地鐵隧道盾構始發(fā)施工技術

吳輝顯

上海城建市政工程（集團）有限公司

1 前言

地鐵隧道盾構始發(fā)施工技術在整個地鐵隧道盾構法施工過程中是極為重要的一項技術，它關乎著整個地鐵隧道實施的成功與否。地鐵隧道盾構法施工運用到大量的地鐵建設中，以快速、安全且高效的優(yōu)勢使地鐵事業(yè)整體快速發(fā)展，進而不斷推動城市發(fā)展。合理運用地鐵隧道盾構始發(fā)施工技術，在一定程度上降低了工程的困難程度。

2 地鐵隧道盾構法工程概況

盾構的工作以盾構機為中心，是貫穿于整個施工掘進的基礎設備，建造隧洞的施工方式是將地表以下的土層使用盾構機進行支撐。盾構法運用較為廣泛，并且具有實用性強、施工速度快以及安全性高等特點，盾構機在盾構技術中起到一定的保護作用，在施工時，有效避免了施工過程中出現(xiàn)的土方坍塌等狀況。盾構始發(fā)是指盾構從組裝調試，到完全進入?yún)^(qū)間隧道并完成挖掘為止的施工過程[1]。盾構機在施工過程中，安裝至始發(fā)工作井中，一般為地鐵車站端頭，再將開挖面挖出與裝配式襯砌跨度相同的土，使用盾殼作為支撐作用向裝配襯砌和地層開挖，然后通過千斤頂?shù)耐苿恿⒍軜嬐苿樱蛊淇朔貙幼枇?，盾構連續(xù)工作。地層開挖是地鐵隧道整個工程中最為基礎的工作，而盾構法對于底層開挖環(huán)節(jié)有著主要的保護支撐作用，幫助整個施工工程能夠順利地進行，施工開挖具有一定的安全隱患，因此需要根據(jù)施工地質進行設計，將挖法盡量合理化，保證施工發(fā)展建造基坑合理化。

地鐵隧道盾構法工程需要對施工區(qū)域進行詳細的規(guī)劃和設計，在一定程度上保證其進展的順利性，地鐵隧道盾構法工程對于地鐵施工有著隱蔽性及安全性較高的特點，暗開挖的方式在一定程度上保證了施工操作的安全性，發(fā)揮其積極作用，高效的施工效率減少整個工程系統(tǒng)的時間成本。地鐵隧道盾構法工程在施工時所產(chǎn)生的噪聲較小，降低對周邊環(huán)境的影響。但是，在施工時土地容易進行坍塌和移變，造成施工工期延長，因此加強對盾構始發(fā)施工技術工作進行嚴格控制，在一定程度上降低施工過程中事故出現(xiàn)的頻率。

3 工程描述

3.1 工程概述

武漢市軌道交通三號線為武漢市第一條穿漢江地鐵，它從沌陽大道站出發(fā)，沿東風大道、龍陽大道走行，過王家灣后，與江漢二橋平行在其下游下穿漢江，上岸后下穿輕軌宗關車站，過雙墩進入王家墩CBD，經(jīng)范湖、菱角湖公園進入建設大道，沿建設大道及其延長線東行，過黃浦大街、二七路后，下穿京廣鐵路進入后湖，過興業(yè)路、后湖大道后，線路西偏，垂直穿越金橋大道，終點站抵漢口三金潭。全長28km，設站23座。

菱角湖公園風井～菱角湖路站區(qū)間線路起止里程分別為：左線 DK18+348.315～DK18+933.700，長 587.214m；右線 DK18+336.109～DK18+933.700，長597.591m，為三號線第十四個區(qū)間。本盾構區(qū)間場地位于江漢區(qū)，始于菱角湖公園風井，區(qū)間下穿馬場角新型管材水暖市場、武漢市食品公司等多棟建筑、長江日報路到達菱角湖路站西端。最小曲線半徑R=350m的曲線，最大線間距14.0m。區(qū)間隧道襯砌采用預制鋼筋混凝土管片，管片內徑為Φ5400mm，管片外徑為Φ6000mm，采用土壓平衡盾構機進行掘進施工，盾體外徑為6280mm。

