地鐵工程項目中的盾構法施工工藝

任光躍

（中鐵建重慶投資集團有限公司，重慶 400000）

1 引言

在應用盾構法施工時，需根據(jù)現(xiàn)場工程條件做合理的技術優(yōu)化，把控好盾構法應用全流程中的各項細節(jié)，加強安全管控和質量管控，以便施工的順利進行。為此，必須加強對盾構法的分析，明確技術要點，做到有效施工。

2 工程概況

某地鐵區(qū)間隧道起訖里程DK25+572.583～DK26+235.076，全長662.493 m，采用盾構法施工，適配土壓平衡盾構機。根據(jù)施工安全、質量、效率等方面的要求，規(guī)劃盾構機運行路線，從南端頭左線始發(fā)，推進至北端頭后開始調頭，進入右線；而后，到達南端頭后轉至北端頭。

3 進出洞地層的加固處理

豎井擋土墻拆除后，端頭土體的作用荷載和應力較之前期產(chǎn)生變化，考慮到安全和穩(wěn)定性要求，需要對出洞及進洞地層的土體做加固處理，以期達到如下效果：避免臨時墻拆除過程中產(chǎn)生過強的振動作用；避免開挖面壓力不合理而誘發(fā)坍塌現(xiàn)象；維持地表的穩(wěn)定性，避免該處發(fā)生沉降。

3.1 加固方法的選擇

地層加固的可選方法很多，包含高壓旋噴注漿法、砂漿回填法、化學注漿法等。具體至本工程，區(qū)間進出洞均有連續(xù)墻，拆除此部分耗費的時間較長，為維持地層的穩(wěn)定性并確保該部分與擋土墻穩(wěn)定黏結，較為適宜的是高壓旋噴注漿法或深層攪拌法。為確保區(qū)間各進出洞端頭均得到有效的加固處理，以深層攪拌法為主，在此前提下，輔以旋噴加固的作業(yè)方法，保證深層攪拌樁與連續(xù)墻間隙的嚴密性。通過多項措施的應用，使加固土體的強度超過2 MPa[1]。

3.2 深層攪拌樁施工細節(jié)

深層攪拌樁施工時，需注重以下幾點：

1）準確測量放樣與施工，要求攪拌軸垂直度偏差不超過1.0%，樁位對中誤差不超過2 cm。

2）按照0.45～0.55的水灰比拌制水泥漿，單次拌和時間至少達到3 min，確保漿液有足夠的均勻性。

3）鉆進至隧道底以下3 m的位置，鉆進到位后開啟灰漿泵，在噴漿的過程中同時攪拌、提升。

4）為使水泥漿與現(xiàn)場土體均勻混合，按照自下而上的順序依次攪拌。

4 盾構區(qū)間南端頭始發(fā)

4.1 始發(fā)臺的安裝

鋼結構始發(fā)臺，結構穩(wěn)定可靠，可承受盾構機的重力和推進的摩擦力。在始發(fā)臺兩側按1.5 m的間距依次布設工字鋼，作為橫向支撐裝置，確保始發(fā)臺始終維持穩(wěn)定。于始發(fā)基座軌道涂抹黃油，采取此項措施的目的在于提升盾構推進的順暢程度，以免因摩擦阻力過大而無法正常推進。

4.2 反力架的安裝

反力架用于提供盾構推進所需的反力，為維持穩(wěn)定，采用鋼結構。安裝時，先清理底板上附著的雜物，再準確安裝到位。安裝后，檢測反力架的姿態(tài)和穩(wěn)定程度，需無誤。反力架的高程偏差需在±5 mm以內，左右、上下的偏差均要在±10 mm以內。盾構姿態(tài)與設計軸線的水平趨勢偏差、豎直趨勢偏差分別控制在±3‰、2‰以內[2]。

4.3 負環(huán)管片的安裝

負環(huán)鋼管片起著連接負環(huán)管片與反力架的作用，同時此連接構件還可滿足反力架姿態(tài)的微調要求。安裝時，分片依次組裝鋼管片，將下半部鋼環(huán)吊運下井，再根據(jù)該部分的位置吊裝上半部鋼環(huán)并予以調節(jié)，使兩部分精準對接；此后，適配適量螺栓以便將管片穩(wěn)定連接至反力架，負環(huán)管片與鋼管片也用螺栓連接。

4.4 輔助裝置的安裝

1）防扭裝置。刀盤切削土體時伴有較強的扭矩，由于此部分力的作用，盾構機殼體可能在始發(fā)臺發(fā)生偏轉。為避免該問題，以焊接的方法在盾構殼體處穩(wěn)定設置防扭裝置，具體如圖1所示。隨著工程建設進程的推進，待該裝置臨近洞門密封時，不具備利用的價值，可予以割除。

