地鐵隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)

中鐵九局集團(tuán)第五工程有限公司 116600

摘要：本文結(jié)合某地鐵工程線路的工程概況，分析了隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)方法，旨在為今后類似工程指導(dǎo)借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵；隧道盾構(gòu)法；施工技術(shù)

一、工程概況

某地鐵站有效站臺(tái)寬度14米，有效站臺(tái)長度118米，車站主體結(jié)構(gòu)總長213米。本工程起點(diǎn)里程CK12+145.180，終點(diǎn)里程CK14+383.350，區(qū)間全長2238.17雙線米。

區(qū)間地質(zhì)情況：0-495環(huán)為全斷面圓礫土；496-645環(huán)為粗砂，加少量中砂；646環(huán)-810環(huán)為粗砂，頂部有少量粉質(zhì)粘土；811-1455環(huán)為粗砂、中砂、礫砂、斷面范圍內(nèi)有2m厚粉質(zhì)粘土；1456-1867環(huán)為礫砂、圓礫土。

二、盾構(gòu)推進(jìn)施工準(zhǔn)備

1盾構(gòu)安裝與調(diào)試驗(yàn)收

先將盾構(gòu)后配套的6節(jié)臺(tái)車依次吊裝下井，拖至第二層的車站結(jié)構(gòu)內(nèi)，然后將盾構(gòu)分段吊入井下，并在井下盾構(gòu)基座上進(jìn)行正確組裝就位，完成后由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)整機(jī)調(diào)試驗(yàn)收。

2后盾拼裝（拼裝負(fù)環(huán)管片、鋼支撐）

盾構(gòu)的鋼后靠應(yīng)滿足盾構(gòu)推進(jìn)所需要的強(qiáng)度、剛度和平整度。鋼后靠由鋼立柱、后座基座、環(huán)形調(diào)整環(huán)、負(fù)環(huán)襯砌、反力架組成。負(fù)環(huán)管片根據(jù)實(shí)際情況，隨盾構(gòu)的推進(jìn)逐環(huán)拼裝。為保證管片點(diǎn)位的準(zhǔn)確，拼裝第-9環(huán)負(fù)環(huán)管片時(shí)一定要精確控制好標(biāo)準(zhǔn)的位置，確保施工的安全。

三、盾構(gòu)始發(fā)

1鑿除洞門混凝土

盾構(gòu)調(diào)試完成并確保盾構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、盾構(gòu)就位姿態(tài)準(zhǔn)確的情況下，開始鑿除洞門混凝土。

在洞門混凝土鑿除時(shí)開三個(gè)Φ50mm的觀察洞，驗(yàn)證土體加固效果，如土體加固效果未達(dá)到要求，應(yīng)采取注漿補(bǔ)強(qiáng)措施。

2盾構(gòu)出洞

①盾構(gòu)初期掘進(jìn)時(shí)前期出土及管片下井由車站預(yù)留出土孔進(jìn)行，這個(gè)位置由一臺(tái)32T門吊進(jìn)行垂直運(yùn)輸。當(dāng)掘進(jìn)100～200環(huán)后，出土及管片下井轉(zhuǎn)至端頭井開口環(huán)處進(jìn)行。

②當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)入洞圈立即進(jìn)行洞圈簾布的整理工作。刀盤距加固區(qū)約20cm～30cm時(shí)，通過螺旋機(jī)反轉(zhuǎn)向土倉內(nèi)加泥，以建立開挖面的初始平衡。

③初出洞時(shí)盾構(gòu)要迅速上靠，用刀盤切削土體。初出洞時(shí)，由于位于加固區(qū)域內(nèi)，土體較硬，為控制軸線、保護(hù)刀盤，土壓力應(yīng)略低于理論值，保持在0.2MPa，推進(jìn)速度不宜過快，宜小于2.0cm/min；并在推進(jìn)時(shí)按土體加固的情況在盾構(gòu)的正面加入發(fā)泡劑，以減少刀盤所受扭矩，降低總推力，改善刀盤受力情況，同時(shí)改良正面土體，便于土體排出。出加固區(qū)后為防止盾構(gòu)“磕頭”，將平衡土壓力值設(shè)定稍高于理論值；盾構(gòu)推進(jìn)軸線略大于設(shè)計(jì)坡度。同時(shí)根據(jù)地層變形量等監(jiān)控信息對(duì)平衡壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)及時(shí)調(diào)整。

