地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法掘進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

孫成山

摘 ? ?要：盾構(gòu)法掘進(jìn)施工因具備掘進(jìn)速度快、適用性較強(qiáng)、施工質(zhì)量?jī)?yōu)、自動(dòng)化程度高以及對(duì)周圍地層擾動(dòng)小等諸多顯著優(yōu)勢(shì)，而得以于眾地鐵隧道建設(shè)項(xiàng)目中廣為實(shí)踐運(yùn)用，牢牢掌握其作業(yè)施工中的技術(shù)要點(diǎn)、切實(shí)抓好掘進(jìn)全程的施工質(zhì)量管控已然成為廣大地鐵施工人員所須關(guān)注的重點(diǎn)。本文以深圳地鐵鐘黃區(qū)間隧道盾構(gòu)施工為例，結(jié)合該項(xiàng)目區(qū)間實(shí)際工程地質(zhì)，對(duì)盾構(gòu)始發(fā)、正常掘進(jìn)中的眾多施工技術(shù)要點(diǎn)予以了全面探討，并對(duì)下穿構(gòu)（建）筑物以及地下管線時(shí)的掘進(jìn)施工進(jìn)行了總結(jié)，以為類似地鐵建設(shè)項(xiàng)目的隧道掘進(jìn)施工提供些許經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：地鐵區(qū)間隧道;盾構(gòu)法掘進(jìn);施工技術(shù)要點(diǎn)

1 ?工程概況

1.1 ?項(xiàng)目概況

深圳地鐵12號(hào)線鐘黃區(qū)間線路段，左線里程為ZCK24+076.517～ZCK25+509.664，長(zhǎng)1436.83m;右線里程為YCK24+078.729～YCK25+509.664，長(zhǎng)1430.94m，雙線里程總長(zhǎng)度為2867.77m。隧道區(qū)間采用盾構(gòu)法掘進(jìn)施工，由兩臺(tái)φ6440土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)施工，左右線均從黃田站始發(fā)、至鐘屋站接收。始發(fā)段下穿雨水方溝、管線，側(cè)穿人行天橋樁基，最小豎向距離有5.5m。正常段左右輪廓線側(cè)穿匝道橋橋樁基、人行天橋樁基，最小水平距離1.33m;側(cè)穿隧道下若干管道和雨水溝各一處。下穿或側(cè)穿建（構(gòu)）筑物埋深、距離在設(shè)計(jì)和施工中都有詳細(xì)標(biāo)識(shí)，以便在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制沉降，確保安全。

鐘黃區(qū)間隧道場(chǎng)地位于Ⅰ區(qū)屬于剝蝕殘丘型地貌。原始地貌是沖洪積形成的平原以及山前臺(tái)地，經(jīng)過(guò)了人為堆填、整平后形成的城市道路;區(qū)間沿線地勢(shì)較為平坦，高程在7.62m～10.70m之間，沿線多為廠房和居民生活區(qū);始發(fā)段隧道處于全風(fēng)化混合花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層中，圍巖為Ⅲ級(jí)硬土;區(qū)間隧道埋深10.8m～23m，圍巖為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)各等級(jí)均有;正常掘進(jìn)段隧道洞身主要處于全風(fēng)化混合花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層中，為塊狀或砂土狀，隧道洞身在局部范圍有硬塑性粉質(zhì)粘土，或中、微風(fēng)化花崗巖侵入。

1.2 ?水文地質(zhì)情況

（1）地質(zhì)條件。地勘報(bào)告顯示，鐘黃區(qū)盾構(gòu)段主要地層為第四系全新人工堆積層，含素填土、填砂、填塊石;第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石;第四系殘積層，包含可塑性砂質(zhì)黏土、硬塑砂質(zhì)黏土;加里東期片麻狀混合花崗巖，含全風(fēng)化混合花崗巖、土狀風(fēng)化混合花崗巖、塊狀強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖、中等風(fēng)化和微風(fēng)化混合花崗巖。隧道穿越大部分為全或微風(fēng)化混合花崗巖，地質(zhì)評(píng)價(jià)較為穩(wěn)定。