圖1 盾構機始發(fā)臺及輔助裝置

2）負環(huán)管片支撐。在始發(fā)臺基礎上設置三角支撐、配套螺栓，以便與始發(fā)臺穩(wěn)定連接，用工字鋼連接每側的三角支撐，使其更加可靠地支撐負環(huán)管片。經(jīng)過各主要構件的安裝后，局部可能存在間隙，例如，工字鋼及始發(fā)臺與負環(huán)管片間，針對此問題，可在該處墊入合適規(guī)格的木楔。此外，向負環(huán)管片間增設槽鋼，維持管片的穩(wěn)定性，避免其出現(xiàn)位移。

4.5 盾構機姿態(tài)復核

盾構機刀盤到達始發(fā)里程時，及時檢測盾構機的姿態(tài)并根據(jù)實測結果做相應的調整，直至各項實測指標與設計值的誤差均在許可范圍內為止。例如，設備平面位置誤差＜±10 mm，中心軸線的坡度誤差＜2‰，高程誤差＜±5 mm。

4.6 洞門混凝土鑿除

施作厚度為600 mm的地下連續(xù)墻，作為車站的圍護結構。車站端頭土體用攪拌樁做加固處理，及時加強對加固區(qū)土體的防護，避免由于暴露時間過長而出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。為保證施工安全，刀盤進入預留洞門前應鑿除少量的圍護結構。具體而言，先鑿除500 mm厚度，割除外層的鋼筋；隨著工程施工進程的推進，待最后一層鋼筋被割除后，方可將剩余的圍護結構鑿除干凈。對于鑿除后產(chǎn)生的雜物，需及時清理。第二次鑿除前，先準備適量優(yōu)質的噴漿料和噴漿機，以便及時噴漿封閉掌子面[3]。

4.7 洞門密封裝置的安裝

在盾構始發(fā)時，將洞門密封裝置設置到位，避免漿液經(jīng)由縫隙處流出。洞門密封采用簾布橡膠材料，要求其在硬度、整體性等方面均達到要求。提前加工簾布橡膠的螺栓孔，依次將簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形壓板、防翻板安裝到位，檢查各裝置的安裝位置和穩(wěn)定程度，均要無誤。在外圍刀盤和簾布橡膠板外側涂抹潤滑油，此舉有利于盾構機刀盤的順暢運行，防止刀盤刮破簾布橡膠板。盾尾通過后，隨即安排壁后注漿，通過漿液的注入增強穩(wěn)固性；對開挖面加壓，盾構機掘進，逐步進入土壓平衡模式。

4.8 始發(fā)掘進的控制要點

1）盾構機的姿態(tài)控制。受車站結構尺寸的限制，盾構機難以正常始發(fā)，由于控制不當而發(fā)生盾構姿態(tài)偏差問題。為此，通過如下措施的落實實現(xiàn)對盾構機姿態(tài)的有效控制：（1）盾構機主機與設備橋連接，于出碴井后面布置拖車；（2）在設備橋上配套臨時皮帶輸送機，通過此裝置的應用來滿足臨時出碴作業(yè)要求；（3）管片和碴土均經(jīng)由出碴井起吊，吊裝時嚴格控制吊裝姿態(tài)，避免發(fā)生磕碰；（4）盾構機掘進53環(huán)后，將負環(huán)管片和反力架拆除；（5）經(jīng)前述拆除作業(yè)后，進一步拆除設備橋臨時支架和臨時皮帶輸送機；（6）向設備橋連接第一節(jié)配套拖車，再按照順序依次將剩余的幾節(jié)拖車均連接至一體；（7）取出延長管線，黏結輸送皮帶，再次將管線連接成型，經(jīng)此處理后盾構機的掘進姿態(tài)將得到有效的控制。

2）掘進參數(shù)的控制。從本工程現(xiàn)場施工條件來看，始發(fā)段的地下水位高、地質條件差、覆土較薄，因此宜采取慢速掘進的方法，速度控制在10 mm/min以內。若出碴口有噴涌的情況，將碴門開啟150～200 mm；不存在噴碴情況時可適當增加，以300～350 mm為宜。若現(xiàn)場土質較硬，不利于刀盤的正常掘進，為此采取如下應對方法：（1）正反轉啟動刀盤；（3）在原泡沫劑使用量的基礎上適當增加；（2）經(jīng)由膨潤土通道注水，通過水的應用推動碴土流動。盾構機由加固區(qū)進入軟弱地層時可能由于地質條件的差異而導致盾構低頭，為此需調整好盾構上下推進油缸的壓力差，維持盾構姿態(tài)的合理性。