3.2 工程地質

菱角湖公園風井～菱角湖路站區(qū)間工程場地為長江一級階地，地形略有起伏，地面較平坦、開闊，地面標高約為20.54m～22.03m。盾構區(qū)間主要穿越（3-3）淤泥質黏質黏土，（3-4）粉質黏土夾粉土，（3-5）粉質黏土與粉土、粉砂互層。菱角湖公園風井位于菱角湖公園綠地內，始發(fā)端頭地面標高為20.68m，始發(fā)洞門外地層由上至下分別為（3-3）淤泥質黏質黏土，（3-4）粉質黏土夾粉土，（3-5）粉質黏土與粉土、粉砂互層，（4-1）粉細砂。

3.3 水文地質

本區(qū)間場地沿線地下水主要類型有上層滯水、承壓水等，上述幾類地下水中，以長江和漢江兩岸I級階地覆蓋層中孔隙承壓水對區(qū)間工程的影響最為突出。

上部滯水實際上是主要位于比較淺的暗埋溝塘部分以及人工填土部分。主要是因為接受了大氣的降水以及地表排水等的積累，另外在現(xiàn)代建設過程當中一般的老城區(qū)污水管道以及供水管道的滲漏問題也是形成這些問題的重要因素。產(chǎn)生這樣的原因包括：含水層的物質成分以及透水性和厚度以及密室程度等都是非常不均一的，同時降水量不水位也并不連續(xù)沒有統(tǒng)一，水面特征對應的勘察期間水位埋深大約為0.8m～3.2m。

承壓水主要賦存于全新統(tǒng)粉質黏土、粉土、粉砂互層、砂土及砂卵石層中，含水層厚度一般為20m～40m，含水層滲透性一般隨深度遞增，承壓水測壓水位絕對標高一般為15.0m～20.0m（黃海高程），與長江、漢江水有密切水力聯(lián)系，呈壓力傳導互補關系，本區(qū)間盾構始發(fā)地層位于承壓水地層中，勘察測得承壓水水位標高為18.2m～18.5m。

4 地鐵隧道盾構始發(fā)施工工作

地鐵隧道盾構始發(fā)最基礎的是進行盾構機的組裝調試工作，其主要的工作流程是將其運送到規(guī)定的使用區(qū)域，有利于整個施工工程的順利進行，然后進行盾構掘進，對于設計的線路為基礎，開展掘進工作，隨著時間的推移，盾構機到達一定規(guī)劃地點，持續(xù)進行掘進，最終通過洞口達到車站內。地鐵隧道盾構始發(fā)前的工作主要由始發(fā)臺及盾構機體進行加固處理、對負環(huán)管片的安裝準備以及盾構的始發(fā)工作三大部分構成。

4.1 始發(fā)臺、盾構機體進行加固處理

在施工過程中對始發(fā)臺以及盾構機體進行加固工作，是由于始發(fā)臺在盾構始發(fā)過程中需要承受各方面的縱向、橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩，從而保證盾構始發(fā)過程順利進行。

由于盾構始發(fā)施工必須有后支撐，故在洞圈與結構內襯間采用管片制作后座支撐體系，盾構后座由7 環(huán)負環(huán)管片拼裝而成。在第一環(huán)負環(huán)后設置由型鋼制作成的鋼后靠，后靠強度均進行驗算合格。待施工一定距離，滿足盾構推進所需反力后拆除負環(huán)。

由于洞口與盾構機體（或襯砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，從而引起地表沉降，因此，須在洞口安裝始發(fā)密封止水裝置，始發(fā)裝置包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、折疊板及相應的連接螺栓和墊圈。安裝順序為簾布橡膠板→弧形板→折疊板，自上而下進行。安裝時弧形板的壓板螺栓應可靠擰緊，使簾布橡膠板緊貼洞門，防止盾構始發(fā)后同步注漿漿液泄漏。