（2）水文地質(zhì)條件。鐘黃區(qū)間隧道場(chǎng)地未見(jiàn)明顯地表水;沿線地下水主要有三種類型，一是上層滯水、二是孔隙潛水、三是基巖裂隙水;通過(guò)地下水腐蝕性評(píng)價(jià)，區(qū)間隧道沿線地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋腐蝕性為微～弱腐蝕性，局部地段為中腐蝕性。區(qū)間隧道場(chǎng)地環(huán)境土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)為微腐蝕性，對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋為弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為微腐蝕性。

2 ?盾構(gòu)法掘進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 ?盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1.1 ?工藝流程（圖2）

2.1.2前期準(zhǔn)備

（1）端頭始發(fā)加固。盾構(gòu)始發(fā)是整個(gè)隧道掘進(jìn)工程的關(guān)鍵和難點(diǎn)，盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí)往往會(huì)因操作不當(dāng)而出現(xiàn)“下沉、抬頭、涌水、涌砂”等不良現(xiàn)象，因此，需要預(yù)先在一定范圍內(nèi)加固進(jìn)、出洞土體，鐘黃區(qū)間在黃田站始發(fā)，本工程端頭井位置為粉質(zhì)黏土、粗砂、中砂、含有機(jī)質(zhì)黏土層，處于強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，采取雙管旋噴樁加固，根據(jù)端頭加固施工方案實(shí)施。根據(jù)地質(zhì)情況加固長(zhǎng)度取6m、盾構(gòu)外徑兩側(cè)和頂部取3m、底部取2m。

（2）加固效果檢測(cè)。完成始發(fā)端頭的加固作業(yè)后，采取垂直取芯檢測(cè)土體的止水性、均勻性和自立性，以確保加固后土體的滲透性不小于1.0×10-6㎝/s，無(wú)側(cè)限抗壓28天強(qiáng)度不小于1.0MPa。需要注意的是，取芯檢測(cè)的試驗(yàn)樁量應(yīng)不得低于總樁量的2%～5%，且不得低于3根。另外，采用水平探孔檢測(cè)在加固洞口的上下左右中等不同位置布孔9個(gè)，對(duì)土體及出水量實(shí)施檢測(cè)，必要時(shí)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行注漿，以確保盾構(gòu)掘進(jìn)的安全性。

（3）始發(fā)洞門密封。由于隧道洞門與盾構(gòu)外徑存在間隙，有可能導(dǎo)致施工時(shí)的漿液或土體從間隙中流失，需要在洞圈周邊安裝橡膠簾布板凳組成密封圈，做好防水堵漏預(yù)防。該項(xiàng)目的左、右線兩個(gè)洞門為區(qū)間隧道與黃田站南端車站結(jié)構(gòu)的接頭，在洞門防水密封施工時(shí)，應(yīng)確保橡膠簾布、螺栓孔等材料完好無(wú)損，安裝時(shí)應(yīng)做好防護(hù)以避免對(duì)材料造成損壞，且安裝時(shí)的螺栓須按要求進(jìn)行二次擰緊，從而確保與管片的密封性滿足要求。

（4）始發(fā)準(zhǔn)備工作。首先，材料、設(shè)備及人員準(zhǔn)備。在盾構(gòu)始發(fā)施工前，還需要做好現(xiàn)場(chǎng)人員的安排和設(shè)備材料的供應(yīng)計(jì)劃與落實(shí)，整個(gè)施工過(guò)程中，應(yīng)確保用水用電、材料工器具、管片連接件落實(shí)到位，車架位置以及管路電纜都需要連接至始發(fā)井下，并安排專人做好盾構(gòu)全程的監(jiān)管，以有效確保盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程的安全性。其次，井下基座、反力架準(zhǔn)備。盾構(gòu)始發(fā)前對(duì)端頭井始發(fā)基座做好布置，并對(duì)基座做好加固，謹(jǐn)防盾構(gòu)機(jī)栽頭，可以將基座抬高2㎝安裝。在盾構(gòu)主機(jī)和后配套連接前，要做好反力架安裝，保持始發(fā)基座水平軸與反力架端面垂直。

（5）負(fù)環(huán)管片安裝。盾構(gòu)始發(fā)前在反力架與洞口支架拼裝好負(fù)環(huán)，其中心線坡度與始發(fā)段坡度保持一致。負(fù)環(huán)采用8環(huán)負(fù)環(huán)，然后根據(jù)圖紙管片的排列以及負(fù)環(huán)環(huán)數(shù)，進(jìn)一步明確-7環(huán)的管片拼裝位置。

