。我國(guó)城市正處于快速發(fā)展階段，留給修建地鐵的空間越來(lái)越少，特別是地鐵需要穿越城市繁華地段，上覆建筑物多、人口密集、交通繁忙，出現(xiàn)了很多大深度、急曲線、復(fù)雜立交、多重交叉等困難情況。

面對(duì)上述情況，多工法組合施工成為了行業(yè)內(nèi)的熱門課題，如盾構(gòu)法+礦山法就是一個(gè)典型形式。此種組合工法可同時(shí)解決盾構(gòu)法在硬巖段掘進(jìn)困難以及礦山法在軟巖段施工風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題。另外，對(duì)部分施工場(chǎng)地嚴(yán)重受限區(qū)域，施作礦山法后進(jìn)行盾構(gòu)空推施工，硬巖段兩端便無(wú)需設(shè)盾構(gòu)機(jī)拆卸、吊出、再始發(fā)的工作井，以此節(jié)約場(chǎng)地，方便施工組織[1]。

基于此背景，在實(shí)際地鐵工程建設(shè)中盾構(gòu)空推工法的應(yīng)用越來(lái)越多，下文將主要圍繞此工法原理與實(shí)際應(yīng)用情況展開(kāi)具體闡述，以期為后續(xù)工程實(shí)踐提供參考，推進(jìn)我國(guó)地鐵事業(yè)的不斷發(fā)展。

2　盾構(gòu)空推施工工法原理與控制要點(diǎn)

2.1　工法原理

盾構(gòu)空推通過(guò)的是暗挖或礦山法挖掘完成的隧道，盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中缺少了掘進(jìn)這一工序，因此工法原理與普通的盾構(gòu)施工有一定的差別。在施工準(zhǔn)備階段需做好相關(guān)復(fù)測(cè)工作，對(duì)盾構(gòu)與暗挖段分界端頭墻進(jìn)行處理，并在已作初期支護(hù)的暗挖段施工混凝土導(dǎo)臺(tái)、回填碎石等。在盾構(gòu)空推過(guò)程中，由刀盤前方回填碎石為盾構(gòu)機(jī)提供反力，做好管片拼裝工作，所有空推范圍下方管片，必須及時(shí)支墊，并通過(guò)盾構(gòu)機(jī)同步注漿系統(tǒng)填充管片背后空隙。使用空推拼裝管片通過(guò)后，做好空推段的二次注漿，由此固結(jié)整環(huán)管片，確保工程質(zhì)量。

盾構(gòu)空推施工流程具體如下：施工開(kāi)始→里程復(fù)測(cè)、暗挖隧道斷面復(fù)測(cè)、導(dǎo)臺(tái)復(fù)測(cè)→到達(dá)端頭檢查→貫通準(zhǔn)備→盾構(gòu)掘進(jìn)、同步注漿、管片安裝→端頭密封墻破除→導(dǎo)臺(tái)兩側(cè)及前端堆放米石→盾構(gòu)空推→同步注漿、管片拼裝、噴填米石→補(bǔ)充注漿→檢查管片背后回填質(zhì)量→盾構(gòu)到達(dá)掌子面→盾構(gòu)掘進(jìn)、同步注漿、管片安裝→暗挖盾構(gòu)交界面二次注漿→暗挖段壓密注漿→施工結(jié)束。

2.2　盾構(gòu)空推控制要點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，空推時(shí)盾構(gòu)推力不能達(dá)到拼裝管片擠壓式防水的最低要求，已拼裝管片的周邊存在較大間隙且時(shí)間較長(zhǎng)，因此盾構(gòu)空推施工時(shí)便極易發(fā)生以下問(wèn)題：隧道軸線偏差超限、管片出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題（包括已拼裝管片上浮、相鄰拼裝管片錯(cuò)臺(tái)、接縫滲漏水等）、積水抽排、回灌蓄水造成周邊地層沉降。

基于此，盾構(gòu)空推施工時(shí)需注意以下控制要點(diǎn)：

（1）盾構(gòu)空推時(shí)，合理調(diào)整各推進(jìn)組油缸行程，保證盾構(gòu)沿著導(dǎo)向平臺(tái)中心前行（見(jiàn)圖1）。通過(guò)控制導(dǎo)向平臺(tái)質(zhì)量，確保盾構(gòu)姿態(tài)良好[2]。

