地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)分析

李金鑫LI Jin-xin；符衛(wèi)東FU Wei-dong

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000）

0 引言

隨著我國城市城市建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，城市軌道交通建設(shè)工程大幅增加，為滿足地下工程施工質(zhì)量要求，地跌盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)被廣泛應(yīng)用在城市地跌施工中。城市地鐵施工復(fù)雜，在地下掘洞時會遇多種多樣地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需穿過建筑群的地下施工時常發(fā)生，對地鐵工程施工標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格，為保障上層建筑群的安全性與穩(wěn)定性，應(yīng)強(qiáng)化地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的施工技術(shù)水平，最大程度減少地鐵施工質(zhì)量問題的出現(xiàn)?；诖?，本文以深圳地鐵12號線一期工程土建施工五工區(qū)洲石路站-鐘屋站區(qū)間線路施工為例，分析地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)的施工難點與重點，滿足地下工程施工質(zhì)量需求。

1 工程概述

洲石路站～鐘屋站左線起點里程為ZCK21+969.716，終點里程為ZCK23+487.729，左線隧道長1519.973m（含長臉1.960m）；右線起點里程為YCK21+969.716，終點里程為YCK23+487.735，右線長1518.019m。

洲石路站～鐘屋站隧道區(qū)間頂板深埋11.4～28m，最大縱坡為29‰，隧道右CK22+460.000處設(shè)有聯(lián)絡(luò)通訊道一座，最低點右CK22+950.000處設(shè)有聯(lián)絡(luò)通道及水泵房一座，二者俱采用礦山法施工；根據(jù)總體施工計劃，洲石路站～鐘屋站線路區(qū)間，由洲石路站始發(fā)下穿多棟鐘屋工業(yè)區(qū)廠房及黃田鐘屋人行天橋后，沿廣深公路敷設(shè)，下穿黃田人行天橋，到達(dá)鐘屋站。

2 施工周邊環(huán)境

2.1 地形地貌

洲石路站～鐘屋站線路區(qū)間始發(fā)洲石路站，需沿西北方向掘進(jìn)，再沿西向掘進(jìn)，將經(jīng)過鐘屋工業(yè)區(qū)24棟、52棟、60棟、49棟、46棟、48棟、13棟，側(cè)穿61棟、50棟、45棟、12棟，在穿黃田鐘屋人行天橋，沿北向廣深公路至鐘屋站。地形大致平坦，橫跨區(qū)間的管線主要有埋深2.65m的給水管（砼?600），埋深7.80m的污水管（砼?1200），埋深5.35m的雨水管（砼?1500），110kV，埋深2.06m的電力管（砼1400×1600），埋深3.04m的雨水管（砼?1500）等。

2.2 地質(zhì)分析

對洲石路站～鐘屋站線路進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)勘探，區(qū)域存在兩條發(fā)育斷裂，但均為非活動性斷裂，對本次地鐵施工影響較小。在補(bǔ)充勘探時，未發(fā)現(xiàn)斷層存在，巖土層基本穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)不良情況。施工周邊滑坡、泥石流。地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為不發(fā)育。主要不良地質(zhì)可分為以下幾種：

①人工填土。經(jīng)實際施工環(huán)境勘探發(fā)現(xiàn)，該施工路段人工填土范圍較大，且填土成分多樣復(fù)雜，主要填土物質(zhì)為粘性土，伴有砂土、石塊等物質(zhì)，導(dǎo)致施工環(huán)境土質(zhì)不均，土質(zhì)厚度變化很大。路面表層為混凝土路面或墊層。人工填海區(qū)與現(xiàn)狀道路地段存在大量人工填石層，且填石大小不均，最大填石超過1.0m，對地下掘進(jìn)施工存在較大影響。施工區(qū)間部分路段為雜填區(qū)，主要填物為建筑垃圾與生活垃圾，物質(zhì)成分復(fù)雜多樣，存在施工崩塌危險影響施工。另海上田園區(qū)正在進(jìn)行填土施工，填土成分成分主要為工業(yè)廢料，存在造成地表水污染和場土地污染，需重點關(guān)注。

