盾構始發(fā)試掘進施工技術探析

摘要：在地鐵施工中，始發(fā)試掘進作為盾構工法的關鍵工序，不僅僅關系到周邊建筑及施工的安全，而且還直接影響到施工的質量、進度、安全以及經濟效益。文章依托廈門市軌道交通1號線一期工程盾構始發(fā)，通過對盾構始發(fā)施工的技術研究，重點介紹盾構分體、整體始發(fā)、試掘進關鍵技術。

關鍵詞：盾構始發(fā)；試掘進施工技術；地鐵施工；盾構機；軌道交通

中圖分類號：TU941 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0089-04

隨著社會的不斷進步與發(fā)展，地鐵的施工技術也逐漸進步，隨著我國地鐵掘進技術的發(fā)展，始發(fā)試掘進施工技術已經被我國的地鐵界認可?，F在多數城市的地鐵施工都采用這種技術，始發(fā)試掘進作為盾構工法的關鍵工序，不僅僅關系到周邊建筑及施工的安全，而且還直接影響到施工的質量、進度、安全以及經濟效益。

1 工程概況

廈門市軌道交通1號線一期工程集美中心站～誠毅廣場站區(qū)間起于集美中心站，沿在建縱八路南北敷設，經新洲路、下穿在建鐘樓后到達誠毅廣場站。區(qū)間南端局部位于在建市民公園，北端位于縱八路下，為單一斷面，不含配線。沿線現狀為在建公園、在建高層房屋，下穿有新洲路共同溝、鐘樓。

2 盾構分體、整體始發(fā)

2.1 集美中心站～誠毅廣場站場地設施布局

集美中心站～誠毅廣場站區(qū)間施工設置施工隊和項目部，施工隊和項目部房屋本著安全適用、布局合理、標準統(tǒng)一的原則進行建設布置。

在車站北側設置臨時堆土區(qū)，在車站頂板處設置集土坑，用于盾構出土堆放；在車站頂板設置管片場和消耗材料區(qū)，用于滿足盾構推進消耗；在盾構始發(fā)井西側設置拌合站和砂場，用于滿足盾構同步注漿。

2.2 盾構機選型

本區(qū)間盾構掘進范圍內地基土主要<3-1-2>全新統(tǒng)沖洪積可塑狀黏土、<3-4-3>全新統(tǒng)沖洪積礫砂、<11-1-3>殘積硬塑狀砂質粘性土、<17-1>全風化花崗巖層，由于其自立性差、透水性好，且有遇水軟化特性，考慮地層的復雜性，盾構宜采用復合式盾構?？蓪⒍軜嬍┕さ牡孛孀冃慰刂圃?3～+1cm范圍內，滿足環(huán)境保護

要求。

2.3 盾構始發(fā)

集美中心站～誠毅廣場站盾構始發(fā)應進行的工作包括：端頭井外土體加固，洞門改良后土體質量檢查，安裝盾構機發(fā)射架，盾構機下井前軌道鋪設，盾構機就位、組裝，安裝反力架，洞門破除，安裝洞門密封簾布橡膠板，盾構機驗收，拼裝負環(huán)管片，盾構機加壓貫入作業(yè)面和掘進。

2.3.1 端頭井外土體加固：誠毅廣場站盾構始發(fā)前進行端頭井加固作業(yè)，端頭土體加固采用外側三邊素混凝土墻+內部三管旋噴樁進行加固，旋噴樁樁徑800mm，咬合200mm，孔位偏差不得大于50mm，垂直度不得大于1%。內部設置3口管井+1口水位檢查井，檢查井必要時進行降水。

2.3.2 洞門改良后土體質量檢查：加固后的土體有良好的均勻性、自立性、密封性，加固體無側限抗壓強度不小于0.8MPa，滲漏系數不大于10-7cm/sec始發(fā)之前進行取芯檢驗，位置選擇有代表性的樁心和搭接處，數量取1%且不得少于3點。

2.3.3 安裝盾構機發(fā)射架：盾構機組裝前，依據隧道設計軸線與洞圈預埋鋼環(huán)中心位置，定出盾構始發(fā)姿態(tài)的空間位置，根據聯絡通道及始發(fā)里程計算出首環(huán)管片的里程，并根據工作井的平面尺寸及首環(huán)管片的里程決定發(fā)射架的平面位置，然后反推出發(fā)射架的空間

