復雜地層城市地鐵隧道盾構施工技術分析

摘 要：近年來我國城市地下軌道交通網絡體系越來越完善，盾構隧道已經成為城市地鐵工程建設的重要施工方法，穿越的地層條件也更加復雜，若盾構施工技術使用不合理，地層變形控制不到位，會威脅到地鐵隧道安全。文中以某城市地鐵工程為例，從盾構始發、盾構掘進、盾構接收方面分析隧道盾構技術要點，結合現場監測結果，該技術保證了地鐵隧道建設質量與安全，可為后續類似工程提供指導與借鑒。

關鍵詞：復雜地層 地鐵隧道 盾構施工 二次注漿

0 引言

盾構施工在我國城市地鐵隧道建設中應用較為廣泛。較之普通地層條件，盾構機在復雜地層中掘進作業，容易發生刀盤堵塞、刀具過度磨損、地層沉降及效率低等現象，因此需結合城市地鐵隧道現狀，科學進行盾構機選型，綜合研究泥漿配比、盾構施工參數等[1]。

1 工程概況

某城市地鐵2號線I期工程06工區，總里程長為5.95km，盾構施工總長為358m。其中始發站到下一站的隧道左線長為882m，右線長為879m。經現場勘查發現，地勢呈現東高西低，地層條件復雜，包括殘積土、全風化花崗巖、高風化花崗巖、微風化花崗巖等。不同地層物理性能指標見表1。根據現場地層物理性能，盾構施工選用土壓平衡盾構機，數量為2臺，型號分別為JZ068、JZ094，主要參數見表2。

2 隧道盾構施工技術

2.1 盾構始發

本工程盾構始發涉及隧道洞門復測、盾構吊裝與調試、水平探孔、盾構試掘進等。為提升隧道盾構施工質量，需嚴格控制盾構始發操作要點。

（1）前期準備。在盾構正式下井下，需從車站底板處鋪設配套行走軌道，包括盾構軌道與電瓶車軌道。按照盾構機類型及實際情況，其中盾構機行走軌道鋪設長度控制90m左右，電瓶車行走軌道鋪設長度控制145m左右，所有軌道均為鋼軌拼接組成，單節長度是6.0m，通過專用軌道夾板進行連接，同時鋼枕使用扁鋼，通過標準扣件將鋼軌和鋼枕固定[2]。

（2）盾構吊裝。下井臺車與電瓶車要做好協調作業，設備橋與螺旋機進站過程中必須加固，防止出現傾覆，本工程選用葫蘆（重量為5t）加固方法。在盾構吊裝階段需嚴控下井誤差，要求盾構和隧道兩者中心線水平、垂直向偏差≤5mm，按照次序下井盾體，然后與中盾進行平移和拼接。

（3）洞門止水密封處理。隧道洞口密封可避免盾構始發時導致水土流失，提升注漿質量。本工程盾構始發階段，預留隧道洞口和盾構環形殼體之間空隙接近230mm。考慮盾構始發會造成隧洞口水土流失，使開挖面整體結構穩定性受到影響，因此要做好密封止水處理，選用高性能的止水裝置，從而保證盾構始發安全、有序進行。本工程中隧道始發洞口上方預埋了圓環板（材料為Q235B鋼板），可在此處安裝密封止水裝置。操作流程為：在圓環板上設置固定螺孔，然后利用壓板、螺栓將簾布橡膠板有效固定在圓環板上。

（4）水平探孔。本工程中隧道洞口設置的圍護結構，在拆除前必須鉆設水平探孔，完成水量與加固質量檢測。要求水平探孔深度至少為1.5m，孔徑為80mm，布設在盾構邊緣位置。若檢測發現透水，應進行有效封堵與加固處理，保證盾構始發過程中無地下水。封堵措施為“木塞+棉紗”，確保探孔密實封堵。當隧道洞口滲水封堵結束后，從隧道洞口處進行垂直鉆孔，通過壓密注漿實現端頭加固處理，使土體結構加固質量滿足設計規定基本要求，最后再次鉆設水平探孔，對加固效果進行檢測，直到滿足要求[3]。

（5）涂抹密封油脂。對于負環拼裝，應提前從盾尾鋼絲刷內均勻涂抹一層專用密封油脂，可發揮良好止水效果，避免注漿液回流，也可以降低鋼絲刷摩擦。首環管片拼裝前必須合理涂抹盾尾密封油脂，同時將鋼絲刷分開，保證不銹鋼網和鋼絲刷布滿密封油脂。

（6）鋪設導軌。由于盾構始發托架和隧道洞門間隔一段距離，為避免盾構始發過程中出現懸空問題，應從兩者之間沿著始發導軌向安裝預防“叩頭”裝置。鋪設剛導軌，長度為25cm，要求導軌標高不低于托架鋼軌標高1～2cm。

（7）加固段掘進。在盾構始發掘進之前，要安排專人對盾構始發托架位置進行仔細復測，然后根據盾構機導向系統進行校對調整。同時對托架穩定性進行檢查，導軌安裝是否合理、穩固，盾尾外殼部位防扭轉設備是否焊接牢固。

