徐 泉

(南通市建設(shè)安全生產(chǎn)監(jiān)督站，江蘇 南通 226000)

1 引言

當(dāng)前，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，原有的城市交通系統(tǒng)已無法滿足人們的出行需求，同時，越來越擁擠的道路也制約著城市的發(fā)展。鑒于以上問題，我國許多一二線城市開始修建地鐵隧道以解決日益突出的城市交通問題。城市軌道交通的發(fā)展離不開盾構(gòu)施工法的運(yùn)用，從目前的施工經(jīng)驗來看，盾構(gòu)法在施工的始發(fā)階段很容易出現(xiàn)工程事故[1]。本文通過對始發(fā)技術(shù)的闡述，以期找到好的方法保證盾構(gòu)始發(fā)施工順利、快速和安全地進(jìn)行。

2 盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)

2.1 端頭加固施工

在盾構(gòu)始發(fā)之前需要進(jìn)行端頭加固施工，目的是保證洞門破除和始發(fā)掘進(jìn)的安全性。始發(fā)端頭加固一般采用深層攪拌樁加固法、旋噴樁加固法、旋挖素砼樁法、地面水平和垂直注漿加固法、凍結(jié)法等。施工中，需要根據(jù)不同的地層環(huán)境和施工環(huán)境選擇合適的加固方法，目的是保證加固效果和控制施工成本。

2.1.1 端頭加固工藝

南—太區(qū)間始發(fā)端頭地層主要為粉質(zhì)黏土、粉砂層，結(jié)合地層情況、水文條件以及周邊環(huán)境，采用Φ850@600三軸攪拌樁加固，樁間搭接250 mm。加固體與地下連續(xù)墻或槽壁加固之間300 mm的空隙采用Φ800三重管高壓旋噴樁加固，樁間搭接300 mm，加固體外圍采用Φ850@600三軸攪拌樁套打止水帷幕止水。端頭加固詳見圖1。

圖1 南—太區(qū)間始發(fā)端頭加固示意圖

2.1.2 端頭加固效果檢測

端頭加固完后需要對加固土體進(jìn)行取芯檢測，目的是檢測加固體的強(qiáng)度和滲漏情況。具體措施如下：

(1)加固完成數(shù)周后對加固體強(qiáng)度進(jìn)行檢查，分別在兩個樁上離樁芯15、30和45 cm的地方進(jìn)行全取芯鉆孔。檢測標(biāo)準(zhǔn)為28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu不小于1.0 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10 cm/s。檢驗不合格者，應(yīng)在不合格的點附近進(jìn)行補(bǔ)噴或采取有效補(bǔ)救措施。

(2)在加固體的強(qiáng)度達(dá)到要求以后，盾構(gòu)始發(fā)前15～20 d對加固體的滲漏性進(jìn)行檢查。在車站端頭洞門內(nèi)水平鉆9孔，成“米”字形均勻布置，長度深入攪拌樁加固體0.5 m，孔徑50 mm，檢測標(biāo)準(zhǔn)為探孔不能出現(xiàn)連續(xù)流沙、流水。同時在洞門下部及洞門兩側(cè)側(cè)墻位置各增加兩個探孔，以確保洞門鑿除過程安全。洞門探孔布置詳見圖2。

圖2 洞門探孔布置

2.2 洞門破除

目前各城市地鐵隧道施工中，洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻或玻璃纖維筋(GFRP)結(jié)構(gòu)。其中，玻璃纖維筋結(jié)構(gòu)(GFRP)一般不需要人工破除，刀盤可以直接開挖，而鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)則需要經(jīng)過人工破除。洞門破除施工工期長，所以洞門破除時間選擇在盾構(gòu)機(jī)調(diào)試和盾尾內(nèi)負(fù)環(huán)管片拼裝完成之后，目的是保證洞門破除后，刀盤能及時進(jìn)入掌子面，減少土層暴露時間。在破除過程中，要隨時測量破除洞口的尺寸，避免鋼筋或混凝土因為破除不徹底造成卡刀盤事故。

