盾構始發、到達關鍵施工技術問題分析

李維龍

摘 要：始發、接收是盾構施工中最重要、風險最大的關鍵環節，也是盾構法施工的難點之一。本文結合盾構工程實例，重點對盾構始發、到達的快速施工技術進行闡述。

關鍵詞：盾構始發；接收；施工

中圖分類號：U455 文獻標志碼：A

0 前言

盾構法因其施工快捷、安全性高、對地面交通干擾小、對底層沉降控制好、無須降水等優點，在各隧道工程中得到越來越廣泛的應用。而始發、接收是盾構施工中最重要、風險最大的關鍵環節，也是盾構法施工的難點之一。本文結合盾構工程實例，重點對盾構始發、到達的快速施工技術進行闡述。

1 工程概況

石家莊城市軌道交通1號線體育場站～北宋站區間隧道全長936.54m，隧道內徑5.4m，外徑6.0m，盾構選型采用直徑6.28m的土壓平衡盾構機進行施工。盾構始發洞門埋深為11m，接收洞門埋深為10m，主要地層為粉細砂、細砂及少量粉質黏土，無地下水。

2 盾構始發、到達施工質技術

2.1 盾構始發技術

（1）盾構始發施工分類

根據破除洞門圍護樁結構和防止開挖面地層塌陷的方法不同，目前盾構始發施工主要有以下幾種類型，如圖1所示，而端頭加固方法主要有旋噴加固法、注漿加固法、凍結法、降水地層自穩法等。結合石家莊地鐵的設計工藝而言，主要采用旋噴加固地層法，而注漿加固地層法則是對旋噴加固的一個補救措施。

旋噴加固地層法是采取旋噴樁對盾構始發端頭既定范圍內的地層進行加固處理，使開挖面地層能夠自穩，隨后將盾構推進到加固過的自穩地層中掘進。

在計劃始發工法時，因石家莊市城市軌道交通1號線主要施工地層為粉細沙及粉質黏土層，設計施工盾構機均采用大開口率的全刮刀刀盤，該刀盤破巖能力差，故無法使用“直接切削臨時墻法”始發。同時因拔樁法造價較高，目前石家莊地鐵1號線始發、到達施工時主要采用盾構始發的方法。盾構始發加固范圍如圖2所示。

（2）盾構始發流程

盾構始發是指利用反力架和負環管片，將處于始發托架上拼裝、調試完成的盾構機，由始發托架推入地層，沿設計軸線循環掘進的重復性較強的施工作業過程，盾構的順利始發在施工中占有相當重要的位置，是盾構施工中的關鍵技術環節之一，其主要內容包括：主體施工時洞門鋼環的定位及安裝、始發前主體結構端頭指定范圍內地層的加固、盾構始發托架的定位和加固安裝、盾構機的組裝與調試、安裝反力架、安裝洞門止水簾幕與翻板、盾構姿態復核、拼裝負環管片、業主單位組織現場驗收、鑿除洞門臨時圍護結構、盾構貫入開挖面建立土壓和試掘進等。歸納起來，盾構始發流程可以分為準備作業、臨時圍護結構拆除、始發掘進3個過程，如圖3所示。

①盾構始發準備作業

采用土壓平衡盾構時，需配備水泥砂漿拌制設備、輸送管路、儲存設備、運輸設備、出土設備、壁后注漿設備、搬運設備等。

始發準備作業包括始發架設置、盾構組裝、門禁系統設置、反力架設置、后配套臺車設置及管片儲備等。

②拆除臨時圍護結構

因為盾構始發洞門的破除作業易造成地層坍塌，拆除前需確認地層的自穩性、止水性等的完好狀況。隨后本著對土體擾動盡可能小的原則，把圍護樁分成多個單元，按照先兩邊后中間，先下邊后上邊的原則依次拆除，同時可視情況采取整樁吊出的方法，減少對洞門周邊土體的擾動。拆除時要注意掌子面的穩定及必要的臨時支護，拆除作業要迅速連續，實現短平快的原則。