（6）盾構(gòu)調(diào)試驗(yàn)收。該區(qū)間隧道的盾構(gòu)機(jī)在黃田站南端頭始發(fā)井予以相應(yīng)的調(diào)試工作，在始發(fā)前各項(xiàng)措施準(zhǔn)備就緒后，由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)端頭始發(fā)井做好調(diào)試，包括盾構(gòu)液壓、電力、水氣系統(tǒng)和激光靶式導(dǎo)向系統(tǒng)，然后再進(jìn)行最終的合格性調(diào)式驗(yàn)收后便可進(jìn)行始發(fā)。

（7）掘進(jìn)線路數(shù)據(jù)復(fù)核。對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)的各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行審核確認(rèn)，對(duì)測(cè)量?jī)x器儀表做好標(biāo)定，并由工程師復(fù)核;洞內(nèi)導(dǎo)線控制點(diǎn)做好保護(hù)和復(fù)核，在施工中還需做好姿態(tài)測(cè)量、導(dǎo)向測(cè)量以及聯(lián)系測(cè)量，并及時(shí)復(fù)核和上報(bào)復(fù)核，然后將各項(xiàng)掘進(jìn)數(shù)據(jù)做好錄入。

2.1.3 ?掘進(jìn)施工

（1）按要求嚴(yán)格做好始發(fā)托架、反力架和首環(huán)負(fù)環(huán)管片的定位控制，嚴(yán)格控制其安裝精度，確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工的軸線和洞門止水布簾的中心保持重合。安裝完盾構(gòu)機(jī)后，要及時(shí)復(fù)測(cè)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，復(fù)測(cè)確保無(wú)誤后才能開(kāi)始掘進(jìn)。（2）定位第一塊負(fù)環(huán)管片時(shí)，應(yīng)確保管片后端面垂直于線路中線;負(fù)環(huán)管片軸線同掘進(jìn)線路的軸線保持相互重合;負(fù)環(huán)端面應(yīng)與反力架的基準(zhǔn)面保持平行，且上下左右應(yīng)確保受力均勻、無(wú)縫接觸。（3）始發(fā)掘進(jìn)前的基座定位時(shí)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)線路的軸線應(yīng)同平行于隧道設(shè)計(jì)軸線，盾構(gòu)掘進(jìn)線路的中線可稍比設(shè)計(jì)軸線略高2cm左右;在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，通過(guò)對(duì)油缸行程進(jìn)行控制以確保盾構(gòu)機(jī)沿著始發(fā)臺(tái)向前推進(jìn)作業(yè)。（4）安裝洞門止水裝置嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，并檢驗(yàn)合格。（5）在刀盤與洞門密封環(huán)板距離還有10cm時(shí)，應(yīng)首次進(jìn)行壓板位置的調(diào)整;待盾構(gòu)機(jī)筒體全部通過(guò)密封環(huán)板后，根據(jù)管片的實(shí)際位置，再進(jìn)行二次調(diào)整壓板位置。（6）為抵抗盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)由刀盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生反扭矩，需在托架及盾構(gòu)機(jī)上焊接相對(duì)的防扭轉(zhuǎn)支座。（7）盾構(gòu)始發(fā)時(shí)設(shè)備尚處于磨合階段，因此，須緩慢推進(jìn)并注意使推力、扭矩，掘進(jìn)總推力控制在1000t以下，并確保在此推力下，刀盤所產(chǎn)生的扭矩要小于始發(fā)基座提供的扭矩，同時(shí)注意各部位油脂能否起有效作用。（8）盾構(gòu)機(jī)的盾尾密封刷處，要均勻涂滿密封油脂。（9）在始發(fā)初始階段，為有效防止盾構(gòu)機(jī)磕頭要適當(dāng)加大千斤頂推力。（10）在始發(fā)過(guò)程中，對(duì)反力架安排專人巡查、監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握反力架是否變形，確保反力架的受力可靠安全。（11）安裝負(fù)環(huán)管片時(shí)，外側(cè)采取型鋼、木楔加固，確保在傳遞推力中管片不會(huì)浮動(dòng)變位。（12）洞內(nèi)、洞外的聯(lián)絡(luò)工具，洞內(nèi)的施工照明設(shè)備完好，保持正常。

