地鐵隧道盾構(gòu)施工掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)解析

儲(chǔ)志堅(jiān)

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京市 101100）

1 概述

中新站—中中區(qū)間中間風(fēng)井盾構(gòu)區(qū)間位于廣東省廣州市增城區(qū)中新鎮(zhèn)中部，該區(qū)間線路出中新站后，沿著廣汕公路由西往東前行，掘進(jìn)至中間風(fēng)井（中新東站）后解體吊出。區(qū)間左線ZDK38+740.500～ZDK40+470.162，長(zhǎng) 1 729.662 m（1 153環(huán)1.5 m管片）；區(qū)間右線YDK38+740.500～YDK40+463.830，長(zhǎng) 1 723.33 m（1 149環(huán) 1.5 m 管片）。區(qū)間總長(zhǎng)3 452.992 m；區(qū)間共設(shè)置兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道。

2 隧道工程重難點(diǎn)分析

2.1 軟土地層預(yù)防刀盤(pán)泥餅形成

區(qū)間線路主要穿越全風(fēng)化花崗巖地層，局部為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、砂質(zhì)黏性土、粉質(zhì)黏性土、粉質(zhì)黏土及砂層，盾構(gòu)掘進(jìn)施工中，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)容易結(jié)泥餅堵塞刀盤(pán)開(kāi)口，導(dǎo)致掘進(jìn)緩慢，土倉(cāng)壓力不受控制，影響施工效率。區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道礦山法施工時(shí)存在風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 硬巖段地層

2.3 孤石地層對(duì)盾構(gòu)施工的影響

孤石地層的特性對(duì)盾構(gòu)施工產(chǎn)生了一定的影響，具體的影響有以下幾點(diǎn)：

（1）使施工刀具的磨損變得更加嚴(yán)重，使刀座產(chǎn)生嚴(yán)重變形，增加刀具更換的難度。

（2）使刀盤(pán)的受損情況嚴(yán)重，甚至?xí)l(fā)生刀盤(pán)變形的現(xiàn)象。

（3）在刀盤(pán)嚴(yán)重受損的情況下運(yùn)行會(huì)對(duì)主軸承造成一定的破壞，使刀盤(pán)在運(yùn)行的過(guò)程中增大盾構(gòu)的負(fù)荷量。

（4）一些大的漂石會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)偏離隧道的施工線路。

2.4 上軟下硬地層

靠近中新站400 m范圍內(nèi)隧道拱頂位于中粗砂＜3-2＞層和卵石土＜4-3＞層。由于其飽水、穩(wěn)定性差，無(wú)自穩(wěn)能力，開(kāi)挖時(shí)易坍塌、涌水、涌砂，地面沉降明顯；且盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削時(shí)，會(huì)對(duì)地層周圍的環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致地層的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而發(fā)生坍塌等安全事故。

2.5 盾構(gòu)始發(fā)接收

區(qū)間端頭地層較差，隧道拱頂和洞身局部存在砂層，端頭的地層加固效果直接影響盾構(gòu)是否能安全始發(fā)。

3.2.2水源水質(zhì)和土壤要求場(chǎng)址的水源要充足、水質(zhì)良好，不易受污染，取用方便。場(chǎng)址土壤以砂壤土類為宜。

2.6 側(cè)穿建筑物

區(qū)間隧道影響范圍內(nèi)的房屋多為居民自建3～5層建筑物，盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中對(duì)土體的擾動(dòng)及地層失水會(huì)導(dǎo)致房屋下沉或者開(kāi)裂等，影響掘進(jìn)施工。

3 工程重難點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

3.1 軟土地層預(yù)防刀盤(pán)泥餅形成及聯(lián)絡(luò)通道施工

由于軟土地層的特殊性，所以在軟土地層進(jìn)行施工的過(guò)程中要采取一定的措施，防止出現(xiàn)安全責(zé)任事故。具體的預(yù)防措施有以下幾點(diǎn)：

（1）在軟土地層施工的過(guò)程中，施工人員要實(shí)時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制盾構(gòu)挖掘的速度，確保施工安全[1]。

（2）挖掘設(shè)備在出土后要及時(shí)對(duì)設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果溫度過(guò)高，就要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，避免設(shè)備出現(xiàn)故障。同時(shí)還要對(duì)土倉(cāng)隔板的溫度定時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)施工異常情況。

