盾構平衡始發與到達施工技術解析及風險控制對策

馮明輝 中鐵七局集團武漢工程有限公司

在地鐵隧道建設的過程中，使用盾構法施工具有以下幾種優勢：高度機械化的施工設備、對周圍環境的破壞小、施工安全系數高而且施工效率快。盾構始發與到達是整個地鐵隧道盾構施工中所需承擔風險較大的環節，只有全面分析該環節面臨的各種風險，并為之制定相關的解決對策，才能保障隧道建設的安全穩定性，進而提升整個工程的建設質量。

1.工程概況

某地鐵站所需修建的雙線隧道長度可達到830.19m，整個施工區間采用盾構施工技術。始發地點設立在隧道的南端，位于左線區，到北端之后緊跟著掉頭駛入右線區，這也是第二次始發的地點。之后轉入北端，參照上述施工路線。

2.盾構平衡始發與到達施工技術

2.1 密閉始發與到達

如圖1所示，密閉始發到達工作的原理實質上是借助于盾構的始發與到達的平衡作用，將密封性能良好的鋼套筒或者是鋼套筒鋼筋混凝土箱體埋設在盾構的始發和到達的洞內，由此增強盾構機的始發和到達拍的密封指數，進而延長盾構的始發與到達的路程，使之可以正常的進洞、出洞，避免影響施工進度。

當地質條件并不允許常規端頭加固的方式來分擔盾構施工始發與到達的風險時，可以使用這種方式。此外當加固施工沒有適當的施工場地或地下管線較多時，也適合用上述方法。

圖1 密閉鋼套筒

2.2 水土中始發與到達

如圖2所示，水土中始發與到達的工作原理依然是平衡，主要是確保洞內和洞外之間的水土壓力可以達到平衡狀態。一般情況下會采用如下的三種方式來實現：（1）澆筑鋼筋混凝土墻，其澆筑的位置選在盾構施工的井內；（2）采用恰當的隔離方式進行隔離；（3）回填砂、土，其回填位置也選在盾構施工的井內。這樣一來就避免出現盾構機進洞或出洞時所帶來的涌水涌沙現象，提升盾構施工的安全系數。

圖2 盾構機示意圖

該方法具體的操作流程如下所述：（1）將導臺設置在盾構機始發的井內，并與車站進行隔離，同時澆筑好混凝土墻，修建一座反力墻；（2）下井之后組裝好盾構機，并對其進行調試，上述步驟完成之后開始第一環負環管片的安裝，在盾尾推出該管片之后，使之和混凝土墻相連，并做好密封；（3）鑿除始發的洞門，在洞門的掌子面處放置盾構機的刀盤裝置，之后用砂、土回填材料，再用混凝土蓋板對水土進行隔離；（4）利開啟盾構機的同步注漿系統，對管片的內部和壁后部位進行同步注漿；（5）上述步驟完成之后，盾構機掘進工作開始展開，隨著掘進的深入也產生了土艙壓力，確保其掘進狀態正常。

3.盾構平衡始發與到達風險及技術控制

3.1 密封失效

密封風險的表現情況綜述如下：（1）鋼套筒本身的缺乏嚴謹的密封性能；（2）縫隙導致的，其位置在于鋼套筒和洞門預埋環板或負環管片之間；（3）接縫密封不嚴實引起的，主要是混凝土箱體和施工井內的接縫處。上述問題可能導致筒體或箱體的壓力向外泄露，造成水土壓力失衡，進而引發地表產生沉降，嚴重會產生塌陷。

對應的技術控制手段如下所述：（1）將鋼套筒進行分塊，在各塊的連接處添加橡膠墊圈，及時修復螺連接面的變形部位，檢查其數量是否有缺失。（2）增設預壓千斤頂，其位置設立于反力架和環梁之間。該設備可以施加預壓，可以使得鋼套筒與洞門環板之間貼合更為緊密。但需對洞門環板的受壓狀態進行實時監控。（3）在環梁和負環管片的連接部位增加止水橡膠圈，密封時使用雙液漿將縫隙處理妥當。

3.2 洞門鑿除

沒有加固的端頭會在洞門鑿除時，隨著工程的推進，洞門逐漸變薄從而無法受住來自于門外的水土壓力，導致有可能出現滲漏或坍塌。

對應的技術控制手段如下所述：（1）玻璃纖維筋是洞門維護的主要材質，使用盾構機的破巖功能鑿除洞門。（2）當盾構機沒有破巖功能時，增設加固體用來抵抗來自門外的水土壓力。

3.3 盾構機栽頭

盾構機栽頭，可能出現鋼套管的拉裂，造成滲漏。對應的技術控制如下所述：（1）在掘金軸線的中心處，超出實測洞門中心的20～30mm的距離作為盾構機進洞的高度。（2）頂推托輪組可安裝在接收的鋼套筒內，便于在施工中及時調整掘進姿態。

3.4 鋼套筒或混凝土箱體拆除

在這一環節施工過程中，如果注漿無法達到密實程度，也不飽滿時，很容易在洞門的地方增加涌水涌砂風險。可采取如下的技術控制手段來規避風險：（1）加大同步注漿量，注意施工時機。最好選在盾構機快要到達洞門或到達洞門的時間段，再使用雙液漿填充管片的空隙處。（2）注入雙液漿，其施工位置選在洞門口的地表處，待止水注漿施工之后，觀察是否還存有滲漏，若有，則繼續注漿，直到沒有滲漏為止。之后可執行拆除施工。

4.水土中始發與到達風險技術措施

4.1 水土壓力不平衡

當洞內的水土壓力無法與盾構井內的回填厚度維持平衡狀態時，有可能會出現地表的沉降或坍塌的風險。技術控制如下所述：（1）計算出盾構機的進洞、出洞產生的水土壓力值，使之小于標準范圍內回填的厚度或水深狀態下產生的壓力值；（2）填充砂、水之前需注意材料的密度是否符合規范的要求。

4.2 盾構機破除洞門

破除洞門的車站圍護結構是水土中始發與到達施工的必經環節。其風險參照3.2節所述。

技術控制內容如下所述如下：（1）玻璃纖維筋是洞門維護的主要材質，使用盾構機的破巖功能鑿除洞門。（2）在施工之前要確保整個刀具的各項指標符合規定要求，尤其是檢查邊緣滾刀，使之工作性能處于良好的狀態，以免出現卡刀盤，使得扭矩變高。

4.3 工作井土方開挖

在這一環節施工過程中，如果注漿無法達到密實程度，也不飽滿時，很容易在洞門的地方增加涌水涌砂風險。可采取如下的技術控制手段來規避上述風險：（1）在盾構機的進洞、出洞的時間段控制好同步注漿量和注漿壓力，并隨時參照周邊的地層產生的空隙比調整注漿量。當上述參照指標較大時，注漿量應是正常狀態下的1.8～2倍左右，在注漿中，土艙的壓力要始終大于注漿的壓力。（2）將雙液漿注入到洞門位置的地表，以此來增強洞門的止水能力。（3）抓好使用小型機械或人工開挖的時機，一般說來，當工作井內回填土到洞門時就可使用上述施工方式進行繼續開挖施工。

5.結束語

綜上所述，本文所介紹的盾構平衡技術是在無法在端頭加固施工的前提下，確保盾構設備在水土壓保持平衡的狀態下開始掘進施工的一種區別于傳統盾構施工的技術。這種施工技術可以有效地應對盾構機始發與到達施工的產生的風險，具有重要的研究推廣價值。