地鐵暗挖段盾構空推施工工法分析

任志超

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京市 100000）

1　盾構空推工法提出的背景

隨著我國城市軌道交通的發展，地鐵建設愈加普遍。盾構法憑借著對環境與地面交通影響小、施工速度快、精度高、適應軟弱地質條件等諸多優勢得到了廣泛應用。根據各個城市地鐵盾構法的應用情況來看，其主要面臨著以下兩點問題。

（1）地質條件存在較大的差異。如東部地區的軟黏土地質，代表城市：上海、杭州；西部地區的富水砂卵石地層，代表城市：成都；南部地區的軟硬不均復合地層，代表城市：廣州、深圳；北部地區的砂卵石地層，代表城市：北京；中部地區的老黃土，代表城市：西安、蘭州等。地質條件各異為地鐵盾構施工帶來了諸多問題，如軟黏土施工的穩定性問題、砂卵石與卵礫石底層的高磨耗問題、大粒徑漂石與孤石的通過問題、老黃土地層的遇水塌陷問題等。

（2）修建空間不斷被壓縮。我國城市正處于快速發展階段，留給修建地鐵的空間越來越少，特別是地鐵需要穿越城市繁華地段，上覆建筑物多、人口密集、交通繁忙，出現了很多大深度、急曲線、復雜立交、多重交叉等困難情況。

面對上述情況，多工法組合施工成為了行業內的熱門課題，如盾構法+礦山法就是一個典型形式。此種組合工法可同時解決盾構法在硬巖段掘進困難以及礦山法在軟巖段施工風險大的問題。另外，對部分施工場地嚴重受限區域，施作礦山法后進行盾構空推施工，硬巖段兩端便無需設盾構機拆卸、吊出、再始發的工作井，以此節約場地，方便施工組織[1]。

基于此背景，在實際地鐵工程建設中盾構空推工法的應用越來越多，下文將主要圍繞此工法原理與實際應用情況展開具體闡述，以期為后續工程實踐提供參考，推進我國地鐵事業的不斷發展。

2　盾構空推施工工法原理與控制要點

2.1　工法原理

盾構空推通過的是暗挖或礦山法挖掘完成的隧道，盾構推進過程中缺少了掘進這一工序，因此工法原理與普通的盾構施工有一定的差別。在施工準備階段需做好相關復測工作，對盾構與暗挖段分界端頭墻進行處理，并在已作初期支護的暗挖段施工混凝土導臺、回填碎石等。在盾構空推過程中，由刀盤前方回填碎石為盾構機提供反力，做好管片拼裝工作，所有空推范圍下方管片，必須及時支墊，并通過盾構機同步注漿系統填充管片背后空隙。使用空推拼裝管片通過后，做好空推段的二次注漿，由此固結整環管片，確保工程質量。

盾構空推施工流程具體如下：施工開始→里程復測、暗挖隧道斷面復測、導臺復測→到達端頭檢查→貫通準備→盾構掘進、同步注漿、管片安裝→端頭密封墻破除→導臺兩側及前端堆放米石→盾構空推→同步注漿、管片拼裝、噴填米石→補充注漿→檢查管片背后回填質量→盾構到達掌子面→盾構掘進、同步注漿、管片安裝→暗挖盾構交界面二次注漿→暗挖段壓密注漿→施工結束。

2.2　盾構空推控制要點

根據相關工程實踐經驗可知，空推時盾構推力不能達到拼裝管片擠壓式防水的最低要求，已拼裝管片的周邊存在較大間隙且時間較長，因此盾構空推施工時便極易發生以下問題：隧道軸線偏差超限、管片出現質量問題（包括已拼裝管片上浮、相鄰拼裝管片錯臺、接縫滲漏水等）、積水抽排、回灌蓄水造成周邊地層沉降。

基于此，盾構空推施工時需注意以下控制要點：

（1）盾構空推時，合理調整各推進組油缸行程，保證盾構沿著導向平臺中心前行（見圖1）。通過控制導向平臺質量，確保盾構姿態良好[2]。

圖1　混凝土導臺示意圖

（2）適當采取堆填豆粒石或在盾體周圍噴射填充石料的方式，增加盾構推力，從而達到擠壓緊管片止水膠條的目的，有效減少環縫間滲水。同時，噴射豆粒石也可在管片脫出盾尾時及時予以支撐，避免管片下沉，出現錯臺的問題。

（3）使用盾構機同步注漿系統注漿時，配合手動控制的方式，根據豆粒石回填情況不斷調整流量、速度、壓力等，保證管片背后空隙充填效果[3]。

（4）在盾構空推期間做好監控量測工作。盾構空推期間需抽排水、蓄水，此時需對周邊地層、建（構）筑物的沉降變化進行監測，并制定好應急保護措施。

3　實例分析盾構空推施工工法的應用

3.1　工程概況

本工程為城市地鐵某區間隧道，采用盾構法施工，左、右線長度分別為781.6 m、792.1 m。本區間隧道施工中面臨著與正常運營的地鐵線路交叉的情況（下穿），為了不影響既有線路的運行，下穿段已提前暗挖施工。將影響盾構穿越的6根抗拔樁截除，暗挖預埋段左、右線長度分別是71 m、57.55 m，拱頂埋深18 m，隧道頂與既有車站底板相距6.5 m[4]。