位置。

2.3.4 盾構機下井前軌道鋪設：（1）站臺軌道鋪設：根據前面確定發(fā)射架的中線位置，采用全站儀放樣法在站臺上分別確定臺車軌道及電瓶車軌道的中線位置，然后鋪設軌道加以固定，考慮到站臺及發(fā)射架之間的高差，鋪軌時加入了一個漸變的坡度。（2）發(fā)射架臨時軌道鋪設：為了便于臺車及電瓶車吊裝下井，事先得在發(fā)射架上鋪設臨時軌道以便和站臺軌道連接上，臺車、電瓶車吊裝下井后于臨時軌道上組裝完畢再利用電瓶車動力拉入站臺內。具體鋪設時采用工字鋼做T型支架，然后在上面直接鋪軌，長度要求以臺車在工作井內安全放置為宜。

2.3.5 盾構機組裝、調試：

第一，集美中心站～誠毅廣場站右線盾構始發(fā)采用分體始發(fā)，右線分體始發(fā)包括電瓶車下井：臨時軌道鋪設完成后，盾構機進場前，用吊車吊起電瓶車車頭放到預先鋪設好的臨時軌道上，再吊裝電瓶并進行組裝，完成后由電瓶車司機操作駛入站臺里。盾構機下井：盾構下井主要包含前盾、中盾、盾尾以及刀盤的安裝，均在端頭井內吊裝、組裝。每臺設備吊裝時必須有明確的崗位分工和崗位職責。各崗位作業(yè)人員必須遵守紀律，堅守崗位，服從指揮，各負其責。盾構吊裝順序：螺旋輸送機下井及后藏、輔助軌道拆除→中盾下井及后移→前盾下井并與中盾連接→中前盾連接體前移→拼裝機下井安裝→盾尾下井→螺旋輸送機安裝→盾尾安裝→連接體后移→刀盤安裝。

第二，集美中心站～誠毅廣場站左線盾構始發(fā)采用整機始發(fā)，整體始發(fā)包括：（1）電瓶車下井：臨時軌道鋪設完成后，盾構機進場前，用吊車吊起電瓶車車頭放到預先鋪設好的臨時軌道上，再吊裝電瓶并進行組裝，完成后由電瓶車司機操作駛入站臺里。（2）臺車組裝：臺車吊裝順序：6號臺車→5號臺車→4號臺車→3號臺車→2號臺車→1號臺車→連接橋，臺車吊下井后，用電瓶車將其拉入車站，然后用銷子將其連接。（3）盾構機下井：盾構下井主要包含前盾、中盾、盾尾以及刀盤的安裝，均在端頭井內吊裝、組裝。盾體吊裝順序：螺旋輸送機下井及后藏、輔助軌道拆除→中盾下井及后移→前盾下井并與中盾連接→中前盾連接體前移→拼裝機下井安裝→盾尾下井→螺旋輸送機安裝→盾尾安裝→連接體后移→刀盤安裝。每臺設備吊裝時必須有明確的崗位分工和崗位職責。各崗位作業(yè)人員必須遵守紀律，堅守崗位，服從指揮，各負其責。（4）調試：盾構機下井后立即進行調試，主要部件安裝完畢后，進行各種管道及電纜的安裝，注意不要錯接、漏接。管道及電纜的安裝完畢后，可以通電進行各系統(tǒng)的調試。調試工作按《盾構調試驗收大綱》的規(guī)定進行，保證各系統(tǒng)的技術性能達到規(guī)定的指標。調試過程中，及時做好調試記錄。

2.3.6 盾構機現場驗收：盾構調試后，應進行盾構機的現場驗收，以確保盾構機運轉良好，驗收主要項目包括盾構殼體、切削刀盤、拼裝機、螺旋輸送機、皮帶運輸機、同步注漿系統(tǒng)、集中潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、鉸接系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)。盾構各系統(tǒng)驗收合格并確認正常運轉后，方可開始掘進施工?，F場驗收時，應詳細記錄盾構運轉狀況、掘進狀況，并進行評估，滿足技術要求后，簽認驗收文件。