③盾構始發掘進

圍護樁拆除后，立即推進盾構，盾構進入地層后，對掘削面加壓，同時密切觀測與監控洞門處密封裝置狀況（橡膠止水簾幕和翻板），緩慢提高壓力，直到預設壓力值。盾尾通過洞門密封時，密封裝置易改變狀態，故要引起高度重視，通過盾尾要低速推進，盾構整體進入洞門后方可進行壁后注漿，封閉穩定洞門。

（3）盾構始發關鍵技術

①端頭加固

端頭地層加固是為了防止拆除臨時圍護結構時的振動影響，在盾構刀盤頂到掌子面并建立土壓前，能使土體自穩，防止開挖面坍塌，出現地表沉降過大、坍方等，其目的主要有以下幾點：

（a）加固土體滿足設計強度要求。

（b）加固土體滿足整體穩定性的要求。

（c）加固土體滿足堵水和滲透性的要求。

（d）加固土體滿足變形特征的要求。

盾構法施工中，端頭土體加固是盾構始發、到達技術的一個重要組成部分，端頭失穩、坍塌是盾構始發、到達施工的常見事故，端頭土體加固成功與否直接關系到盾構能否安全始發、到達。因此，端頭加固方法的選取、端頭加固范圍的確定以及端頭加固效果的檢測是保證盾構順利始發與到達的關鍵。

端頭加固土體不僅有強度和穩定性的要求，還要滿足滲透止水的要求。石家莊地區地下水較深，可不考慮此要求。

②端頭加固質量驗證

為確保端頭土體的加固質量，需對旋噴樁加固范圍域內的整體性進行驗證，目前一般采用垂直、水平鉆孔取芯鉆取加固土體，通過對其垂直鉆取土體的完整改正性及所取土樣“無側限抗壓”強度來判斷土體的加固效果；水平鉆取土體增強對土體加固效果的判定，同時驗證土體加固的密閉性，有水地區的水平鉆孔尤為重要，是必須嚴格實施的，若加固密閉效果不好，需對加固土體采取補注漿措施進行加固，直到密閉為止，方可進行始發或接收掘進，如圖4所示。

③盾構機托架安裝

托架是盾構機始發、接收的基礎，它決定著盾構機始發時的姿態，是始發時需重點關注的要素之一。首先，在水平方向上，若是直線始發則托架應與線路軸線保持一致，若是曲線始發需根據曲線方向調整始發角度。在垂直方向上，為防止盾構機脫離托架后產生“栽頭”現象，一般需將托架標高抬高2cm～3cm。而接收時為保證盾構機順利駛上托架，需將托架降低2cm～3cm。

④反力架安裝

盾構機反力架是盾構始發時的主要受力部件，其安全性至關重要，事發前需對其加固程度進行細致檢查。具體要點如下：

（a）保證反力架穩固，應在車站土體施工時預先在車站底板及中板處預埋相應的焊接鋼板。

（b）加固反力架時，將反力架支撐體系與之進行焊接，從而增加整體穩定性。

（c）根據隧道長度計算0環管片的里程，反算出反力架具體的安裝位置，從而確保出洞后現。

（d）澆環梁的寬度滿足設計40cm～80cm的需求。

（e）自行或委托具有相關資質的單位或個人，對反力架的受力情況進行模擬、檢算，并出具相關具有法規效力的證明材料。

⑤洞門鑿除方法

洞門鑿除是盾構始發、接收風險最大的環節，施工中需高度重視。

始發時因施工場地限制，一般采用人工破除的方式進行洞門鑿除，為了避免洞門鑿除對車站周邊地層造成撓動而造成塌落，圍護樁鋼筋混凝土鑿除分兩部分進行（如圖5所示）。第一次鑿除的時間為盾構始發前5天，第二次鑿除的時間為盾構始發前8h。