3.2　施工方案

本地鐵區間隧道預埋暗挖段前期施作了初支、二襯、防水，2臺復合式土壓平衡盾構機CET6400空推，盾體與暗挖二襯存在60 mm縫隙可通過。盾構空推前，抽排暗挖段積水，加固暗挖段兩端頭土體。左線采用Φ800@500 mm三重管高壓旋噴樁地面垂直加固方法，右線受限于場地選用洞內水平注漿加固方法。盾構到達預埋段前，破除洞門，盾構空推穿過預埋段，加強既有地鐵線路的監測工作，保證運營安全[5]。

根據本區段施工條件與技術條件分析，主要存在以下施工難點：

（1）基于既有路面限制，在小里程端頭無法開展地面加固，只能采用洞內水平加固方法；

（2）在鑿除大、小里程段的洞門時，極易出現樁間涌水、涌泥等情況；

（3）盾構機到達預埋暗挖段前，必須做好盾構始發姿態、推力控制，保證施工質量；

（4）預埋暗挖段內空推過程中，由于阻力小，管片極易出現錯臺、滲漏的問題，必須加強控制；

（5）預埋暗挖段內空推時，極易出現“掉頭”等情況，較難控制線型。

3.3　盾構空推施工工法的應用要點

3.3.1預埋段區間端頭加固

（1）右線端頭加固。預埋段區間右線處在路面正下方，缺少地面施工條件，選用Φ800@600 mm三重管高壓旋噴樁平面加固方法。施工孔位沿隧道邊緣一圈環向布置，共計38個孔，孔距500 mm，小、大里程端加固長度分別是10.5 m、9 m。孔位布置圖如圖2所示。

圖2　孔位布置圖

（2）左線端頭加固。預埋暗挖段區間左線端頭采用Φ800@600 mm三重管高壓旋噴樁垂直加固方法，小、大里程端加固長度分別是10.5 m、9 m。

3.3.2洞門鑿除施工

預埋暗挖段洞門使用人工風鎬進行鑿除，洞門共分為9個部分，如圖3所示，按照編號順序施工，一旦發生突發情況可快速疏散。

3.3.3盾構空推過預埋段隧道施工

（1）準備工作

a.導臺施工。本預埋暗挖段導臺施工厚度為60 mm，采用鋼筋混凝土現澆施工方法，導臺弦長為3 230 mm。

b.盾構機到達預埋暗挖段前100 m以及50 m時，需做好盾構機姿態的人工復測工作，一旦發現偏差需及時糾正；預埋暗挖段前25 m為盾構機到達段，采用敞開模式掘進，逐步減小推力、降低速度；盾構機進入預埋段前最后3環，掘進速度＜15 mm/min，總推力＜600 t。

（2）空推施工

a.根據刀盤與導臺的關系，對各組推進油缸行程進行調整，保證盾構姿態沿著設計線路推進。前期推進速度控制為15～40 mm/min，后期逐步恢復正常速度。

b.在刀盤前使用濕噴機噴射豆粒石，噴射速度控制在6～9 m3/h。噴射時間隔4.5 m在盾構機切口四周以袋裝砂石料圍成一個圍堰，圍堰范圍需超過2:00～10∶00時鐘位置，有效避免出現管片背后砂漿、豆粒石等前竄的現象。

c.在空推中同步注漿，漿液初、終凝時間分別為8 h、10.5 h，實時根據漿液流動情況不斷調整膠凝時間。以注漿量作為注漿結束控制標準，注漿量超過理論80%以上即可結束。盾構機管片安裝10環后，隔6 m（4環管片）檢查注漿效果。

圖3　洞門鑿除施工順序示意圖

（3）施工監測

為了保證既有鐵路的安全運營，本預埋暗挖段盾構空推過程中設置靜力水準儀展開自動化實時監測，包括地表沉降、建筑物沉降與傾斜兩大檢測項目。監測點布置示意圖如圖4所示。

圖4　監測點布置示意圖

通過施工監測，實時掌握施工中的各項風險。根據監測數據分析指導施工，不斷調整盾構空推相關參數。一旦發現量測數據出現異常，必須立刻采用緊急處理措施，必要時暫停施工，防止出現安全事故。

根據本次監測所得的沉降數據分析可知，盾構空推施工對于既有軌道與建筑物的影響較小。

4　結語

綜上所述，在多工法施工背景下，地鐵暗挖段盾構空推施工工法的應用愈加廣泛。盾構空推施工中，基于推力問題管片極易出現上浮、錯臺以及接縫滲漏水等情況，必須要在盾體周圍噴射填充石料，保證管片施工質量，做好同步注漿工作，充分填充管片背后空隙。此外，在盾構空推期間，需加強監控量測，制定好相關應急方案，保證整個施工作業安全、有序進行。