2.3.7 安裝反力架：在盾構機組裝調試完成后進行反力架安裝加固，考慮到反力架加固及車站結構和后期出土空間，本次始發(fā)設計10環(huán)負環(huán)管片，并根據首環(huán)管片的里程，決定反力架的平面位置。撐鋼管與鋼板焊接牢固。

2.3.8 洞門破除：（1）洞口槽壁混凝土鑿除前，先復核洞門中心坐標及高程，保證滿足盾構機始發(fā)的要求；同時盾構始發(fā)口加固的土體，達到設計所要求的強度、滲透性、自立性等技術指標，經檢測達到設計要求后，方可開始洞口槽壁砼的鑿除。（2）洞口槽壁砼采用高壓風鎬鑿除，鑿除工作須分兩層漸進，根據灌注樁厚度，先鑿除其外層，外層鑿除工作先上部后下部。鋼筋及預埋件割除須徹底，以保證預留門洞的直徑。

2.3.9 安裝洞門密封簾布橡膠板：由于洞口與盾構（或襯砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，從而引起地表沉降，因此，須在洞口安裝始發(fā)裝置，始發(fā)裝置包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形板及相應的連接螺栓和墊圈。安裝前須對簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進行復核，確保其與洞圈上預留螺孔位置一致，并用螺絲攻清理螺孔內螺紋，涂上凡士林。

2.3.10 拼裝負環(huán)管片：

第一，集美中心站～誠毅廣場站右線負10環(huán)至負3環(huán)采用半環(huán)拼裝：（1）安裝管片定位圓鋼；（2）拼裝落底塊B2；（3）拼裝標準塊B1、B3；（4）負10環(huán)管片后移；（5）三角鋼板半環(huán)加固；（6）拼裝負9環(huán)管片；（7）洞門破除完成，盾構始發(fā)，拼裝負8環(huán)至負3環(huán)管片。

第二，集美中心站～誠毅廣場站左線負10環(huán)至負1環(huán)采用整環(huán)拼裝：（1）安裝管片定位圓鋼；（2）拼裝落底塊B2；（3）拼裝標準塊B1、B3；（4）拼裝鄰接塊L1、L2及封頂塊F；（5）負10環(huán)管片后移；（6）鋼絲繩單環(huán)加固；（7）拼裝負9環(huán)負環(huán)管片；（8）洞門破除完成，盾構始發(fā)，拼裝負8環(huán)至負1環(huán)管片。

2.3.11 盾構機加壓貫入作業(yè)面和掘進：在這段區(qū)域施工時，土壓力設定值應略低于理論值，推進速度不宜過快，盾構坡度可略大于設計坡度，待盾構出加固區(qū)時，為防止由于正面土壓變化而造成盾構突然“磕頭”，必須將土壓力的值設定成略高于理論值，并在推進時按工況條件在盾構正面加入泡沫劑，以改良正面的土體，施工過程中根據地層變形量等信息反饋，對土壓力設定值、推進速度等施工參數作及時調整。

3 試掘進施工

本區(qū)間掘進施工的土壓平衡盾構的開挖土倉由刀盤、切口環(huán)、隔板、土壓傳感器及膨潤土添加、泡沫注入系統(tǒng)組成。根據本區(qū)間隧道地層條件，需選擇土壓平衡模式進行本區(qū)間區(qū)間隧道的掘進。土壓平衡掘進模式中土倉壓力的保持首先需選定土倉壓力，掘進過程中通過調整推進力實現推進速度控制、通過調整螺旋輸送機轉速實現出渣量控制。P值應能與地層土壓力和靜水壓力相平衡，設刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為P0，則P=F·P0，F一般取1.0～1.3。掘進施工過程中土倉壓力可根據試掘進時取得的經驗參數并結合盾構所在位置的埋深、土層狀況及地表監(jiān)測結果進行調整與控制。地表隆陷與工作面穩(wěn)定的關系以及相應技術對策

3.1 推進速度控制

為保持土倉壓力的穩(wěn)定，掘進速度必須與螺旋輸送機的轉速相符合，同時必須兼顧注漿，確保漿液能均勻填實管片與地層的空隙，根據施工的實際情況確定并調整掘進速度控制推進油缸的推力。