（8）試掘進。選取隧道100m段進行盾構施工試驗，通過試驗施工確定合理的盾構推進參數，掌握地面變形沉降和推進參數之間存在的關系，同時做好所有盾構施工相關數據信息的采集、處理、研究，從而確定本工程中盾構機實踐操作性能，得出盾構作業參數設定具體范圍。

2.2 盾構掘進

（1）設定掘進參數。經過地鐵隧道盾構掘進試驗，統計、處理、分析不同地層段掘進參數、地層變化監測數據以及成型管片復測數據，然后不斷調整盾構機掘進參數，最后得出地鐵隧道復雜地層正常掘進參數，從而為后續施工提供有效指導。結合工程地質特點與水文條件，沿線構筑物、管線等因素，同時重點分析地表監測數據變化情況，對盾構機掘進參數進行科學調整。

（2）姿態控制。主要利用自動導向系統與人工測量復核實施盾構機姿態的有效監控，同時結合成型管片的具體復核數據作出合理調整，降低管片上浮造成的不利影響。在自動導向系統中建立滾動角、俯仰角，當超限后可及時自動報警與刀盤跳停。另外，導向系統中的后視基準點必須跟隨盾構機的推進及時前移，此過程中利用人工測量進行定位[4]。為使盾構機精準推進，以50m為單位人工復測一次，完成導向系統的校核，以及后視棱鏡坐標的調整，利用雙導線閉合方法測量基準點，使盾構按設計方向精準掘進。

（3）洞內注漿。本工程隧道洞內注漿選用同步注漿法、即時注漿法以及二次注漿法。其中同步注漿應保持與盾構機掘進一同進行，從盾尾中安裝注漿管與注漿系統連接，當盾構推進時盾尾產生空隙，即開始同步注漿，要合理控制注漿壓力、注漿量，保證漿液灌注飽滿。同步注漿液配比見表3。每掘進一環就要進行即時注漿，在與盾尾管片相距6環左右處進行背填注漿。針對特殊地段，比如穿越構筑物、管線等地層條件，必須做好同步注漿與管片即時注漿。結合工程具體狀況，比如隧道上浮或是沉降等，應從管片注漿孔處開展二次注漿，嚴格控制注漿量與注漿壓力，以降低后續沉降。

2.3 盾構接收

本工程中盾構接收內容包括端頭土體加固、隧道洞門鑿除、隧道洞門復核、鉆設降水井、注入雙液漿封堵隧道洞門等，詳見圖1。

3 現場監測

3.1 隧道洞門復測

本工程中隧道洞門內圈邊緣接近為圓形，為能精準確定圓心，從隧道洞門內圈邊緣隨機選取3點，然后測量各點三維坐標，通過計算得出隧道洞門內圈中心。在實踐測量時，為進一步提升測量精度與可靠性，需隨機選取6個隧道洞門內圈對稱點實施測量，然后計算確定隧道洞門鋼圈凈空與鋼圈中心坐標。最后對比分析隧道洞門中心實際測量數值和設計數值，可為盾構機出洞提供有效指導。

3.2 盾構始發姿態監測

測量復核盾構機始發掘進時的俯仰角、回轉角、初始姿態等，使盾構機能夠按照地鐵隧道設計中心線進行掘進。

3.3 地表沉降監測

本工程中左線地表沉降監測數據見圖2。分析圖2得出，盾構機始發掘進過程地表沉降整體比較穩定，且波動小。本次施工左線地表沉降數值變化范圍在-10.8～0.5mm，前期變化幅度較大，后期變化范圍在-1.3～0.5mm，波動小。其中編號1～5的地表沉降數值較大，原因是盾構機始發掘進過程中遇到了發育溶洞，導致溶洞原有穩定狀態遭到破壞，從而出現大幅度沉降，而通過進行洞內注漿加固后，地表沉降顯著減小且趨于穩定可控。根據現場盾構掘進狀況，同步注漿法、即時補漿法、二次注漿法可有效控制地表沉降，降低地層變形。

4 結語

隧道盾構始發、盾構掘進、盾構接收是保證城市地鐵工程順利建設的基石。文中重點研究了盾構施工關鍵技術及各項要點，為后續相關地鐵工程建設積累了寶貴經驗。同時在后續城市地鐵工程建設中，還應不斷地優化與創新盾構施工技術方案，以適應不同地層條件及城市交通發展需求，推動城市地鐵建設高水平發展。

參考文獻：

[1]羅錫波，張祖迪，何鎖宋，等.富水砂卵石地層V形坡隧道土壓平衡盾構施工掘進參數分析[J].四川建筑，2022，42（01）：106-109.

[2]張麗麗，單琳，郭飛，等.小曲線半徑疊落盾構隧道近接施工安全控制研究[J].現代隧道技術，2022，59（03）：254-264.

[3]易領兵，陳慶懷，孟旭央，等.富水細砂地層盾構斜向超近距下穿雙洞雙線暗挖站施工技術[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2023，46（06）：822-827.

[4]鄧林洋，李紅，劉陽君，等.泥水平衡盾構下穿海域施工技術應用[J].建筑技術開發，2023，50（05）：77-79.