2.2 ?盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

盾構(gòu)正常掘進(jìn)段左右線輪廓線，先后側(cè)人行天橋樁基、掉頭匝道橋樁基，后期出入線隧道上跨鐘黃區(qū)間隧道。下（側(cè)）穿建構(gòu)筑物地段隧道均處于全、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層中。

2.2.1 ?工藝流程（圖3）

2.2.2 ?掘進(jìn)模式與參數(shù)設(shè)定

（1）掘進(jìn)模式選擇。鐘黃區(qū)間隧洞掘進(jìn)采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，有敞開(kāi)式、半敞開(kāi)式以及土壓平衡式三種不同的掘進(jìn)模式以供選擇，而根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)情況和周邊環(huán)境分析，存在較多自穩(wěn)能力較差的軟土、地下水豐富的地層，因此適宜于采取土壓平衡式掘進(jìn)模式。

（2）掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定。盾構(gòu)正常掘進(jìn)階段，要根據(jù)所處的地質(zhì)條件如本項(xiàng)目為全/強(qiáng)混合花崗巖、局部中等或微風(fēng)化混合花崗巖;埋深情況如埋深10.8m～23m，大于兩倍洞徑，以及類似工程的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算確定掘進(jìn)參數(shù)如平衡壓力值、出土量、推進(jìn)速度、千斤頂推力、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩、螺旋器轉(zhuǎn)速、注漿壓力、注漿量、盾構(gòu)機(jī)仰角、盾構(gòu)機(jī)滾轉(zhuǎn)角、管片與盾尾的孔隙、以及鉸接千斤頂?shù)氖褂脿顟B(tài)等，并在過(guò)程中做好嚴(yán)密監(jiān)測(cè)與調(diào)整。

2.2.3 ?掘進(jìn)方向控制及糾偏

（1）掘進(jìn)施工方向控制。盾構(gòu)機(jī)配置的智能自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，能自動(dòng)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)位置與設(shè)計(jì)軸線的偏差與趨勢(shì)，并據(jù)此調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)方向在允許的范圍內(nèi);但隨著盾構(gòu)推進(jìn)后視基準(zhǔn)點(diǎn)需要通過(guò)人工測(cè)量來(lái)確定前移位置，以確保盾構(gòu)掘進(jìn)方向的精準(zhǔn)可靠。此外，根據(jù)區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)軸線以及導(dǎo)向系統(tǒng)中的姿態(tài)信息，并結(jié)合隧道施工段實(shí)際情況，通過(guò)分區(qū)分組操作對(duì)盾構(gòu)機(jī)一側(cè)的油缸壓力進(jìn)行加大或減小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)方向的精準(zhǔn)控制。

（2）盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整糾偏。對(duì)于掘進(jìn)施工中盾構(gòu)機(jī)與設(shè)計(jì)軸線發(fā)生偏斜的，需及時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向的糾偏調(diào)整。首先，需調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)時(shí)，分組調(diào)整推進(jìn)油缸壓力;其次，對(duì)于需要在軟硬不均的地質(zhì)掘進(jìn)時(shí)，需要在硬的一側(cè)適當(dāng)加大油缸的推力;另外，在邊坡段和小曲線做預(yù)糾偏，可利用超挖刀進(jìn)行居民超挖糾偏;此外，若滾動(dòng)角超限，采用盾構(gòu)刀盤發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)糾正。

2.2.4 ?特殊地質(zhì)段施工要點(diǎn)

（1）在砂質(zhì)粘性土層中掘進(jìn)時(shí)，擬采取分別向刀盤面和土倉(cāng)內(nèi)注入泡沫的方法改良渣土，以降低渣土粘性、防止泥餅形成。（2）在含水量較大地層中掘進(jìn)時(shí)，可采用土壓平衡掘進(jìn)，擬向刀盤面、土倉(cāng)內(nèi)和螺旋輸送機(jī)注入泡沫，增加對(duì)螺旋輸送機(jī)內(nèi)的注入量，利于螺旋機(jī)形成土塞效應(yīng)、防止噴涌。（3）在巖石層中掘進(jìn)時(shí)，采取向刀盤面、土倉(cāng)內(nèi)和螺旋輸送機(jī)注入泡沫和水，改良渣土，提高渣土流塑性，降低刀盤刀具磨損。