（3）每隔一段時(shí)間就要利用高壓水對(duì)刀盤(pán)和土倉(cāng)進(jìn)行沖洗，并且要在高壓水中加入洗滌劑，降低刀盤(pán)泥餅形成的概率。

（4）要定期對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行維修和保養(yǎng)，避免設(shè)備在施工過(guò)程中出現(xiàn)故障，影響施工。

3.2 硬巖地層

該區(qū)間在ZDK40+356左7.99 m鉆孔MUZ3-ZXZXD-72所揭露，埋深9.70 m，平均飽和抗壓強(qiáng)度為128.9 MPa。左線盾構(gòu)隧道穿越的硬巖地段巖質(zhì)較硬，掘進(jìn)難度較大，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)的施工效率低，延長(zhǎng)施工工期。此外，在硬巖地段施工也會(huì)加大盾構(gòu)機(jī)的損耗程度，增加施工成本。面對(duì)這一情況，在施工時(shí)要根據(jù)施工區(qū)域的不同，從而改變施工的參數(shù)和方法，在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)安裝報(bào)警設(shè)備，在刀盤(pán)和刀具損耗到一定程度時(shí)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。具體調(diào)整方法如下：

（1）在不同的施工區(qū)域要適當(dāng)調(diào)整施工參數(shù)。比如由軟土層轉(zhuǎn)換到硬巖段地層時(shí)，就要將盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)狀態(tài)由土壓平衡狀態(tài)向半土壓平衡狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)還要對(duì)施工的壓力值、注漿數(shù)量、掘進(jìn)速度、千斤頂?shù)奈恢眠M(jìn)行一定的調(diào)整。

（2）要在不同的施工區(qū)域選擇合適的刀具配置。在一般的地層中施工時(shí)，要利用復(fù)合刀盤(pán)進(jìn)行施工，在硬巖區(qū)域施工時(shí)，需更換刀具，確保盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)能夠順利進(jìn)行。

（3）換刀時(shí)要注意周圍環(huán)境，選取合適的區(qū)域進(jìn)行換刀作業(yè)。盾構(gòu)機(jī)在運(yùn)行一定的時(shí)間后就要進(jìn)行換刀作業(yè)，但是換刀作業(yè)的難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)工程的質(zhì)量有著重要的影響，如果換刀的地點(diǎn)不符合要求，就會(huì)導(dǎo)致?lián)Q刀作業(yè)失敗。所以在換刀前要選取土體穩(wěn)定的地層進(jìn)行換刀作業(yè)，并要對(duì)該地層進(jìn)行加固處理工作，確保換刀環(huán)境符合工程要求。

3.3 孤石發(fā)育地層

在盾構(gòu)施工前，須對(duì)洞身范圍內(nèi)的孤石進(jìn)行處理，孤石處理措施可以分為地面及洞內(nèi)處理兩種，前者如沖孔樁破碎、鉆孔爆破、人工挖孔破除、靜態(tài)爆破等。具體的施工方法如下所示：

（1）地面孤石處理。孤石埋深小于24m時(shí)采用挖孔樁及樁內(nèi)爆破的方法進(jìn)行清理，孤石埋深大于24 m時(shí)采用沖孔樁進(jìn)行處理。

（2）洞內(nèi)孤石處理。隧道內(nèi)清除孤石的方法以快速鉆孔埋藥爆破破碎為主，掌子面地層穩(wěn)定性較差時(shí)考慮注漿加固或帶壓作業(yè)。

3.4 上軟下硬地層

由于上軟下硬地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層的上部土體多為淤泥層或砂層，而下部的土體多為硬質(zhì)巖層。這樣的地層會(huì)增加施工難度，所以為了確保施工質(zhì)量能夠達(dá)到工程要求，必須要采取以下措施進(jìn)行施工：

（1）在地層上部較軟的區(qū)域施工時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)切口水壓的控制，確保水壓保持在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)由于切口水壓的不穩(wěn)定而發(fā)生土層塌陷的現(xiàn)象；同時(shí)還要注意漿液的配比和注漿壓力、流量的控制。