4.2 對負環(huán)管片的安裝準備

在安裝負環(huán)管片前，在盾殼內安裝厚度不能小于盾尾間隙的型鋼，保證負環(huán)管片不破壞盾刷以及在拼裝好以后能夠順利向后推進，使得管片在盾殼內的位置得以保證[2]。

4.3 盾構的始發(fā)工作

空載推進。盾構在進行空載推進時，主要控制盾構的推進油缸行程和限制盾構每一環(huán)的推進量，主要是通過盾構機的推油缸行程來控制姿態(tài)，在保證盾構正常的推進情況下，一定程度上降低總推力和刀盤扭矩。

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，洞口密封是為了盾構在始發(fā)時防止背襯漿砂漿外泄及端頭水土流失所用，在施工過程中，做好始發(fā)洞口預埋件的埋設工作，在盾構即將始發(fā)前，處理好洞口的土渣等，完善洞口密封的安裝[3]。

5 盾構始發(fā)施工常見問題及處理方案

盾構始發(fā)技術是盾構法施工技術最為關鍵的階段，是整個施工過程決定成敗的關鍵因素，隨著盾構法施工越來越受歡迎，在施工過程中需加強其風險管理，不斷提高施工質量，避免出現(xiàn)質量或安全事故，從而降低施工成本。因此需注意盾構始發(fā)階段所存在的特殊情況，從而保證工程的質量以及順利性。

（1）始發(fā)推進前需要鑿除圍護結構，并且保證在一定時間內，被鑿除圍護結構的土體的穩(wěn)定性，不能有水土流失的情況發(fā)生。

（2）端頭土體加固的效果不好是在始發(fā)過程中常出現(xiàn)的狀況，始發(fā)地層中含有地下水時，需采用降水措施將地下水位降至區(qū)間底部以下1.5m，待盾體全部進入土體中，對洞門位置進行注漿封堵后方可停止降水。

（3）始發(fā)施工的工作具有一定的特殊性，在始發(fā)階段建立盾構機的工況并嚴密注意土壓狀況，加大監(jiān)測頻率，控制地面沉降頻率。

（4）盾構機推進過程。保證在盾構機推進過程中支持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強對始發(fā)階段支撐系統(tǒng)的監(jiān)測管理，預防出現(xiàn)失穩(wěn)情況，導致整個工程的失敗。詳細了解施工地質情況，調整其對應參數(shù)，按理論出土量和施工實際工況定出合理出土量，保證出土順暢。

（5）盾構出現(xiàn)流沙、漏水以及涌土等狀況，主要是因為地質條件的變化、盾構機參數(shù)選擇不當或發(fā)生機械故障，解決流沙、漏水以及涌土的情況，可以采用高度機械化、自動化全封閉的盾構機，正確調整參數(shù)，控制其推進速度和排土量，將平衡系統(tǒng)調整好[4]。

（6）盾構始發(fā)階段，盾構機主體在始發(fā)導軌上不能進行調向，并且地面沉降控制比正常推進階段更為困難，加強盾構始發(fā)階段時地面沉降的程度。

（7）在盾構始發(fā)時，控制其端頭加固質量風險、反力架和基座風險、洞口密封失效風險、洞門注漿封閉效果不佳風險等，防止洞口出現(xiàn)地面沉降和流水的現(xiàn)象。

6 結語

地鐵隧道盾構始發(fā)施工過程是整個工程中極為重要的一部分，對盾構始發(fā)施工技術工作進行嚴格控制，加大施工管理力度，在一定程度上降低施工過程中事故出現(xiàn)的頻率，合理利用地鐵隧道盾構始發(fā)施工技術，有利于地鐵隧道事業(yè)及城市的快速發(fā)展。