地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)

吳輝顯

上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司

1 前言

地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)在整個(gè)地鐵隧道盾構(gòu)法施工過(guò)程中是極為重要的一項(xiàng)技術(shù)，它關(guān)乎著整個(gè)地鐵隧道實(shí)施的成功與否。地鐵隧道盾構(gòu)法施工運(yùn)用到大量的地鐵建設(shè)中，以快速、安全且高效的優(yōu)勢(shì)使地鐵事業(yè)整體快速發(fā)展，進(jìn)而不斷推動(dòng)城市發(fā)展。合理運(yùn)用地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)，在一定程度上降低了工程的困難程度。

2 地鐵隧道盾構(gòu)法工程概況

盾構(gòu)的工作以盾構(gòu)機(jī)為中心，是貫穿于整個(gè)施工掘進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)備，建造隧洞的施工方式是將地表以下的土層使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行支撐。盾構(gòu)法運(yùn)用較為廣泛，并且具有實(shí)用性強(qiáng)、施工速度快以及安全性高等特點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)在盾構(gòu)技術(shù)中起到一定的保護(hù)作用，在施工時(shí)，有效避免了施工過(guò)程中出現(xiàn)的土方坍塌等狀況。盾構(gòu)始發(fā)是指盾構(gòu)從組裝調(diào)試，到完全進(jìn)入?yún)^(qū)間隧道并完成挖掘?yàn)橹沟氖┕み^(guò)程[1]。盾構(gòu)機(jī)在施工過(guò)程中，安裝至始發(fā)工作井中，一般為地鐵車站端頭，再將開(kāi)挖面挖出與裝配式襯砌跨度相同的土，使用盾殼作為支撐作用向裝配襯砌和地層開(kāi)挖，然后通過(guò)千斤頂?shù)耐苿?dòng)力將盾構(gòu)推動(dòng)，使其克服地層阻力，盾構(gòu)連續(xù)工作。地層開(kāi)挖是地鐵隧道整個(gè)工程中最為基礎(chǔ)的工作，而盾構(gòu)法對(duì)于底層開(kāi)挖環(huán)節(jié)有著主要的保護(hù)支撐作用，幫助整個(gè)施工工程能夠順利地進(jìn)行，施工開(kāi)挖具有一定的安全隱患，因此需要根據(jù)施工地質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將挖法盡量合理化，保證施工發(fā)展建造基坑合理化。

地鐵隧道盾構(gòu)法工程需要對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，在一定程度上保證其進(jìn)展的順利性，地鐵隧道盾構(gòu)法工程對(duì)于地鐵施工有著隱蔽性及安全性較高的特點(diǎn)，暗開(kāi)挖的方式在一定程度上保證了施工操作的安全性，發(fā)揮其積極作用，高效的施工效率減少整個(gè)工程系統(tǒng)的時(shí)間成本。地鐵隧道盾構(gòu)法工程在施工時(shí)所產(chǎn)生的噪聲較小，降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。但是，在施工時(shí)土地容易進(jìn)行坍塌和移變，造成施工工期延長(zhǎng)，因此加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)工作進(jìn)行嚴(yán)格控制，在一定程度上降低施工過(guò)程中事故出現(xiàn)的頻率。

3 工程描述

3.1 工程概述

武漢市軌道交通三號(hào)線為武漢市第一條穿漢江地鐵，它從沌陽(yáng)大道站出發(fā)，沿東風(fēng)大道、龍陽(yáng)大道走行，過(guò)王家灣后，與江漢二橋平行在其下游下穿漢江，上岸后下穿輕軌宗關(guān)車站，過(guò)雙墩進(jìn)入王家墩CBD，經(jīng)范湖、菱角湖公園進(jìn)入建設(shè)大道，沿建設(shè)大道及其延長(zhǎng)線東行，過(guò)黃浦大街、二七路后，下穿京廣鐵路進(jìn)入后湖，過(guò)興業(yè)路、后湖大道后，線路西偏，垂直穿越金橋大道，終點(diǎn)站抵漢口三金潭。全長(zhǎng)28km，設(shè)站23座。

菱角湖公園風(fēng)井～菱角湖路站區(qū)間線路起止里程分別為：左線 DK18+348.315～DK18+933.700，長(zhǎng) 587.214m；右線 DK18+336.109～DK18+933.700，長(zhǎng)597.591m，為三號(hào)線第十四個(gè)區(qū)間。本盾構(gòu)區(qū)間場(chǎng)地位于江漢區(qū)，始于菱角湖公園風(fēng)井，區(qū)間下穿馬場(chǎng)角新型管材水暖市場(chǎng)、武漢市食品公司等多棟建筑、長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)路到達(dá)菱角湖路站西端。最小曲線半徑R=350m的曲線，最大線間距14.0m。區(qū)間隧道襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片內(nèi)徑為Φ5400mm，管片外徑為Φ6000mm，采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工，盾體外徑為6280mm。