（2）盾構(gòu)機(jī)在軟土層向上軟下硬地層過(guò)渡段施工時(shí)，應(yīng)該降低掘進(jìn)的速度，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)，以及施工的壓力值、注漿數(shù)量、掘進(jìn)速度、千斤頂?shù)奈恢眠M(jìn)行一定的調(diào)整，避免盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)“抬頭”現(xiàn)象；在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入到軟土層時(shí)，也要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)，以及施工的壓力值、注漿數(shù)量、掘進(jìn)速度、千斤頂?shù)奈恢眠M(jìn)行一定的調(diào)整，避免盾構(gòu)機(jī)發(fā)生“磕頭”現(xiàn)象。

3.5 始發(fā)接收端地層加固

區(qū)間端頭地層較差，隧道拱頂和洞身局部存在砂層。為確保盾構(gòu)機(jī)順利始發(fā)及安全到達(dá)，需要對(duì)始發(fā)接收端地層進(jìn)行加固。在該工程中，新站東端頭為盾構(gòu)始發(fā)端，端頭地層加固均采用600@450雙管旋噴樁+800 mm素混凝土連續(xù)墻，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，旋噴樁穿過(guò)砂層后嵌入不透水層的深度應(yīng)不小于1 m，且應(yīng)滿足嵌入管片底以下的深度不小于2 m，加固范圍為10 m×24 m。旋噴樁與素混凝土墻搭接長(zhǎng)度為150 mm。如圖1所示，兩端頭加固區(qū)域雙管旋噴樁根數(shù)均為978根[2]。始發(fā)端端頭加固包含四口降水井，降水深度要確保水位降低至洞門(mén)中心線以下2 m位置。

中間風(fēng)井接收端加固采用一道厚度為800 mm C20素混凝土連續(xù)墻+內(nèi)部550@400攪拌樁進(jìn)行加固，素混凝土墻進(jìn)入隧道底板下2 m，加固范圍為端頭外10 m。加固深度為隧道拱頂以上3 m至隧道拱底以下3 m，寬度為隧道外徑左側(cè)3 m到隧道外徑右側(cè)3 m。攪拌樁共計(jì)1 266根，素混凝土連續(xù)墻于中間風(fēng)井主體結(jié)構(gòu)連續(xù)墻2個(gè)接頭各用3根旋噴樁搭接，共計(jì)6根旋噴樁。接收端端頭加固包含三口降水井，降水深度要確保水位降低至洞門(mén)中心線以下2m位置。

3.6 側(cè)穿建筑物

該區(qū)間隧道施工時(shí)，針對(duì)重要建筑物和一般建筑物分別采取不同措施加以保護(hù)[3]。

對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)邊線外擴(kuò)10 m范圍內(nèi)三層以上的重要建筑物，盾構(gòu)施工前預(yù)埋注漿管；盾構(gòu)施工時(shí)，采取補(bǔ)償注漿。盾構(gòu)施工前，應(yīng)做好房屋鑒定。盾構(gòu)施工時(shí)，進(jìn)行嚴(yán)密的施工監(jiān)測(cè)，利用兩排間距1.2 m的袖閥管跟蹤注漿；靠近隧道排預(yù)注漿；同時(shí)嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面土壓力、出土量及推進(jìn)速度，保持開(kāi)挖面的平衡和穩(wěn)定；盾構(gòu)推進(jìn)中姿態(tài)變化不可過(guò)大、過(guò)頻，以減少土層損失，降低盾構(gòu)對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，及時(shí)實(shí)施同步注漿和二次補(bǔ)充注漿；由于隧道埋深較淺，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)需在地面堆載增加覆土重量。線路中心線外擴(kuò)20 m范圍內(nèi)三層以上和線路中心線外擴(kuò)50 m范圍內(nèi)六層以上的一般建筑，盾構(gòu)施工時(shí)，通過(guò)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整和盾構(gòu)姿態(tài)的控制，勻速快速通過(guò)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)跟蹤注漿，控制壓力波動(dòng)，及時(shí)實(shí)施同步注漿和二次補(bǔ)充注漿，進(jìn)行信息化施工和管理，可將地面及建筑物沉降控制在變形限值內(nèi)（變形限值為 -30～10 mm）[4-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在城市地鐵隧道工程施工過(guò)程中，盾構(gòu)施工具有施工效率高、施工安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在城市地鐵施工中得到了廣泛的應(yīng)用。本文以實(shí)際工程為例，對(duì)地鐵隧道盾構(gòu)施工難點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后針對(duì)存在的難點(diǎn)制定了施工措施，保證了盾構(gòu)施工順利開(kāi)展，具有一定的借鑒參考價(jià)值。