盾構始發施工技術的應用

黃勇

摘要：隨著盾構法施工在地下隧道工程中的廣泛使用，隧道盾構施工對周圍環境的影響，特別是地面沉降問題受到越來越多的關注。對于盾構施工而言，盾構始發技術是關系整個工程成敗的關鍵環節，在盾構初始階段重中之重是如何控制好始發階段的盾構機姿態、保證始發階段土體自穩和防止水土流失，使盾構連續正常地從非土壓平衡工況過渡到土壓平衡工況。

關鍵詞：地鐵工程、盾構機安裝、技術措施

近幾年，城市軌道交通飛速發展，事故頻繁發生，且盾構在始發階段出現事故的概率較高，地下工程施工一旦發生事故就會產生災難性的后果。本文重點介紹盾構始發工藝和技術。

一、始發洞口的地層處理

在盾構始發之前，一般要根據洞口地質狀況進行評估，有針對性的采取加固處理措施。地層加固方法很多，常用的有地層注漿、攪拌樁、旋噴樁、鉆孔素樁、SMW工法、冷凍法等。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側向自穩能力，且不能有地下水的損失。

二、始發洞口圍護結構的切除

根據經驗，一般在始發前至少一個月開始洞口圍護結構的切除。整個施工一般分兩次進行，第一次先將圍護結構主體鑿除，只保留維護結構的鋼筋保護層，在盾構始發前將保護層混凝土鑿除。

在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時檢查始發洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設計輪廓范圍之內。

三、洞口密封

洞口密封是為盾構在始發時防止背襯注漿砂漿外泄所用，按種類分有壓板式和折葉式兩種，其中折葉式應用較廣。洞口密封的施工分兩步進行，第一步是在車站結構或始發工作井的施工工程中，做好始發洞門預埋件的埋設工作，特別注意的是在預埋件埋設過程中預埋件必須與車站或始發井結構鋼筋連接在一起;第二步在盾構正式始發之前，先清理完洞口的碴土，再完成洞口止水帶的安裝。

四、洞口始發導軌的安裝

在圍護結構破除后，盾構始發臺端部距離洞口圍巖必然會產生一定的空隙，為保證盾構在始發時不致于因刀盤懸空而產生盾構“叩頭”現象，需要在始發洞內安設洞口始發導軌。

五、反力架、始發臺的安裝

1、反力架、負環管片位置的確定依據。反力架的位置確定主要依據洞口第一環管片的起始位置、盾構的長度以及盾構刀盤在始發前所能到達的最遠位置確定。

2、負環管片環數的確定。假定盾構機機身長度LTBM=8.3M，始發井長度LAS=12M（因不同的始發井尺寸而不同），洞口維護結構在完成第一次鑿除后的里程DF，設計第一環管片起始里程D1S，管片環寬WS=1.2M，反力架與負環鋼管片長WR=1.5M（自行設計加工的尺寸）。DR為反力架端部里程，N為負環管片環數。在安裝井內始發時最少負環管片環數確定N=（D1S-DF+8.3）/WS環。

3、反力架、負環鋼管片位置的確定。在確定始發最少負環管片環數后，即可直接定出反力架及負環管片的位置。

反力架端部里程DR=D1S-N×WS。

4、反力架、始發臺的定位與安裝。在盾構機主機與后配套連接之前，開始進行反力架的安裝。安裝時反力架與車站結構連接部位的間隙要墊實，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強度。

由于反力架和始發臺為盾構始發時提供初始的推力以及初始的空間姿態，在安裝反力架和始發臺時，反力架左右偏差控制在±10MM之內，高程偏差控制在±5MM之內，上下偏差控制在±10MM之內。始發臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角<±2‰，盾構姿態與設計軸線豎直趨勢偏差<2‰，水平趨勢偏差<±3‰。

六、盾構的始發

1、始發臺兩側的加固?。由于始發臺在盾構始發時要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩。所以在盾構始發之前，必須對始發臺兩側進行必要的加固。

2、負環管片安裝

（1）負環管片安裝準備。在安裝負環管片之前，為保證負環管片不破壞尾盾刷、保證負環管片在拼裝好后能順利向后進行水平力的傳遞，在盾殼內安設厚度不小于盾尾間隙的方木（或型鋼），以使管片在盾殼內的位置得到保證。?（2）負環管片后移。第一環負環管片拼裝成圓后，用4～5組油缸完成管片的后移。管片在后移過程中，要嚴格控制每組推進油缸的行程，保證每組推進油缸的行程差小于10MM。在管片的后移過程中，要注意不要使管片從盾殼內的方木（或型鋼）上滑落。（3）負環管片與負環鋼管片的連接。負環管片的最終位置要以推進油缸的行程進行控制，在負環管片與負環鋼管片之間的空隙用早強砂漿或鋼板填滿。?（4）負環管片的拼裝類型。在始發井內的負環管片的拼裝類型通常采取通縫拼裝，主要是因為盾構井一般只有一個，在施工過程中要利用此井進行出渣、進管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時、快速的拆除負環管片。

3、盾構的始發

（1）空載推進。盾構在空載向前推進時，主要控制盾構的推進油缸行程和限制盾構每一環的推進量。

盾構向前推進的同時，檢查盾構機是否與始發臺、始發孔位發生干涉或是否有其他異常事件或事故的發生，確保盾構安全的向前推進。

（2）始發時盾構姿態的控制。主要通過盾構機的推油缸行程來控制姿態。

（3）始發時盾構推進參數的控制。在保證盾構正常推進的情況下，稍微降低總推力和刀盤扭矩。

4、洞口注漿

在盾尾完全進入洞體后，調整洞口密封，進行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強度。注漿壓力控制在1.5BAR以內。

七、反力架、負環管片的拆除

反力架、負環管片的拆除時間根據背襯注漿的砂漿性能參數和盾構的始發掘進推力決定。一般情況下，掘進100M以上（同時前50環完成掘進7日以上），可以根據工序情況和工作整體安排，開始進行反力架、負環管片的拆除。

八、結束語

始發條件及始發施工技術中每一環節的順利進展與否都關系到盾構機是否可以始發成功。要保證盾構的安全并順利的始發，還應在前期對地質勘探、始發區域的建筑物及管線情況進行調查和分析，特別是對端頭土體的液限、塑限、滲透系數、含水量等各種物理力學指標進行全面的調查及評估;同時應對始發技術施工中的每一個環節加強全面、細致的控制，以確保各種加固處理措施達到預期效果。

參考文獻：

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（作者單位：中國電建集團華東勘測設計研究院）