同時，為了避免鉆孔樁鑿除時因土體失穩涌入車站而對作業人員造成傷害，圍孔樁的鑿除順序需由下向上進行鑿除，如圖6所示。

接收時因施工場地較大，體育場站～北宋站區間采用了人工配合破機的方式進行鑿除。首先盾構機刀盤掘進至距刀盤20cm～50cm時，在對車站主體圍護樁進行鑿除，以減少鑿除過程中的安全性。

圍護樁鑿除采用人工手持風稿鑿除，鑿除工作通常分兩步進行：

第一步，先清除表層噴射混凝土并割除鋼筋網片及預埋件，表層鑿除工作先上部后下部，鋼筋預埋件割除要徹底，以保證預留洞門的直徑。

第二步，根據洞門鋼環內圍護樁數量的情況，人工將鋼環范圍內的圍護樁上、下兩端進行剝皮處理，把鋼筋外露出來，再將上下外露鋼筋內的混凝土各清理50cm出來，使圍護樁只用鋼筋受力，然后采用起重設備吊住圍護樁，人工采用氧氣、乙炔先切割下部、后切割上部鋼筋，把中間部分圍護樁正體吊裝至地面后采用小型機械對其進行破碎、機械裝車外運至棄土場，人工清理場地遺留殘渣。這樣既增加了施工效率，也減少了機械破除震動對底層的擾動，體育場站～北宋站區間接收洞門因采取相同的方式進行施工，接收洞門鑿除僅用時兩天，就完成了施工。

⑥洞門密封設置

盾構機在剛完成始發或剛進行接收作業時，一般會因洞門密封不嚴密，造成同步注漿量及同步注漿壓力不滿足施工要求的情況出現，從而造成進洞后10環或出洞前10環管片出現大幅上浮、下沉現象。所以在進、出洞10環范圍內為保證管片成型質量，需對進出洞各10環范圍內管片采取措施進行加固，一般采用自行加工的“U”形連接件進行連接。同時，在此段施工時，需加強盾構標高測量，并且根據測量結果及時調整同步注漿及二次注漿，確保成型隧道滿足設計要求。

洞門密封施工分兩步進行：

第一，洞門結構施工時，加強標段間的溝通協調，做好洞門預埋件的預埋工作，預埋件必須按設計要求與結構的鋼筋連接在一起。

第二，盾構正式始發、接收時，應先清理洞門處的渣土，然后進行洞門密封裝置的安裝。

洞門密封裝置由簾幕橡膠、扇形壓板或翻板、墊片和螺栓等組成。為了防止盾構進入洞門時刀盤損壞簾幕橡膠，可在簾幕橡膠外側涂抹一定量的黃油。隨著盾構向前推進隨時對洞門密封壓板或翻板進行調整，以保證密封效果。

⑦負環管片的拼裝

負環管片拼裝前，要組織標段相關人員對盾構設備、反力架、始發架等再次進行全面檢查和自驗。確認無誤后，開始拼裝負環向隧道方向推進。負環拼裝應注意以下幾點：

（a）在盾尾處盾殼內安裝管片支撐墊塊，為管片在盾尾內的定位做好準備。

（b）從下至上一次安裝一環管片，注意管片的轉動角度要符合設計要求。

（c）安裝拱部管片時，由于管片支撐不足，要及時穩固管片。

（e）第一環負環管片拼裝完成后，用推進油缸緩慢把管片推出盾尾，并施加一定的推力把管片垂直平壓在反力架上。

（f）管片在推出盾尾時，要及時支撐加固，防止管片下沉或失圓。同時要考慮到盾構推進時可能產生的偏心力，因此反力架支撐的加固應盡可能地穩固。

結語

盾構始發、接收安全隱患比較大，在施工中影響端頭加固效果的因素比較多，為保證盾構機的順利始發、接收，通過對石家莊地鐵目前盾構始發、接收部分案例的分析，本人梳理了以上盾構始發、接收作業過程的技術卡控要點，希望能為盾構施工提供一定的參考價值。

參考文獻

[1]石家莊地鐵1號線設計文件[Z].

[2]江玉生.盾構始發與到達-端頭加固理論研究與工程[M].北京：人民交通出版社，2011.