3.2 工程地質(zhì)

菱角湖公園風(fēng)井～菱角湖路站區(qū)間工程場(chǎng)地為長(zhǎng)江一級(jí)階地，地形略有起伏，地面較平坦、開(kāi)闊，地面標(biāo)高約為20.54m～22.03m。盾構(gòu)區(qū)間主要穿越（3-3）淤泥質(zhì)黏質(zhì)黏土，（3-4）粉質(zhì)黏土夾粉土，（3-5）粉質(zhì)黏土與粉土、粉砂互層。菱角湖公園風(fēng)井位于菱角湖公園綠地內(nèi)，始發(fā)端頭地面標(biāo)高為20.68m，始發(fā)洞門外地層由上至下分別為（3-3）淤泥質(zhì)黏質(zhì)黏土，（3-4）粉質(zhì)黏土夾粉土，（3-5）粉質(zhì)黏土與粉土、粉砂互層，（4-1）粉細(xì)砂。

3.3 水文地質(zhì)

本區(qū)間場(chǎng)地沿線地下水主要類型有上層滯水、承壓水等，上述幾類地下水中，以長(zhǎng)江和漢江兩岸I級(jí)階地覆蓋層中孔隙承壓水對(duì)區(qū)間工程的影響最為突出。

上部滯水實(shí)際上是主要位于比較淺的暗埋溝塘部分以及人工填土部分。主要是因?yàn)榻邮芰舜髿獾慕邓约暗乇砼潘鹊姆e累，另外在現(xiàn)代建設(shè)過(guò)程當(dāng)中一般的老城區(qū)污水管道以及供水管道的滲漏問(wèn)題也是形成這些問(wèn)題的重要因素。產(chǎn)生這樣的原因包括：含水層的物質(zhì)成分以及透水性和厚度以及密室程度等都是非常不均一的，同時(shí)降水量不水位也并不連續(xù)沒(méi)有統(tǒng)一，水面特征對(duì)應(yīng)的勘察期間水位埋深大約為0.8m～3.2m。

承壓水主要賦存于全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層、砂土及砂卵石層中，含水層厚度一般為20m～40m，含水層滲透性一般隨深度遞增，承壓水測(cè)壓水位絕對(duì)標(biāo)高一般為15.0m～20.0m（黃海高程），與長(zhǎng)江、漢江水有密切水力聯(lián)系，呈壓力傳導(dǎo)互補(bǔ)關(guān)系，本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)地層位于承壓水地層中，勘察測(cè)得承壓水水位標(biāo)高為18.2m～18.5m。

4 地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工工作

地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)最基礎(chǔ)的是進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的組裝調(diào)試工作，其主要的工作流程是將其運(yùn)送到規(guī)定的使用區(qū)域，有利于整個(gè)施工工程的順利進(jìn)行，然后進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，對(duì)于設(shè)計(jì)的線路為基礎(chǔ)，開(kāi)展掘進(jìn)工作，隨著時(shí)間的推移，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)一定規(guī)劃地點(diǎn)，持續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)，最終通過(guò)洞口達(dá)到車站內(nèi)。地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)前的工作主要由始發(fā)臺(tái)及盾構(gòu)機(jī)體進(jìn)行加固處理、對(duì)負(fù)環(huán)管片的安裝準(zhǔn)備以及盾構(gòu)的始發(fā)工作三大部分構(gòu)成。

4.1 始發(fā)臺(tái)、盾構(gòu)機(jī)體進(jìn)行加固處理

在施工過(guò)程中對(duì)始發(fā)臺(tái)以及盾構(gòu)機(jī)體進(jìn)行加固工作，是由于始發(fā)臺(tái)在盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中需要承受各方面的縱向、橫向的推力以及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩，從而保證盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程順利進(jìn)行。

由于盾構(gòu)始發(fā)施工必須有后支撐，故在洞圈與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯間采用管片制作后座支撐體系，盾構(gòu)后座由7 環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝而成。在第一環(huán)負(fù)環(huán)后設(shè)置由型鋼制作成的鋼后靠，后靠強(qiáng)度均進(jìn)行驗(yàn)算合格。待施工一定距離，滿足盾構(gòu)推進(jìn)所需反力后拆除負(fù)環(huán)。

由于洞口與盾構(gòu)機(jī)體（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)密封止水裝置，始發(fā)裝置包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、折疊板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈。安裝順序?yàn)楹煵枷鹉z板→弧形板→折疊板，自上而下進(jìn)行。安裝時(shí)弧形板的壓板螺栓應(yīng)可靠擰緊，使簾布橡膠板緊貼洞門，防止盾構(gòu)始發(fā)后同步注漿漿液泄漏。