②殘積土。經(jīng)勘探發(fā)現(xiàn)，殘積土主要為粗?；◢弾r、混合花崗巖、變質(zhì)巖的殘積土，土質(zhì)呈不均勻狀，易崩解且滲透系數(shù)較大，在掘進(jìn)施工時，易引起涌泥、涌砂、圍巖崩塌事件。

③風(fēng)化巖。風(fēng)化巖的風(fēng)化層不均是影響地鐵施工的重要因素，該路段施工的風(fēng)化層不均主要表現(xiàn)為風(fēng)化界面起伏差異較大、風(fēng)化孤石、部分風(fēng)化層缺失等，在工程施工中要重點關(guān)注分析，尤其是風(fēng)化孤石的判斷。

④有害氣體。對該線路的軟土層分析發(fā)現(xiàn)，該線路的有害氣體主要為CO、NO、SO2、H2S及CH4等有害氣體，在軟土層是施工時要主義通風(fēng)，以免造成施工安全事件。

2.3 區(qū)間地質(zhì)分析

洲鐘區(qū)間地質(zhì)詳勘報告及補(bǔ)勘報告揭示洲鐘區(qū)間盾構(gòu)段的主要地層有：素填土、雜填土、粉質(zhì)黏土、含砂黏性土、砂質(zhì)黏性土、全～微風(fēng)化片麻狀混合花崗巖。區(qū)間隧道穿越的地層主要是中～強(qiáng)風(fēng)化片麻狀混合花崗巖地層。如圖1所示。

圖1 洲鐘區(qū)間盾構(gòu)段地質(zhì)剖面彩圖

3 地跌盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)下穿、側(cè)穿建筑群的難重點

本次線路設(shè)計需通過大量建筑群，包括鐘屋工業(yè)區(qū)的多棟廠房、人行天橋等等，為保障地表層建筑物的安全性與穩(wěn)定性，需要采用積極保護(hù)措施保護(hù)上層建筑。根據(jù)對周邊地質(zhì)和環(huán)境勘探，經(jīng)研討制定以下方案保護(hù)上層建筑群。

3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)下穿建筑群施工措施設(shè)計

根據(jù)對施工周邊環(huán)境和地質(zhì)的勘探，經(jīng)研究討論在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)下穿建筑群時，應(yīng)采用以下措施保護(hù)上層建筑安全性與穩(wěn)定性：

①通過強(qiáng)化盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)控制與姿勢調(diào)整，根據(jù)施工環(huán)境變化及時調(diào)整施工推進(jìn)方向，減少盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)對土層的攪動影響。

②下穿建筑群時，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)速度，保持推進(jìn)的勻速性，減少盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)對土層干擾影響。在穿過廠區(qū)時，應(yīng)保障盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的總推力、到盤扭矩和螺旋輸送機(jī)壓力等參數(shù)在正常值范圍內(nèi)的情況下，降低推進(jìn)速度。本次掘進(jìn)施工計劃，采用初始速度為3～5cm/min，總推力控制在14000kN以下，扭矩在3500kN·m以下，在現(xiàn)場施工時，根據(jù)信息系統(tǒng)反饋及時調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的扭矩、總推力及速度。

③嚴(yán)格控制出土量與土壓力，避免出土量過多或土壓力變化過大，造成地表下陷。在土壓力控制上，要結(jié)合建筑群附加應(yīng)力和掘洞上部土體損失狀況，設(shè)定相應(yīng)的土壓力維持掘洞土壓力。在出土量控制上，要對比實際出土量和理論出土量，根據(jù)比例變化及時調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的出土量，保障掘洞土壓平衡，有效控制掘洞對土體的擾動。

