淺析地鐵盾構始發、接收關鍵施工技術

張 杉 王利龍

（中國電建集團華東勘測設計研究院 浙江杭州 310000）

1 土體加固

1.1 加固方法的選擇

杭州地區盾構始發、接受洞門土層一般位于砂土類、粉土類、黏土類，三類土層在有水狀態下均不穩定，始發、接收時必須進行加固。目前常用的加固方法有冷凍法、攪拌樁法、注漿法、高壓旋噴樁、及組合加固法等，但每種工法都有一定的局限性，若加固方法選擇不當，就會導致加固質量不能達到要求，如主要地層為淤泥質土層時不宜采用旋噴樁加固，可用攪拌樁或冷凍加固；地層含水量低于2.5%或地下水流速大于10m/d時，不宜采用冷凍法；攪拌樁法適用于飽和軟黏土、粉土，但成本較高。端頭加固方法的選擇需要考慮工程所處地層的水文土質、周邊環境、加固范圍、經濟性和工期等因素。加固后土體應具有良好的均勻性、直立性、止水性和強度，加固土體28d無側限抗壓強度≥0.8MPa，滲透系數＜1.0×10-8cm/s。

1.2 端頭加固范圍

（1）盾構始發、接收區域地層不受地下水影響或受地下水影響較小，縱向加固范圍可根據土體強度和整體穩定性驗算、工程經驗和周邊環境保護等級來確定加固范圍。

（2）始發時加固范圍分析，始發區域地層受地下水影響較大時，縱向加固范圍一般大于盾體長度，盾尾出洞門時，及時同步注漿，此時刀盤仍處于加固區域，能及時密封洞門，防止水土流失；反之，縱向加固范圍應該小于盾體長度，盾尾還未出洞門，刀盤已出加固區，地下水可能沿盾殼與巖土之間的間隙涌入，嚴重時造成始發失敗，如圖1所示。

1.3 加固土體強度和穩定性驗算

1.3.1 加固土體強度驗算

將加固土體視為厚度為h的周邊只有支承的彈性圓板，板中心處的最大彎曲應力，支座處的最大剪力，按照彈性力學原理求得強度驗算公式，其中砂性土水壓力和土壓力分別計算；粘性土水土合算。

圖1 始發時縱向加固長度小于盾體長度

沿工作井開洞口周邊計算加固體的剪切應力，檢驗加固厚度是否合理：

其中：h——加固體厚度；

K——安全系數，一般取1.5；

D——盾構機直徑；

σ——加固體設計彎拉強度，一般可取極限抗壓強度的10%；τ：加固體抗剪強度，一般可取1/6的極限抗壓強度。

1.3.2 穩定性驗算

假定加固土體滑動面是以洞門最外側O點為圓心，洞門直徑D為半徑的圓弧滑動面，通過驗算可得下面結果：

此時引起的下滑力矩為：

式中：M1——地面堆載P引起的下滑力矩，M1=PD2/2；

M2——上覆土體自重Q上引起的下滑力矩，M2=Q上D/2；

M3——滑移圓弧線內的土體下滑力矩，M3=rtD3/3；

抵抗下滑的力矩為：

Cu——加固前土體的黏結力；

Cut——加固后土體的黏結力；

H——上覆土體的高度；

上述計算方法僅是一種簡化處理，實踐中尚需根據類似的工作經驗予以核定。

2 托架、反力架安裝

①盾構始發時，托架要承受縱向、橫向推力及約束盾構旋轉的扭矩，所以，在始發前，必須對托架兩側進行加固，接收時也需對托架兩側進行加固；②盾構機前盾重量較大，重心靠前，始發托架前端易發生變形下沉，盾構始發時容易產生向下的“磕頭”想象。為了減小這種“磕頭”現象對盾構始發造成的影響，始發托架安裝時將托架前端高程或洞門圓心標高抬高2～3cm。同理，在盾構接收時接收托架降低2～3cm，方便盾構駛上托架。

反力架一般由橫梁、立柱、底座、調整墊塊等組成，為盾構始發提供所需的反推力，故需保證反力架的強度、剛度和穩定性，安裝時應根據盾構中線、負環管片環數、第1負環管片位置確定反力架位置，反力架左右偏差、高程偏差必須控制在設計規范要求之內。預埋件將反力架的支撐系統與土建結構連接，使盾構推力作用到車站主體結構上，預埋件的安裝質量極為重要。

3 始發、接收測量

鋼環定位測量：盾構始發、接收時，一般需要在隧道洞口設置洞門鋼環，設置洞門鋼環有利于車站與區間的節點防水，而在盾構始發、接收時需從洞門鋼環內穿過，所以洞門鋼環中心位置與盾構姿態是否一致是盾構順利進出洞的關鍵。在施工過程中，鋼環中心位置可能發生偏移，導致鋼環實際中心位置與鋼環設計中心位置不一致，故在盾構始發、接收時需要對鋼環中心位置進行測量。

托架定位測量主要任務是始發架中線、始發架高程測量、基礎平整度測量。始發架定位測量須保證始發架中心線與設計軸線、始發架高程與設計高程均在允許偏差范圍內。

反力架定位測量包括反力架的高程、垂直度、與隧道中心線的關系，反力架為盾構始發時提供反推力，在安裝反力架時，反力架端面應與始發托架水平軸垂直，以便盾構軸線與隧道設計軸線保持平行。反力架定位好以后，我們還需要檢查盾構機尾端上下兩點S、X以及左右點距反力架前端的距離是否相等或接近。

盾構機的水平偏航、俯仰角用于判定盾構機在以后掘進過程中是否在隧道設計中線上前進，滾動角測量用于判定盾構機是否在容許范圍內發生扭轉。盾構接收測量：隧道掘進至最后100環時，暫停掘進，進行隧道測量定位復核、洞門中心偏差聯測等，根據測量結果調整盾構姿態，確保盾構順利駛上盾構接收托架。

4 洞門破除

洞門鑿除過程中，洞口形成水土壓力釋放區，洞門破除過早，洞口土體暴露時間過長，端頭土層受力平衡被打破，致洞門涌水涌砂，土體失穩，嚴重危及洞門鑿除工作人員人身安全，因此選擇適當的洞門鑿除時機和合理的鑿除方式極為重要。圍護結構在洞門鑿除時一般采用人工手持風鎬鑿除，洞門鑿除分兩次鑿除，第一次：當盾構調試完畢，具備推進條件時開始鑿除洞門，鑿除洞口背土側混凝土及鋼筋，鑿除時自上而下，鑿至迎土面鋼筋外露為止，及時清理洞口，方便密封裝置安裝。第二步，盾構機緩慢抵達圍護結構前約1m時停止推進，鑿除洞口迎土面混凝土及鋼筋。

5 洞門密封裝置

在密封裝置安裝施工中預埋鋼環必須與車站結構鋼筋連接牢固，與車站結構密實緊貼。密封裝置安裝前先清理洞門處的渣土，同時保證簾布橡膠板螺栓孔與預留螺栓孔位置一致，螺栓必須進行二次旋緊螺栓。

在施工過程中容易出現密封圈準確性差，刀盤旋轉可能損壞簾布橡膠板或使鋼板發生位移，導致密封性能下降，故在盾構駛入洞門前在刀盤外圍和簾布橡膠板外側涂抹潤滑劑，接收時及時調整扇形板，改善受力狀況，防止刀盤磨損簾布橡膠板。

6 結語

盾構始發、接收時風險較大，在施工過程中需根據工程環境選擇合理施工方式，加強管理，保證每個施工環節的施工質量，降低始發、接收風險，才能保障盾構始發、接收的順利進行。