3）背襯注漿控制。在始發(fā)前15環(huán)施工過程中，可用早強型漿液進行背襯注漿。始發(fā)前3環(huán)施工時，每環(huán)掘進時間達到7～8 h，但與之相矛盾的是，施工采用的早強型漿液初凝時間不大于4 h，因此，漿液可能會在儲漿罐內發(fā)生凝結，為有效避免此問題，在尚未達到正常出碴狀態(tài)時單次拌和量以1 m3為宜。

5 盾構區(qū)間北端頭到達的施工要點

5.1 準備工作及洞門混凝土鑿除

為保證盾構機順利到達，先將各項準備工作落實到位，包含機械設備的配套、現(xiàn)場場地的平整、鋼負環(huán)及反力架的安裝等。在車站北端頭井內先鋪黃砂、再鋪30 mm厚的鋼板，通過此類措施的落實，可在一定程度上減小盾構平移的摩擦阻力，更加順暢地實現(xiàn)盾構平移作業(yè)。除了做好準備工作外，還需鑿除左線和右線的洞門混凝土。

5.2 掘進控制措施

1）掘進需穿越加固區(qū)時，刀盤和螺旋輸送機的扭矩均較大，不利于刀盤的正常運轉，為此加強對各項關鍵參數(shù)的控制，例如，推進速度15 mm/min以內，刀盤轉速0.75～0.8 r/min。

2）刀盤破土時，原本的土壓平衡模式不復存在，取而代之的是非土壓平衡模式，此時現(xiàn)場作業(yè)條件更為特殊，必須由專員加強對洞口的觀察，視實際情況采取針對性的控制措施。破土時，推進速度放慢至8～12 mm/min，此外，適度降低刀盤轉速和推進油缸壓力。

3）盾構機接收指的是刀盤破土至到達接收架的階段，由推進系統(tǒng)負責推進作業(yè)，此階段速度穩(wěn)定在60～80 mm/min。

6 盾構機調頭及始發(fā)作業(yè)要點

1）拆除設備橋與主機的連接管線，解除兩者的連接關系；將設備橋臨時支架配套到位，焊接主機與接收臺；準備頂升油缸支座，焊接至盾殼處；拆除固定支撐；頂升主機，安裝滾珠，適度降低接收臺的高度；安裝手拉葫蘆拉點，主機做多次平移和旋轉操作，順利進入右線，在此前提下適當向前移動主機，準確到位。

2）站臺內鋪軌，設備橋接收、進站；做旋轉和平移操作后，使設備進入右線，經(jīng)精細化調整后精準對接主機；液壓延長管線連接；將皮帶、黏結皮帶安裝到位，完成設備橋配套裝置的安裝作業(yè)；連接電氣延長管線。

3）調試盾構機，檢驗其運行穩(wěn)定性、精度等，全面評估盾構機的運行狀態(tài)；將反力架、鋼負環(huán)安裝到位；左線端頭井接軌，確認無誤后進入始發(fā)掘進環(huán)節(jié)，此階段的裝置分布關系為“主機在右線、后配套在左線”，并配套適量的延長管線，起到連接兩者的作用。

4）隨著盾構機掘進進程的持續(xù)推進，待其始發(fā)掘進達到53環(huán)后，需要安排延長管線、端頭軌線、反力架、始發(fā)臺幾處的拆除作業(yè)；再將后配套接收架安裝到位，解列后配套拖車；調整各拖車的工作姿態(tài)，其中1號拖車做平移轉向操作，剩余的幾臺拖車有序調頭就位。經(jīng)前述操作后，依次連接拖車、后配套與設備橋、電氣及液壓管線、黏結皮帶，各部分均連接完成并且皮帶固化后，試運行盾構機，檢驗其運行狀態(tài)，若無異常則進入正式掘進環(huán)節(jié)。

7 結語

綜上所述，盾構法因具有安全可靠、效率高等特點而在地鐵隧道工程中取得廣泛的應用，經(jīng)過本文有關工程實例的分析，闡述了地鐵隧道盾構施工技術應用要點，同時充分關注盾構始發(fā)與到達掘進控制兩大環(huán)節(jié)，考慮到其特殊性，提出相應的掘進控制措施。在盾構施工技術的妥善應用下，各項工作能夠有效開展，取得突出的應用效果，由此說明該工程采用的盾構施工技術具有可行性，可供類似工程參考。