④強(qiáng)化注漿細(xì)節(jié)，維持盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的勻速推進(jìn)，避免推進(jìn)頓挫感影響土層結(jié)構(gòu)。在實際施工下穿建筑群時，應(yīng)對漿液進(jìn)行測試，根據(jù)實際施工反饋及時調(diào)整漿液配比，保障施質(zhì)量。

⑤施工中需通過向土艙內(nèi)和刀盤面注料的方法，改善排除渣土性能，保障渣土的流動性和止水性。

⑥加強(qiáng)施工監(jiān)察，通過信息化動態(tài)施工方法，監(jiān)控施工進(jìn)程對施工進(jìn)行及時指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，保障施工順利進(jìn)行。

3.2 側(cè)穿建筑群保護(hù)措施設(shè)計

洲石路站～鐘屋站線路區(qū)間需側(cè)穿多棟工業(yè)廠房，本次施工設(shè)計制定以下措施保護(hù)側(cè)穿建筑群：

①合理控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的側(cè)穿參數(shù)，減少盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)過程中對土層產(chǎn)生的影響。同時需加大刀盤面和土艙的注料量，有效調(diào)整渣土的流動性和止水性，控制前方土體壓力。

②采用降低推進(jìn)速度，增加刀盤轉(zhuǎn)數(shù)的方法，減少側(cè)方土體所產(chǎn)生的土壓力。同時，在實際施工中，應(yīng)根據(jù)實際出土量和理論出土量的比例變化情況，及時調(diào)整渣土出土量，避免超挖或欠挖事件的出現(xiàn)，以免出現(xiàn)橫向土基變形。

③加強(qiáng)盾尾注漿控制，避免出現(xiàn)盾尾脫空情況。

④強(qiáng)化同步注漿控制，避免土體出現(xiàn)水平位移。

⑤實施信息化控制，對整個施工過程采用信息化實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)施工偏差及時調(diào)整施工措施。

⑥加強(qiáng)地面構(gòu)筑物跟蹤注漿、袖閥管注漿加固。如下穿建筑群時，若建筑物發(fā)生沉降或傾斜，應(yīng)采用袖閥管注漿方法，對洞體進(jìn)行加固處理，確保建筑群的穩(wěn)定性和安全性。在下穿或側(cè)穿建筑群時，需加強(qiáng)洞體與建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)控，一般為3次/d，若發(fā)生異?，F(xiàn)象，如地下水位異常變化、地面下沉等，要及時調(diào)整土艙壓力，加大注漿量和二次注漿量，同時加強(qiáng)監(jiān)控防止發(fā)生水流失，造成地表變化。

4 本次施工的重點、難點分析及措施分析

4.1 下穿建筑群難點與對應(yīng)措施

施工線路區(qū)間存在大量廠房建筑群，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)在下穿或側(cè)穿過程中，需要嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)，減少下穿或側(cè)穿對土體壓力產(chǎn)生影響，避免建筑群出現(xiàn)下沉等不良事件。根據(jù)應(yīng)對下穿、側(cè)穿建筑群的施工計劃，首先要嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的各項參數(shù)：