④盾構(gòu)出洞要注意盾構(gòu)推進(jìn)力不能大于后靠的結(jié)構(gòu)承受力，要觀察鋼后靠的變形情況，如發(fā)現(xiàn)變形較大要及時(shí)采取措施，以免管片上浮。負(fù)環(huán)管片間加襯石棉橡膠板緩沖墊。

⑤洞口洞圈環(huán)形鋼板上預(yù)留開啟的2#閥門1只。當(dāng)盾尾全部出洞時(shí)，固定好扇形板，啟動(dòng)盾尾注漿，填充盾尾后空腔，待閥門出漿后關(guān)閉閥門，開始掘進(jìn)且同步注漿。

⑥當(dāng)盾尾脫出工作井壁后，調(diào)整洞圈止水裝置中的圓環(huán)板并與洞門特殊管片焊接成一體，防止水、土的流失造成地面塌陷或下沉。

3盾構(gòu)100米試推進(jìn)

區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)，盾構(gòu)推進(jìn)過程中，要根據(jù)不同地質(zhì)、覆土厚度、地面建筑情況并結(jié)合地表隆陷監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整設(shè)定土倉壓力，推進(jìn)速度要保持相對(duì)平穩(wěn)，控制好每次的糾偏量，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，為管片拼裝創(chuàng)造良好的條件。同步注漿量要根據(jù)推進(jìn)速度、出碴量和地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整，將施工軸線與設(shè)計(jì)軸線的偏差及地層變形控制在允許的范圍內(nèi)。

根據(jù)施工要求，出洞口100m范圍作為試掘進(jìn)段，此段施工要對(duì)推進(jìn)參數(shù)認(rèn)真控制，將推進(jìn)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)（如推力、推進(jìn)速度、出土量、正面土壓力）和地面沉降結(jié)合起來進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)、分析，掌握適應(yīng)地層的盾構(gòu)合理的推進(jìn)參數(shù)，以科學(xué)地指導(dǎo)后續(xù)施工。

1）土倉壓力值P的選定

P值應(yīng)能與地層土壓力和靜水壓力相平衡，設(shè)刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為PO，PO=γ·h（γ—土的平均重度，h—刀盤中心至地表的垂直距離），則P=K·PO（K—土的側(cè)向靜止土壓力系數(shù)）。

盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中據(jù)此取得平衡壓力的設(shè)定值，具體施工時(shí)根據(jù)盾構(gòu)所在位置的埋深、土層狀況及地表監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，地表隆陷與工作面穩(wěn)定的關(guān)系以及相應(yīng)技術(shù)對(duì)策見表。

地表隆陷與工作面穩(wěn)定關(guān)系以及相應(yīng)對(duì)策表

地表沉降信息工作面狀態(tài)P與PO關(guān)系措施與對(duì)策備注

下沉超過基準(zhǔn)值工作面坍塌與失水Pmax

隆起超過基準(zhǔn)值支撐土壓力過大，土倉內(nèi)水進(jìn)入土層Pmin>PO減小P值

2）出碴量的控制

每環(huán)理論出碴量（每實(shí)方）為：

[（π×D2）÷4]×L=[（π×6.252）÷4]×1.2=36.88m3/環(huán)

盾構(gòu)推進(jìn)出碴量控制在98%～100%之間，即36.12m3/環(huán)～36.88m3/環(huán)。

3）推進(jìn)速度

盾構(gòu)出洞在試驗(yàn)段推進(jìn)速度在正常情況下應(yīng)為20～40mm/min，并根據(jù)地面測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)正面中心土壓力。

4）盾構(gòu)軸線及地面沉降控制

初期地面沉降量控制目標(biāo)是在管片脫出盾尾時(shí)在-15mm～+10mm范圍內(nèi)。盾構(gòu)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線不大于±50mm，地面隆陷控制在-30mm～+10mm。

盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，對(duì)鄰近的建筑物、構(gòu)筑物、地面應(yīng)加設(shè)沉降和變形觀測(cè)點(diǎn)。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，進(jìn)行同步跟蹤測(cè)量和監(jiān)控。