圖1　混凝土導(dǎo)臺(tái)示意圖

（2）適當(dāng)采取堆填豆粒石或在盾體周圍噴射填充石料的方式，增加盾構(gòu)推力，從而達(dá)到擠壓緊管片止水膠條的目的，有效減少環(huán)縫間滲水。同時(shí)，噴射豆粒石也可在管片脫出盾尾時(shí)及時(shí)予以支撐，避免管片下沉，出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)的問(wèn)題。

（3）使用盾構(gòu)機(jī)同步注漿系統(tǒng)注漿時(shí)，配合手動(dòng)控制的方式，根據(jù)豆粒石回填情況不斷調(diào)整流量、速度、壓力等，保證管片背后空隙充填效果[3]。

（4）在盾構(gòu)空推期間做好監(jiān)控量測(cè)工作。盾構(gòu)空推期間需抽排水、蓄水，此時(shí)需對(duì)周邊地層、建（構(gòu)）筑物的沉降變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并制定好應(yīng)急保護(hù)措施。

3　實(shí)例分析盾構(gòu)空推施工工法的應(yīng)用

3.1　工程概況

本工程為城市地鐵某區(qū)間隧道，采用盾構(gòu)法施工，左、右線長(zhǎng)度分別為781.6 m、792.1 m。本區(qū)間隧道施工中面臨著與正常運(yùn)營(yíng)的地鐵線路交叉的情況（下穿），為了不影響既有線路的運(yùn)行，下穿段已提前暗挖施工。將影響盾構(gòu)穿越的6根抗拔樁截除，暗挖預(yù)埋段左、右線長(zhǎng)度分別是71 m、57.55 m，拱頂埋深18 m，隧道頂與既有車站底板相距6.5 m[4]。

3.2　施工方案

本地鐵區(qū)間隧道預(yù)埋暗挖段前期施作了初支、二襯、防水，2臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)CET6400空推，盾體與暗挖二襯存在60 mm縫隙可通過(guò)。盾構(gòu)空推前，抽排暗挖段積水，加固暗挖段兩端頭土體。左線采用Φ800@500 mm三重管高壓旋噴樁地面垂直加固方法，右線受限于場(chǎng)地選用洞內(nèi)水平注漿加固方法。盾構(gòu)到達(dá)預(yù)埋段前，破除洞門，盾構(gòu)空推穿過(guò)預(yù)埋段，加強(qiáng)既有地鐵線路的監(jiān)測(cè)工作，保證運(yùn)營(yíng)安全[5]。

根據(jù)本區(qū)段施工條件與技術(shù)條件分析，主要存在以下施工難點(diǎn)：

（1）基于既有路面限制，在小里程端頭無(wú)法開(kāi)展地面加固，只能采用洞內(nèi)水平加固方法；

（2）在鑿除大、小里程段的洞門時(shí)，極易出現(xiàn)樁間涌水、涌泥等情況；

（3）盾構(gòu)機(jī)到達(dá)預(yù)埋暗挖段前，必須做好盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)、推力控制，保證施工質(zhì)量；

（4）預(yù)埋暗挖段內(nèi)空推過(guò)程中，由于阻力小，管片極易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、滲漏的問(wèn)題，必須加強(qiáng)控制；

（5）預(yù)埋暗挖段內(nèi)空推時(shí)，極易出現(xiàn)“掉頭”等情況，較難控制線型。

3.3　盾構(gòu)空推施工工法的應(yīng)用要點(diǎn)

3.3.1預(yù)埋段區(qū)間端頭加固

（1）右線端頭加固。預(yù)埋段區(qū)間右線處在路面正下方，缺少地面施工條件，選用Φ800@600 mm三重管高壓旋噴樁平面加固方法。施工孔位沿隧道邊緣一圈環(huán)向布置，共計(jì)38個(gè)孔，孔距500 mm，小、大里程端加固長(zhǎng)度分別是10.5 m、9 m?？孜徊贾脠D如圖2所示。

