地鐵工程項目中的盾構法施工工藝

任光躍

（中鐵建重慶投資集團有限公司，重慶 400000）

1 引言

在應用盾構法施工時，需根據現場工程條件做合理的技術優化，把控好盾構法應用全流程中的各項細節，加強安全管控和質量管控，以便施工的順利進行。為此，必須加強對盾構法的分析，明確技術要點，做到有效施工。

2 工程概況

某地鐵區間隧道起訖里程DK25+572.583～DK26+235.076，全長662.493 m，采用盾構法施工，適配土壓平衡盾構機。根據施工安全、質量、效率等方面的要求，規劃盾構機運行路線，從南端頭左線始發，推進至北端頭后開始調頭，進入右線；而后，到達南端頭后轉至北端頭。

3 進出洞地層的加固處理

豎井擋土墻拆除后，端頭土體的作用荷載和應力較之前期產生變化，考慮到安全和穩定性要求，需要對出洞及進洞地層的土體做加固處理，以期達到如下效果：避免臨時墻拆除過程中產生過強的振動作用；避免開挖面壓力不合理而誘發坍塌現象；維持地表的穩定性，避免該處發生沉降。

3.1 加固方法的選擇

地層加固的可選方法很多，包含高壓旋噴注漿法、砂漿回填法、化學注漿法等。具體至本工程，區間進出洞均有連續墻，拆除此部分耗費的時間較長，為維持地層的穩定性并確保該部分與擋土墻穩定黏結，較為適宜的是高壓旋噴注漿法或深層攪拌法。為確保區間各進出洞端頭均得到有效的加固處理，以深層攪拌法為主，在此前提下，輔以旋噴加固的作業方法，保證深層攪拌樁與連續墻間隙的嚴密性。通過多項措施的應用，使加固土體的強度超過2 MPa[1]。

3.2 深層攪拌樁施工細節

深層攪拌樁施工時，需注重以下幾點：

1）準確測量放樣與施工，要求攪拌軸垂直度偏差不超過1.0%，樁位對中誤差不超過2 cm。

2）按照0.45～0.55的水灰比拌制水泥漿，單次拌和時間至少達到3 min，確保漿液有足夠的均勻性。

3）鉆進至隧道底以下3 m的位置，鉆進到位后開啟灰漿泵，在噴漿的過程中同時攪拌、提升。

4）為使水泥漿與現場土體均勻混合，按照自下而上的順序依次攪拌。

4 盾構區間南端頭始發

4.1 始發臺的安裝

鋼結構始發臺，結構穩定可靠，可承受盾構機的重力和推進的摩擦力。在始發臺兩側按1.5 m的間距依次布設工字鋼，作為橫向支撐裝置，確保始發臺始終維持穩定。于始發基座軌道涂抹黃油，采取此項措施的目的在于提升盾構推進的順暢程度，以免因摩擦阻力過大而無法正常推進。

4.2 反力架的安裝

反力架用于提供盾構推進所需的反力，為維持穩定，采用鋼結構。安裝時，先清理底板上附著的雜物，再準確安裝到位。安裝后，檢測反力架的姿態和穩定程度，需無誤。反力架的高程偏差需在±5 mm以內，左右、上下的偏差均要在±10 mm以內。盾構姿態與設計軸線的水平趨勢偏差、豎直趨勢偏差分別控制在±3‰、2‰以內[2]。

4.3 負環管片的安裝

負環鋼管片起著連接負環管片與反力架的作用，同時此連接構件還可滿足反力架姿態的微調要求。安裝時，分片依次組裝鋼管片，將下半部鋼環吊運下井，再根據該部分的位置吊裝上半部鋼環并予以調節，使兩部分精準對接；此后，適配適量螺栓以便將管片穩定連接至反力架，負環管片與鋼管片也用螺栓連接。

4.4 輔助裝置的安裝

1）防扭裝置。刀盤切削土體時伴有較強的扭矩，由于此部分力的作用，盾構機殼體可能在始發臺發生偏轉。為避免該問題，以焊接的方法在盾構殼體處穩定設置防扭裝置，具體如圖1所示。隨著工程建設進程的推進，待該裝置臨近洞門密封時，不具備利用的價值，可予以割除。