2.3 ?盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)施工重點(diǎn)與難點(diǎn)

2.3.1 ?下穿建（構(gòu)）筑物施工

（1）根據(jù)區(qū)間隧道的實(shí)際地質(zhì)情況，進(jìn)一步查清下穿建（構(gòu)）筑物地質(zhì)條件、周圍環(huán)境，進(jìn)而為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)選取及制定提供第一手資料。（2）加強(qiáng)施工管理、掘進(jìn)方向控制，提前做好姿態(tài)調(diào)整;進(jìn)入穿越段前對(duì)盾構(gòu)機(jī)、門吊等關(guān)鍵機(jī)械全面檢查、保養(yǎng)等，確保機(jī)械狀態(tài)良好，保持盾構(gòu)機(jī)連續(xù)掘進(jìn)、減少停頓時(shí)間。（3）在盾構(gòu)隧道下穿建（構(gòu)）筑物段，盾構(gòu)管片采用Ⅰ類加強(qiáng)管片;嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和出土量，做好渣土改良工作;掘進(jìn)過(guò)程勤糾偏、少糾偏，保持勻速、平穩(wěn)地通過(guò)該階段;及時(shí)并嚴(yán)格控制壁后注漿量和注漿壓力，保證壁后注漿效果和降低對(duì)建（構(gòu)）筑物的影響。（4）提前布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)、采取動(dòng)態(tài)信息化施工，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)分析整理;下穿過(guò)程中安排專人巡查，保證實(shí)地情況及時(shí)反饋。嚴(yán)格控制地面沉降、建（構(gòu)）筑物沉降和位移，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，保持盾構(gòu)開(kāi)挖面的穩(wěn)定;從盾構(gòu)施工工藝、上控制地層損失，減少建筑物變形，必要時(shí)啟動(dòng)跟蹤注漿地層加固措施。（5）制定好盾構(gòu)在穿越建（構(gòu)）筑物的應(yīng)急措施，必要時(shí)啟動(dòng)實(shí)施。

2.3.2 ?下穿地下管線施工

（1）提前做好環(huán)境調(diào)查、資料收集準(zhǔn)備，對(duì)重要性管線做好進(jìn)一步調(diào)查，制定好應(yīng)對(duì)措施;（2）掘進(jìn)過(guò)程中控制盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，控制同步注漿、二次補(bǔ)充注漿，保證漿液質(zhì)量，調(diào)整注漿參數(shù)、適當(dāng)加大注漿量、填充盾尾空隙，及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿，降低盾構(gòu)施工對(duì)周邊擾動(dòng)、以控制地表沉降。（3）掘進(jìn)全程采取動(dòng)態(tài)信息化施工，實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)分析整理，以指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)施工;下穿過(guò)程中須安排專人巡查，保證實(shí)地情況清晰，并做好及時(shí)反饋。（4）根據(jù)監(jiān)測(cè)、巡查結(jié)果，必要時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案措施。

3 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鐘黃區(qū)間隧道盾構(gòu)法掘進(jìn)施工技術(shù)的歸納探究，得出地鐵隧道施工具有一定的共性。（1）于盾構(gòu)的始發(fā)與正常掘進(jìn)作業(yè)中，應(yīng)結(jié)合作業(yè)區(qū)間的實(shí)際地質(zhì)情況施行動(dòng)態(tài)管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)方向與各項(xiàng)具體參數(shù)的科學(xué)調(diào)整;（2）及時(shí)、精準(zhǔn)的監(jiān)控量測(cè)能夠有效控制盾構(gòu)姿態(tài)，因此，切實(shí)做好盾構(gòu)掘進(jìn)施工作業(yè)中的相應(yīng)測(cè)量工作至關(guān)重要;（3）依據(jù)實(shí)際地質(zhì)水文與周邊環(huán)境因素，科學(xué)選取適宜的盾構(gòu)設(shè)備并確定掘進(jìn)具體參數(shù)、采取有效的渣土改良，對(duì)于提升掘進(jìn)作業(yè)效率、確保掘進(jìn)作業(yè)安全極為關(guān)鍵。

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