2.3 安裝洞門密封裝置

洞門密封裝置的安裝是盾構(gòu)始發(fā)之前一道很重要的工序，作用是防止始發(fā)時出現(xiàn)涌水涌沙事故。洞門密封裝置主要由翻板、止水卷簾、雙頭螺栓、圓環(huán)板和鋼護(hù)筒等組成。洞口密封裝置的安裝主要分兩步：第一步是在車站端墻結(jié)構(gòu)中安裝洞門鋼環(huán)；第二步是在盾構(gòu)機(jī)下井組裝之前，將密封裝置安裝在預(yù)埋洞門鋼環(huán)上。同時，根據(jù)端墻和地下連續(xù)墻厚度情況，可以增加一節(jié)延伸鋼護(hù)筒，確保刀盤進(jìn)入洞門切削土體前，止水卷簾能及時緊裹盾體。結(jié)合本區(qū)間始發(fā)端頭地層含水量大、透水性高的特點，為防止始發(fā)時出現(xiàn)涌水涌沙，采取在預(yù)埋鋼環(huán)內(nèi)增加一道洞門刷和安裝兩道止水卷簾的方法。盾尾進(jìn)入洞門后，再次焊接一圈圓弧板將管片外部和延伸鋼環(huán)的縫隙封閉，洞門密封裝置詳見圖3。通過對密封裝置安裝方法的改變，本區(qū)間始發(fā)時洞口未出現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象，順利完成始發(fā)作業(yè)。

圖3 南—太區(qū)間洞門密封裝置安裝示意圖

2.4 反力架、始發(fā)架的安裝

2.4.1 反力架、始發(fā)架安裝位置的確定

反力架的安裝位置由負(fù)環(huán)管片數(shù)量決定，位置確定好后，需要在始發(fā)井口下沉段和車站負(fù)一層結(jié)構(gòu)施工過程中預(yù)先安裝好鋼板，為后續(xù)反力架底座和斜支撐安裝提供基礎(chǔ)。

始發(fā)架的安裝位置由盾體長度及始發(fā)井口尺寸確定，一般始發(fā)架的末端離反力架前端面(沿掘進(jìn)方向)的距離在15 cm左右，此距離能滿足盾尾刷和止?jié){板下壓的空間需求。

2.4.2 反力架、始發(fā)架的定位

反力架、始發(fā)架安裝之前，由測量人員根據(jù)洞門中心實際位置確定反力架、始發(fā)架的中線安裝位置。安裝原則為保證始發(fā)架、反力架、盾體、洞門四者圓心重合，遇到曲線始發(fā)或抬頭始發(fā)掘進(jìn)時，安裝關(guān)系可以根據(jù)實際情況變動。

2.4.3 始發(fā)架、反力架的安裝加固

始發(fā)架為盾構(gòu)主機(jī)提供前期支撐力，推進(jìn)中主要受到摩擦力和扭矩影響，所以在盾構(gòu)始發(fā)之前，必須對始發(fā)架兩側(cè)及前方進(jìn)行加固，一般采用“工”字鋼加固支撐。

反力架主要為推進(jìn)提供反作用力，始發(fā)時盾構(gòu)推力為800～1 200 T，故反力架承受的縱向力比較大，所以對加固要求比較高，一般采用后背直支撐和斜支撐結(jié)合的加固方法。直支撐主要支撐在車站負(fù)二層及結(jié)構(gòu)側(cè)墻上，斜支撐上部焊接在反力架上，底部焊接在負(fù)一層預(yù)埋鋼板上。斜支撐通常有2～3道，通過焊接剪刀撐連接在一起。特別需要注意的，在遇到上坡始發(fā)掘進(jìn)時，反力架在安裝時需要有一定的傾斜量。

2.5 負(fù)環(huán)管片安裝

2.5.1 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)的確定

負(fù)環(huán)管片是指隧道成型后，拼裝在始發(fā)井口的管片，一般在隧道掘進(jìn)100環(huán)后拆除。負(fù)環(huán)管片的數(shù)量主要由設(shè)計圖紙上0環(huán)伸出洞門的長度、始發(fā)井口長度、盾構(gòu)主機(jī)長度等因素決定。假設(shè)井口長度為L，0環(huán)伸出洞門距離為L1，反力架寬度為d、后背支撐長度為L2，負(fù)環(huán)寬度為D，則需要環(huán)數(shù)A=(L-L1-d-L2)/D，后背支撐長度L2由盾構(gòu)主機(jī)長度和計算結(jié)果決定，以使負(fù)環(huán)環(huán)數(shù)為整數(shù)。負(fù)環(huán)布置詳見圖4。