5）盾構(gòu)推進(jìn)中的碴土改良

理論上碴土在土壓平衡工況模式下支撐介質(zhì)碴土應(yīng)具有以下特征：①良好的流塑狀態(tài)；②良好的粘—軟稠度；③低的內(nèi)摩擦力；④低的透水性。

當(dāng)碴土滿足不了這些要求時(shí)，需通過向刀盤、土倉及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑對(duì)碴土進(jìn)行改良，采用的添加劑種類主要是泡沫和泥漿。

a、泡沫劑的使用

泡沫通過盾構(gòu)機(jī)上的泡沫系統(tǒng)注入。

泡沫溶液的組成：泡沫添加劑3%，水97%。

泡沫組成：90～95%壓縮空氣和5～10%泡沫溶液混合而成。

泡沫的注入量按開挖方量計(jì)算：300～600L/m3。

b、泥漿的使用

在粉性土中推進(jìn)時(shí)要考慮在土倉注入泥漿。

其配合比為：

水：膨潤土：粉煤灰：添加劑=4：1：1：0.1，加泥量為5～20%出土量。注入壓力與盾構(gòu)的土倉壓力一致或略高。

4盾構(gòu)正式推進(jìn)

初期掘進(jìn)較長一段距離后，在滿足盾構(gòu)推進(jìn)所需反力的前提下可拆除臨時(shí)管片和后靠，在端頭井內(nèi)布置軌道，隨后轉(zhuǎn)入正常施工掘進(jìn)。

4.1盾構(gòu)掘進(jìn)

⑴盾構(gòu)正式掘進(jìn)中加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，不斷完善施工工藝，控制地表最大變形量在-30～+10mm范圍內(nèi)。

⑵掘進(jìn)推進(jìn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向，確保隧道實(shí)際中線與設(shè)計(jì)偏差在上、下、左、右均小于50mm。同時(shí)應(yīng)勤糾偏，坡度和方向不能突變，隧道軸向和折角變化不能大于0.4%。在緩和曲線、圓曲線段應(yīng)根據(jù)里程控制掘進(jìn)方向和偏轉(zhuǎn)角度。

⑶盾構(gòu)推進(jìn)速度正?？刂圃?～4cm/min范圍，穿過建筑物或與地下構(gòu)筑物很近時(shí)推進(jìn)速度應(yīng)適當(dāng)減緩，以防推進(jìn)造成周圍土體較大的擾動(dòng)。

⑷推進(jìn)出土量控制

每環(huán)出土量在98～100%間，即36.4～36.8m3

4.2管片拼裝

盾構(gòu)施工的區(qū)間隧道，管片襯砌是隧道防水的重要環(huán)節(jié)。管片拼裝的質(zhì)量直接影響到隧道壽命及永久防水能力，因此嚴(yán)格控制管片安裝質(zhì)量至關(guān)重要。

⑴質(zhì)量要求

根據(jù)招標(biāo)文件及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，管片的拼裝精度見下表另外，要求管片表面不得出現(xiàn)裂縫、破損、掉角等現(xiàn)象。