圖1 盾構機始發臺及輔助裝置

2）負環管片支撐。在始發臺基礎上設置三角支撐、配套螺栓，以便與始發臺穩定連接，用工字鋼連接每側的三角支撐，使其更加可靠地支撐負環管片。經過各主要構件的安裝后，局部可能存在間隙，例如，工字鋼及始發臺與負環管片間，針對此問題，可在該處墊入合適規格的木楔。此外，向負環管片間增設槽鋼，維持管片的穩定性，避免其出現位移。

4.5 盾構機姿態復核

盾構機刀盤到達始發里程時，及時檢測盾構機的姿態并根據實測結果做相應的調整，直至各項實測指標與設計值的誤差均在許可范圍內為止。例如，設備平面位置誤差＜±10 mm，中心軸線的坡度誤差＜2‰，高程誤差＜±5 mm。

4.6 洞門混凝土鑿除

施作厚度為600 mm的地下連續墻，作為車站的圍護結構。車站端頭土體用攪拌樁做加固處理，及時加強對加固區土體的防護，避免由于暴露時間過長而出現失穩現象。為保證施工安全，刀盤進入預留洞門前應鑿除少量的圍護結構。具體而言，先鑿除500 mm厚度，割除外層的鋼筋；隨著工程施工進程的推進，待最后一層鋼筋被割除后，方可將剩余的圍護結構鑿除干凈。對于鑿除后產生的雜物，需及時清理。第二次鑿除前，先準備適量優質的噴漿料和噴漿機，以便及時噴漿封閉掌子面[3]。

4.7 洞門密封裝置的安裝

在盾構始發時，將洞門密封裝置設置到位，避免漿液經由縫隙處流出。洞門密封采用簾布橡膠材料，要求其在硬度、整體性等方面均達到要求。提前加工簾布橡膠的螺栓孔，依次將簾布橡膠板、圓環板、扇形壓板、防翻板安裝到位，檢查各裝置的安裝位置和穩定程度，均要無誤。在外圍刀盤和簾布橡膠板外側涂抹潤滑油，此舉有利于盾構機刀盤的順暢運行，防止刀盤刮破簾布橡膠板。盾尾通過后，隨即安排壁后注漿，通過漿液的注入增強穩固性；對開挖面加壓，盾構機掘進，逐步進入土壓平衡模式。

4.8 始發掘進的控制要點

1）盾構機的姿態控制。受車站結構尺寸的限制，盾構機難以正常始發，由于控制不當而發生盾構姿態偏差問題。為此，通過如下措施的落實實現對盾構機姿態的有效控制：（1）盾構機主機與設備橋連接，于出碴井后面布置拖車；（2）在設備橋上配套臨時皮帶輸送機，通過此裝置的應用來滿足臨時出碴作業要求；（3）管片和碴土均經由出碴井起吊，吊裝時嚴格控制吊裝姿態，避免發生磕碰；（4）盾構機掘進53環后，將負環管片和反力架拆除；（5）經前述拆除作業后，進一步拆除設備橋臨時支架和臨時皮帶輸送機；（6）向設備橋連接第一節配套拖車，再按照順序依次將剩余的幾節拖車均連接至一體；（7）取出延長管線，黏結輸送皮帶，再次將管線連接成型，經此處理后盾構機的掘進姿態將得到有效的控制。

2）掘進參數的控制。從本工程現場施工條件來看，始發段的地下水位高、地質條件差、覆土較薄，因此宜采取慢速掘進的方法，速度控制在10 mm/min以內。若出碴口有噴涌的情況，將碴門開啟150～200 mm；不存在噴碴情況時可適當增加，以300～350 mm為宜。若現場土質較硬，不利于刀盤的正常掘進，為此采取如下應對方法：（1）正反轉啟動刀盤；（3）在原泡沫劑使用量的基礎上適當增加；（2）經由膨潤土通道注水，通過水的應用推動碴土流動。盾構機由加固區進入軟弱地層時可能由于地質條件的差異而導致盾構低頭，為此需調整好盾構上下推進油缸的壓力差，維持盾構姿態的合理性。