3.2 出渣量的控制

每環(huán)掘進出渣量根據試掘進段取得的參數進行控制。出渣量控制可通過推進速度與螺旋輸送機轉速來實現。

3.3 姿態(tài)控制

姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)：盾構姿態(tài)監(jiān)控可通過自動導向系統(tǒng)和人工測量復核進行盾構姿態(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構機主控室動態(tài)顯示盾構機當前位置與隧道設計軸線的偏差以及趨勢。隨著盾構推進導向系統(tǒng)后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位。為保證推進方向的準確可靠，擬每30～50m進行一次人工測量，以校核自動導向系統(tǒng)的測量數據并復核盾構機的位置、姿態(tài)，確保盾構掘進方向的正確。

3.4 糾偏措施

盾體側滾糾偏：刀盤切削土體的扭矩主要是由盾構殼體與洞壁之間形成的摩擦力矩來平衡，當摩擦力矩無法平衡刀盤切削土體產生的扭矩時將引起盾構本體的滾動。盾構滾動偏差可通過轉換刀盤旋轉方向來實現。

豎直方向糾偏：控制盾構機方向的主要因素是千斤頂的單側推力，它與盾構機姿態(tài)變化量間的關系非常離散，需要靠人的經驗來掌握。當盾構機出現下俯時，可加大下側千斤頂的推力，當盾構機出現上仰時，可加大上側千斤頂的推力來進行糾偏。同時還必須考慮到刀盤前面地質因素的影響綜合來調節(jié)，從而達到一個比較理想的控制效果。

水平方向糾偏：與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時應加大左側千斤頂的推進壓力，右偏時則應加大右側千斤頂的推進壓力，并兼顧地質因素。

3.5 方向控制及糾偏注意事項

在切換刀盤轉動方向時，應保留適當的時間間隔，切換速度不宜過快，切換速度過快可能造成管片受力狀態(tài)突變，而使管片損壞。

根據掌子面地層情況及時調整掘進參數，調整掘進方向時設置警戒值與限制值。當盾構姿態(tài)接近警戒值時就應該實行糾偏程序。

蛇行修正及糾偏時應緩慢進行，如修正過程過急，蛇行反而更加明顯。在直線推進的情況下，應選取盾構當前所在位置點與設計線上遠方的一點作一直線，然后再以這條線為新的基準進行線形管理。在曲線推進的情況下，應使盾構當前所在位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。

推進油缸油壓的調整不宜過快、過大，否則可能造成管片局部破損甚至開裂。

正確進行管片選型，確保拼裝質量與精度，以使管片端面盡可能與計劃的掘進方向垂直。

盾構始發(fā)到達時方向控制極其重要，應按照始發(fā)、到達掘進的有關技術要求，做好測量定位工作。

4 效益分析

與其他施工法相比，本工法施工場地占用小，適宜在全國各大城市的地鐵施工中應用，對周圍環(huán)境、交通影響小。與傳統(tǒng)的施工方法相比，始發(fā)試掘進作為盾構工法的關鍵工序，不僅僅關系到周邊建筑及施工的安全，而且還直接影響到經濟效益，這種施工方法節(jié)省了材料設備，經濟效益顯著。

5 結語

盾構始發(fā)技術是盾構掘進技術比較關鍵點技術之一，在施工的過程中有效地控制始發(fā)的施工環(huán)節(jié)，在整個的施工過程中始發(fā)試掘進技術都是掘進施工的關鍵點。本文依托廈門市軌道交通1號線一期工程盾構始發(fā)，總結出如下：（1）根據施工現場實際的土質情況做好始發(fā)掘進參數的選取，做好測量控制防止出現偏差；（2）在破門后，盾構應該迅速與洞門土體銜接，防止出現塌方并及時架設反力架與始發(fā)臺，確保掘進的安全和順利；（3）在掘進的過程中應該控制推進速度、出渣量、姿態(tài)控制、糾偏，保證掘進的順利進行；（4）為保證推進方向的準確可靠，每進行一次人工測量，以校核自動導向系統(tǒng)的測量數據并復核盾構機的位置、姿態(tài)，確保盾構掘進方向的正確；（5）盾構始發(fā)到達時應該進行糾偏和方向控制，應按照始發(fā)、到達掘進的有關技術要求操作施工，做好定位測量工作。

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作者簡介：范驗曾（1973-），男，山東單縣人，中鐵十二局集團第二有限公司工程師，研究方向：廈門軌道交通工程盾構始發(fā)試掘進施工技術（工法）。