圖2　孔位布置圖

（2）左線端頭加固。預(yù)埋暗挖段區(qū)間左線端頭采用Φ800@600 mm三重管高壓旋噴樁垂直加固方法，小、大里程端加固長(zhǎng)度分別是10.5 m、9 m。

3.3.2洞門鑿除施工

預(yù)埋暗挖段洞門使用人工風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除，洞門共分為9個(gè)部分，如圖3所示，按照編號(hào)順序施工，一旦發(fā)生突發(fā)情況可快速疏散。

3.3.3盾構(gòu)空推過(guò)預(yù)埋段隧道施工

（1）準(zhǔn)備工作

a.導(dǎo)臺(tái)施工。本預(yù)埋暗挖段導(dǎo)臺(tái)施工厚度為60 mm，采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆施工方法，導(dǎo)臺(tái)弦長(zhǎng)為3 230 mm。

b.盾構(gòu)機(jī)到達(dá)預(yù)埋暗挖段前100 m以及50 m時(shí)，需做好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的人工復(fù)測(cè)工作，一旦發(fā)現(xiàn)偏差需及時(shí)糾正；預(yù)埋暗挖段前25 m為盾構(gòu)機(jī)到達(dá)段，采用敞開(kāi)模式掘進(jìn)，逐步減小推力、降低速度；盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入預(yù)埋段前最后3環(huán)，掘進(jìn)速度＜15 mm/min，總推力＜600 t。

（2）空推施工

a.根據(jù)刀盤與導(dǎo)臺(tái)的關(guān)系，對(duì)各組推進(jìn)油缸行程進(jìn)行調(diào)整，保證盾構(gòu)姿態(tài)沿著設(shè)計(jì)線路推進(jìn)。前期推進(jìn)速度控制為15～40 mm/min，后期逐步恢復(fù)正常速度。

b.在刀盤前使用濕噴機(jī)噴射豆粒石，噴射速度控制在6～9 m3/h。噴射時(shí)間隔4.5 m在盾構(gòu)機(jī)切口四周以袋裝砂石料圍成一個(gè)圍堰，圍堰范圍需超過(guò)2:00～10∶00時(shí)鐘位置，有效避免出現(xiàn)管片背后砂漿、豆粒石等前竄的現(xiàn)象。

c.在空推中同步注漿，漿液初、終凝時(shí)間分別為8 h、10.5 h，實(shí)時(shí)根據(jù)漿液流動(dòng)情況不斷調(diào)整膠凝時(shí)間。以注漿量作為注漿結(jié)束控制標(biāo)準(zhǔn)，注漿量超過(guò)理論80%以上即可結(jié)束。盾構(gòu)機(jī)管片安裝10環(huán)后，隔6 m（4環(huán)管片）檢查注漿效果。

圖3　洞門鑿除施工順序示意圖

（3）施工監(jiān)測(cè)

為了保證既有鐵路的安全運(yùn)營(yíng)，本預(yù)埋暗挖段盾構(gòu)空推過(guò)程中設(shè)置靜力水準(zhǔn)儀展開(kāi)自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括地表沉降、建筑物沉降與傾斜兩大檢測(cè)項(xiàng)目。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖4所示。

圖4　監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

通過(guò)施工監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握施工中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)施工，不斷調(diào)整盾構(gòu)空推相關(guān)參數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，必須立刻采用緊急處理措施，必要時(shí)暫停施工，防止出現(xiàn)安全事故。

根據(jù)本次監(jiān)測(cè)所得的沉降數(shù)據(jù)分析可知，盾構(gòu)空推施工對(duì)于既有軌道與建筑物的影響較小。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在多工法施工背景下，地鐵暗挖段盾構(gòu)空推施工工法的應(yīng)用愈加廣泛。盾構(gòu)空推施工中，基于推力問(wèn)題管片極易出現(xiàn)上浮、錯(cuò)臺(tái)以及接縫滲漏水等情況，必須要在盾體周圍噴射填充石料，保證管片施工質(zhì)量，做好同步注漿工作，充分填充管片背后空隙。此外，在盾構(gòu)空推期間，需加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，制定好相關(guān)應(yīng)急方案，保證整個(gè)施工作業(yè)安全、有序進(jìn)行。