管片拼裝精度要求表

序 號(hào)項(xiàng) 目允許偏差（mm）

1拼裝成環(huán)后水平直徑與垂直直徑允許偏差（漿液凝固后）10

2第一片管片定位量允許偏差3

3相鄰管片（環(huán)與環(huán)、塊與塊）間的“踏步”4

4相鄰管片肋面允許不平整度5

4環(huán)縫張開≤2

5縱縫張開≤2

⑵防水等材料的安裝

①彈性密封墊、自粘性橡膠薄板、傳力襯墊的安裝以及石棉橡膠板的使用必須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，避免錯(cuò)用漏用；②密封墊等材料的安裝要制定專門的作業(yè)指導(dǎo)書，并要求在施工中必須嚴(yán)格執(zhí)行。在彈性密封墊粘貼安裝前應(yīng)清除管片上預(yù)留凹槽接觸面的灰塵，防止安裝后剝離、脫落。安裝時(shí)應(yīng)特別注意，彈性密封墊必須精確的粘貼在凹槽的正中位置，以保證管片拼裝時(shí)彈性密封墊能以緊大面積接觸；③在存放管片進(jìn)行密封墊粘貼的場(chǎng)地應(yīng)配備防雨、防潮設(shè)備，避免密封墊或軟木傳力襯墊淋雨、受潮而損壞；④在管片拼裝前，若因故導(dǎo)致彈性密封損壞，則必須重新更換彈性密封墊；⑤石棉橡膠的使用必須按工程師的技術(shù)交底進(jìn)行，堅(jiān)決杜絕使用錯(cuò)誤。以免引起拼裝困難等不良后果。⑥按設(shè)計(jì)本標(biāo)段區(qū)間工程管片均采用錯(cuò)縫拼裝方式，拼裝時(shí)先拼裝底部標(biāo)準(zhǔn)塊，然后按左右對(duì)稱順序逐塊拼裝標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊，最后拼裝封頂塊。封頂塊拼裝時(shí)先搭結(jié)二分之一環(huán)寬，徑向推上，再縱向插入。

4.3同步注漿和二次注漿

⑴注漿方式和特點(diǎn)

本標(biāo)段區(qū)間隧道穿越及施工影響范圍內(nèi)地層自穩(wěn)能力差，盾構(gòu)掘進(jìn)后受擾動(dòng)的圍巖不能自穩(wěn)，易產(chǎn)生坍塌變形，從而引起地表沉降，采用同步注漿及時(shí)回填，必要時(shí)再以二次補(bǔ)強(qiáng)注漿進(jìn)一步填充，確保對(duì)盾尾建筑空隙填充密實(shí)。

同步注漿時(shí)要求在地層中的漿液壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓力及土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)同時(shí)又不產(chǎn)生劈裂。注漿壓力過大，管片周圍土層將會(huì)被漿液擾動(dòng)而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會(huì)使地表變形增大，本標(biāo)段即0.2～0.5Mpa，二次注漿壓力為0.3～0.6Mpa。

⑵注漿材料、漿液配比及性能指標(biāo)

盾構(gòu)施工背襯注漿宜選用具有料源廣、可注性強(qiáng)、經(jīng)久耐用、固結(jié)實(shí)體強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求、對(duì)地下水和周圍環(huán)境無毒性污染、價(jià)格低廉等特點(diǎn)的材料。注漿漿液要流動(dòng)性好，便于盾構(gòu)移動(dòng)過程中持續(xù)不停的注漿，而一環(huán)注漿結(jié)束后，漿液凝固有較好的強(qiáng)度，具有膨脹性，避免后期收縮變形，二次注漿材料要可注性強(qiáng)，能補(bǔ)充同步注漿的缺陷，對(duì)同步注漿起充填和補(bǔ)充作用。

同步注漿、二次注漿初步采用的注漿材料及配比、性能指標(biāo)如表所示。

漿液配比和性能指標(biāo)表

注漿方式水泥（kg）細(xì)砂（kg）粉煤灰（kg）膨潤土

（kg）微膨脹劑

（kg）水灰比性能指標(biāo)

稠度

（cm）比重

（g/cm3）結(jié)石率

（%）凝膠時(shí)間（h）1天

抗壓（Mpa）28天

抗壓（Mpa）

同步注漿12～2050～6010～250～2.50～20.7～0.97.5～9.01.7～1.8>97≤6>0.3>5.0

二次注漿5.4～7.5--0.4～0.50～20.7～0.7512.5～13.043～1.55>97<4>0.3>4.5

當(dāng)?shù)叵滤貏e豐富時(shí)，需要對(duì)地下水封堵。同時(shí)為了及早建立起漿液的高粘度，以便在漿液向穿隙中充填的同時(shí)將地下水疏干（將地下水壓入地層深處），獲得最佳充填效果，這時(shí)需要將漿液的凝膠時(shí)間調(diào)整到1～4min，必要時(shí)二次注漿可采用水泥-水玻璃雙液漿。

五、結(jié)語

本工程線路的施工中，合理安排施工組織及相關(guān)的協(xié)調(diào)工作。編制詳盡的施工方案、預(yù)案和計(jì)劃，嚴(yán)格工序，遵規(guī)守時(shí)，使工程項(xiàng)目取得圓滿成功。特發(fā)此文，希望對(duì)相關(guān)的工程人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

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