3）背襯注漿控制。在始發前15環施工過程中，可用早強型漿液進行背襯注漿。始發前3環施工時，每環掘進時間達到7～8 h，但與之相矛盾的是，施工采用的早強型漿液初凝時間不大于4 h，因此，漿液可能會在儲漿罐內發生凝結，為有效避免此問題，在尚未達到正常出碴狀態時單次拌和量以1 m3為宜。

5 盾構區間北端頭到達的施工要點

5.1 準備工作及洞門混凝土鑿除

為保證盾構機順利到達，先將各項準備工作落實到位，包含機械設備的配套、現場場地的平整、鋼負環及反力架的安裝等。在車站北端頭井內先鋪黃砂、再鋪30 mm厚的鋼板，通過此類措施的落實，可在一定程度上減小盾構平移的摩擦阻力，更加順暢地實現盾構平移作業。除了做好準備工作外，還需鑿除左線和右線的洞門混凝土。

5.2 掘進控制措施

1）掘進需穿越加固區時，刀盤和螺旋輸送機的扭矩均較大，不利于刀盤的正常運轉，為此加強對各項關鍵參數的控制，例如，推進速度15 mm/min以內，刀盤轉速0.75～0.8 r/min。

2）刀盤破土時，原本的土壓平衡模式不復存在，取而代之的是非土壓平衡模式，此時現場作業條件更為特殊，必須由專員加強對洞口的觀察，視實際情況采取針對性的控制措施。破土時，推進速度放慢至8～12 mm/min，此外，適度降低刀盤轉速和推進油缸壓力。

3）盾構機接收指的是刀盤破土至到達接收架的階段，由推進系統負責推進作業，此階段速度穩定在60～80 mm/min。

6 盾構機調頭及始發作業要點

1）拆除設備橋與主機的連接管線，解除兩者的連接關系；將設備橋臨時支架配套到位，焊接主機與接收臺；準備頂升油缸支座，焊接至盾殼處；拆除固定支撐；頂升主機，安裝滾珠，適度降低接收臺的高度；安裝手拉葫蘆拉點，主機做多次平移和旋轉操作，順利進入右線，在此前提下適當向前移動主機，準確到位。

2）站臺內鋪軌，設備橋接收、進站；做旋轉和平移操作后，使設備進入右線，經精細化調整后精準對接主機；液壓延長管線連接；將皮帶、黏結皮帶安裝到位，完成設備橋配套裝置的安裝作業；連接電氣延長管線。

3）調試盾構機，檢驗其運行穩定性、精度等，全面評估盾構機的運行狀態；將反力架、鋼負環安裝到位；左線端頭井接軌，確認無誤后進入始發掘進環節，此階段的裝置分布關系為“主機在右線、后配套在左線”，并配套適量的延長管線，起到連接兩者的作用。

4）隨著盾構機掘進進程的持續推進，待其始發掘進達到53環后，需要安排延長管線、端頭軌線、反力架、始發臺幾處的拆除作業；再將后配套接收架安裝到位，解列后配套拖車；調整各拖車的工作姿態，其中1號拖車做平移轉向操作，剩余的幾臺拖車有序調頭就位。經前述操作后，依次連接拖車、后配套與設備橋、電氣及液壓管線、黏結皮帶，各部分均連接完成并且皮帶固化后，試運行盾構機，檢驗其運行狀態，若無異常則進入正式掘進環節。

7 結語

綜上所述，盾構法因具有安全可靠、效率高等特點而在地鐵隧道工程中取得廣泛的應用，經過本文有關工程實例的分析，闡述了地鐵隧道盾構施工技術應用要點，同時充分關注盾構始發與到達掘進控制兩大環節，考慮到其特殊性，提出相應的掘進控制措施。在盾構施工技術的妥善應用下，各項工作能夠有效開展，取得突出的應用效果，由此說明該工程采用的盾構施工技術具有可行性，可供類似工程參考。