①參數(shù)控制。本次工程施工要求隧道埋深為18m，主要通過巖層為3級圍巖，掘洞上部填土主要為人工填土，經(jīng)計算得土艙壓力硬控制在0.7±0.1bar范圍內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)數(shù)在1.2～1.4r/min范圍內(nèi)，推進(jìn)速度在20～40mm/min范圍內(nèi)，總推力在7000～9000kN范圍，扭矩在1.2～2.0MN·m范圍內(nèi)，貫入度在15～33mm范圍內(nèi)，同步注漿量在6.5～8.1m3/環(huán)，注漿壓力0.2～0.3MPa，出土量18m3/min，盾尾油脂小于36kg，初始填料注入量在300～500L/m3，以上參數(shù)在實際施工中，需要根據(jù)實際施工環(huán)境變化，及時調(diào)整施工參數(shù)。其次，需要嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的施工姿態(tài)。地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)方向、速度等姿態(tài)會直徑影響前方土體的壓力變化，對前方土體壓力和上層建筑具有較大影響，故此，在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)下穿、側(cè)穿建筑群時，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)。在控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)調(diào)整上，要控制好盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的各項參數(shù)，將各項參數(shù)控制在理論設(shè)計范圍內(nèi)；不同填土層、土壓環(huán)境下要選擇相應(yīng)的千斤頂；當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)出現(xiàn)偏差時，可以通過調(diào)整千斤頂編組來調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)姿態(tài)，若千斤頂組編無法實現(xiàn)可通過盾構(gòu)鉸接裝置進(jìn)行調(diào)整；在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)過程中，若姿態(tài)出現(xiàn)偏差時，要緩慢平穩(wěn)調(diào)整姿態(tài)，不可采用一次性大范圍調(diào)整，要采用小范圍多次調(diào)整的方式，一次調(diào)整范圍要控制在4mm以下。

②管片拼裝。管片拼裝漏水是造成地標(biāo)建筑下沉的主要因素，在管片拼裝過程中，要嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量。首先，在拼裝前要對管片、止水膠帶等進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保管片的完整性，一旦管片或止水膠帶出現(xiàn)破損情況，要及時進(jìn)行修復(fù)處理，若無法修復(fù)需要更換管片或止水膠帶。其次，在管片拼裝時，要盡量柔和避免管片磕碰損壞管片材料，安裝時要注意管片的縱向平整性。拼裝完成要擰緊螺栓，整體管片完成拼接后要對所有螺栓進(jìn)行復(fù)緊，確保管片密封性。

③同步注漿及二次補(bǔ)漿措施。同步注漿是加固土體、穩(wěn)固上層建筑的主要措施，在下穿建筑群時需加強(qiáng)注漿初凝強(qiáng)度，減少漿液初凝時間，本次施工采用表1的泥漿配比方式，將注漿初凝時間控制在8h以內(nèi)。在管片襯砌完成后，要采用二次注漿的方法填滿管片與土層之間空隙。二次注漿漿液采用水∶灰∶水玻璃為1∶1∶1的配比漿液完成注漿，采用先上后下的方式完成二次注漿。注漿過程中要采用信息化系統(tǒng)監(jiān)控注漿情況，對注漿不足處進(jìn)行二次、三次補(bǔ)注。

表1 漿液配比表

4.2 施工結(jié)果

本次工程施工完成后，對線路區(qū)間的建筑群進(jìn)行檢測后，發(fā)現(xiàn)建筑群并未受到影響，提示本次盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工未對下穿或側(cè)穿建筑群造成影響，圓滿完成工程施工計劃。由此可見，在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)中，要根據(jù)實際施工地質(zhì)情況、周邊環(huán)境及所下穿建筑群情況，合理控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)各項參數(shù)，采用科學(xué)泥漿配比與注壓參數(shù)加固掘洞，有效控制地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)對下穿建筑群的影響。

5 結(jié)束語

地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工所面對的施工環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常需要下穿或側(cè)穿建筑群，對盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工質(zhì)量存在較大影響，故此，需要嚴(yán)格控制地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)下穿建筑群的施工質(zhì)量。在施工前要對施工周邊地質(zhì)與環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)勘察，結(jié)合施工計劃合理制定盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的各項參數(shù)，實際施工中根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控參數(shù)變化，及時調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的各項參數(shù)。在管片拼裝前，嚴(yán)格檢查管片質(zhì)量，采用柔和方式進(jìn)行管片拼裝避免損壞管片導(dǎo)致漏水事件，完成管片拼裝后要進(jìn)行二次注漿甚至是三次、四次注漿處理，保障管件外充密實避免上層建筑出現(xiàn)下沉事件，保障盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的施工質(zhì)量。