4.2 對(duì)負(fù)環(huán)管片的安裝準(zhǔn)備

在安裝負(fù)環(huán)管片前，在盾殼內(nèi)安裝厚度不能小于盾尾間隙的型鋼，保證負(fù)環(huán)管片不破壞盾刷以及在拼裝好以后能夠順利向后推進(jìn)，使得管片在盾殼內(nèi)的位置得以保證[2]。

4.3 盾構(gòu)的始發(fā)工作

空載推進(jìn)。盾構(gòu)在進(jìn)行空載推進(jìn)時(shí)，主要控制盾構(gòu)的推進(jìn)油缸行程和限制盾構(gòu)每一環(huán)的推進(jìn)量，主要是通過(guò)盾構(gòu)機(jī)的推油缸行程來(lái)控制姿態(tài)，在保證盾構(gòu)正常的推進(jìn)情況下，一定程度上降低總推力和刀盤扭矩。

洞口注漿。在盾尾完全進(jìn)入洞體后，調(diào)整洞口密封，進(jìn)行洞口注漿，洞口密封是為了盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)防止背襯漿砂漿外泄及端頭水土流失所用，在施工過(guò)程中，做好始發(fā)洞口預(yù)埋件的埋設(shè)工作，在盾構(gòu)即將始發(fā)前，處理好洞口的土渣等，完善洞口密封的安裝[3]。

5 盾構(gòu)始發(fā)施工常見(jiàn)問(wèn)題及處理方案

盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)是盾構(gòu)法施工技術(shù)最為關(guān)鍵的階段，是整個(gè)施工過(guò)程決定成敗的關(guān)鍵因素，隨著盾構(gòu)法施工越來(lái)越受歡迎，在施工過(guò)程中需加強(qiáng)其風(fēng)險(xiǎn)管理，不斷提高施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)質(zhì)量或安全事故，從而降低施工成本。因此需注意盾構(gòu)始發(fā)階段所存在的特殊情況，從而保證工程的質(zhì)量以及順利性。

（1）始發(fā)推進(jìn)前需要鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并且保證在一定時(shí)間內(nèi)，被鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)的土體的穩(wěn)定性，不能有水土流失的情況發(fā)生。

（2）端頭土體加固的效果不好是在始發(fā)過(guò)程中常出現(xiàn)的狀況，始發(fā)地層中含有地下水時(shí)，需采用降水措施將地下水位降至區(qū)間底部以下1.5m，待盾體全部進(jìn)入土體中，對(duì)洞門位置進(jìn)行注漿封堵后方可停止降水。

（3）始發(fā)施工的工作具有一定的特殊性，在始發(fā)階段建立盾構(gòu)機(jī)的工況并嚴(yán)密注意土壓狀況，加大監(jiān)測(cè)頻率，控制地面沉降頻率。

（4）盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程。保證在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中支持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)對(duì)始發(fā)階段支撐系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管理，預(yù)防出現(xiàn)失穩(wěn)情況，導(dǎo)致整個(gè)工程的失敗。詳細(xì)了解施工地質(zhì)情況，調(diào)整其對(duì)應(yīng)參數(shù)，按理論出土量和施工實(shí)際工況定出合理出土量，保證出土順暢。

（5）盾構(gòu)出現(xiàn)流沙、漏水以及涌土等狀況，主要是因?yàn)榈刭|(zhì)條件的變化、盾構(gòu)機(jī)參數(shù)選擇不當(dāng)或發(fā)生機(jī)械故障，解決流沙、漏水以及涌土的情況，可以采用高度機(jī)械化、自動(dòng)化全封閉的盾構(gòu)機(jī)，正確調(diào)整參數(shù)，控制其推進(jìn)速度和排土量，將平衡系統(tǒng)調(diào)整好[4]。

（6）盾構(gòu)始發(fā)階段，盾構(gòu)機(jī)主體在始發(fā)導(dǎo)軌上不能進(jìn)行調(diào)向，并且地面沉降控制比正常推進(jìn)階段更為困難，加強(qiáng)盾構(gòu)始發(fā)階段時(shí)地面沉降的程度。

（7）在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，控制其端頭加固質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、反力架和基座風(fēng)險(xiǎn)、洞口密封失效風(fēng)險(xiǎn)、洞門注漿封閉效果不佳風(fēng)險(xiǎn)等，防止洞口出現(xiàn)地面沉降和流水的現(xiàn)象。

6 結(jié)語(yǔ)

地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工過(guò)程是整個(gè)工程中極為重要的一部分，對(duì)盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)工作進(jìn)行嚴(yán)格控制，加大施工管理力度，在一定程度上降低施工過(guò)程中事故出現(xiàn)的頻率，合理利用地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)，有利于地鐵隧道事業(yè)及城市的快速發(fā)展。