圖4 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)計算示意圖

2.5.2 首環(huán)管片的拼裝

由于拼裝首環(huán)管片時沒有后支撐力，同時管片外徑小于盾尾內(nèi)徑，管片拼裝容易不成圓形或下沉，所以在拼裝前根據(jù)盾尾間隙情況，提前在盾尾里面中下部位置焊接相應(yīng)尺寸的鋼管或鋼筋類材料。只有保證盾尾間隙均勻的情況下，推進(jìn)千斤頂才能順利將管片后移。

在首環(huán)拼裝過程中，上部管片塊比較危險，易掉落，所以在拼裝中一般在盾尾內(nèi)焊接“7”字型鋼板固定管片，以保證安全。管片拼裝點位主要采取頂部拼裝，目的是方便后期拆除負(fù)環(huán)管片。

2.5.3 首環(huán)管片后移

首環(huán)管片拼裝完成后，首先用下部油缸后移管片，觀察管片上部情況，再采用相應(yīng)上部油缸作調(diào)整。后移過程中速度不能太快，各個方向要有人員盯控，以防管片偏離卡住盾尾。根據(jù)管片參數(shù)將管片移到合適位置后，就可以開始下一環(huán)負(fù)環(huán)的拼裝。一般拼裝2環(huán)后，再整體后移至反力架。

2.6 盾構(gòu)的始發(fā)

2.6.1 空載推進(jìn)

在開始推進(jìn)的過程中，盾構(gòu)機(jī)因為沒有土壓等原因，所以一般選擇用拼裝模式推進(jìn)。推進(jìn)過程中，需要注意觀察刀盤和洞門密封裝置的接觸情況以及盾體上的防扭塊是否需要割除。推進(jìn)之前可以在盾體上做好標(biāo)記，根據(jù)刀盤前端和掌子面的距離情況，結(jié)合盾體前進(jìn)距離，判斷推進(jìn)中刀盤前端和掌子面的情況，為能否轉(zhuǎn)動刀盤提供參考依據(jù)。

2.6.2 始發(fā)時盾構(gòu)姿態(tài)的控制

始發(fā)時盾構(gòu)姿態(tài)是很難作出調(diào)整的(包括完全進(jìn)入加固區(qū)內(nèi))，所以在盾構(gòu)機(jī)組裝時，就要保證盾構(gòu)機(jī)有一個很好的始發(fā)姿態(tài)。為了防止盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞后出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象，始發(fā)架安裝時可以將前部抬高2 cm，或在洞門底部內(nèi)采取安裝引軌、灌混凝土等措施。

2.6.3 始發(fā)參數(shù)控制

始發(fā)階段，刀盤進(jìn)入加固區(qū)域后，正面土體強(qiáng)度大，往往造成推力大。為了保護(hù)反力架，要求在滿足掘進(jìn)速度的情況下，盡量減小推力,一般采取較低土壓掘進(jìn)。實際情況中，加固區(qū)內(nèi)也不容易建立土倉壓力，所以推進(jìn)中需要嚴(yán)格控制出土量。同時，掘進(jìn)過程中要嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，減少刀盤貫入度，減小刀盤扭矩。若遇到出加固區(qū)后即開始下穿建(構(gòu))筑物時，可向土倉內(nèi)注入膨潤土，提前建立土壓。

2.6.4 洞門封堵

在盾尾完全進(jìn)入洞門后，根據(jù)始發(fā)端頭加固區(qū)域長度確定停機(jī)封洞門位置。注漿之前先將盾尾部分注滿膨潤土，防止雙液漿流入盾尾刷對其造成損害。注漿過程中，隔一段時間，盾構(gòu)機(jī)往前推進(jìn)10～15 cm，以防盾體外部被土體包裹。

3 結(jié)束語

盾構(gòu)始發(fā)是一項比較復(fù)雜繁瑣的施工作業(yè)，除本文講述的幾點外，期間還會涉及大型設(shè)備吊裝、高壓電傳送、大型設(shè)備的組裝等各種高風(fēng)險作業(yè)。所以盾構(gòu)始發(fā)前需要精心做好各種準(zhǔn)備工作，機(jī)具、材料和人員全部到位，各工序作業(yè)才能連續(xù)不斷地進(jìn)行下去。