地鐵隧道盾構掘進施工技術要點分析

劉曉靜

中鐵十六局地鐵工程有限公司 北京 100000

1 工程概況

某地鐵隧道工程中甘露園站～定福莊站標段采用盾構法進行施工，該標段沿線總長度設計為3364.551m，該標段內含有一座風井、廢水泵房、5 座聯絡通道。

2 施工準備

（1）正式施工之前，應該先對施工現場的地下管線分布情況進行勘測，清晰掌握管線的具體部位、走向、材質以及埋設深度等相關情況。穿線之前，應該對管線下側的空洞以及水囊進行探測。對雨水管可以采取內襯處理。

（2）向空洞內注漿加固四周土體的穩定性與牢固性，加固的范圍應該控制在施工現場附近建筑物以外2m，具體的加固范圍應該結合設計圖紙進行確定。

（3）下穿段以及側穿段應該提升超前注漿量，保證注漿量的合理性，同時還應該保證注漿作業的質量。

3 盾構掘進施工技術

3.1 盾構區間施工準備

（1）盾構始發井。結合該項目的施工特點以及工期要求，第一臺盾構設備應該在開始盾構開挖之前完成各個盾構節點的龍門吊軌道量施工，龍門吊拼裝以及臨時場地的設置，此外還應該完成洞門下的鋼環安裝，檢測盾構始發端的強度。

（2）盾構接收井。接收井的施工內容主要是涉及洞門位置的復核、地層加固、洞門加固、接收基座安裝、安裝密封圈等。

（3）接收基座的安裝。結合施工規范要求來看，隧道的軸線與接收基座的中心軸線應該保持一致，且還應該保證盾構設備的出洞形態。接收基座的底座標高應該與線路保持協調，此外還應該結合實際情況適當的降低20mm，以保證盾構設備便捷的移動至托架。為了確保盾構設備的刀盤具備足夠大的反作用力，應該對接收基座進行加固，確保盾構設備順利移動至接收基座上方。

3.2 盾構始發

3.2.1 始發的形式

（1）確保開挖斷面自身的穩定性，然后將盾構機推送至穩定的開挖面中。其是利用多種不同的注漿方法來提高開挖斷面的穩定性，或利用穩定地下水壓的方式保證地層的穩定性。

（2）借助擋土墻來承受開挖面的側向土壓力，保證盾構機持續性掘進。這種狀況有兩種方法可選：一是將始發豎井的擋土墻設置為雙層，內層擋土墻保證開挖斷面不發生塌方現象，盾構機持續掘進，當開挖至指定部位以后，拆除外層擋土墻；二是在始發豎井旁邊開挖一個豎井，在回填完成以后繼續進行開挖。

（3）使用水泥加固擋土墻，當構筑物施工完成以后，將工字鋼取出，并挖除擋土墻，促使盾構機順利掘進。

（4）不需要拆除臨時性的擋土墻，直接破除始發豎井部位的擋土墻，將盾構機推送至作業面以后開始掘進作業，這種施工方法是現階段使用較為頻繁的一種方法。進一步而言，在實際施工過程中，需要兼顧施工環境、安全性、經濟性、可行性等多方面因素帶來的影響，以保證盾構機施工順利完成施工任務。

3.2.2 始發端頭加固

盾構設備在進洞、出洞時，必須要保證工作面始終保持開放狀態，假若為嚴格按照規范要求進行處理，導致流沙、涌水現象出現，假若情節比較嚴重則會導致洞門坍塌。為了保證施工過程中的安全性，應該對盾構的端頭附近的土體進行加固處理，加固以后應該保證至少進行14d的養護。

（1）始發基座、拼裝管片。基座的位置應結合盾構機的高度、作業方向、盾構機的自重、組裝作業順序等因素確定，使用工字鋼、鋼軌等原材料組裝而成。反力架、拼裝管片則通過出渣空間的形狀確定，反力架的位置根據襯砌位置確定。通常情況下，使用工字鋼來安裝反力架，臨時拼裝管片使用便于拆卸的鑄鐵結構物。臨時性管片的安裝精準度會對正線管片的正圓度造成影響，施工過程中需要對此高度重視。局部區域盾構施工過程中，可以使用臨時負環管片安裝下半環，所以可以不設置反力架。

（2）洞口部位的密封裝置。其主要是對洞口部位的開挖路段與盾構機之間的縫隙進行封堵，并做防滲漏處理，確保施工過程中的可靠性與安全性，簡單而言，在盾構機運行不久以后，開始對開挖斷面作加壓處理，盾構機端部通過以后，立即開始灌漿作業，及時封堵和穩定洞口。為保證入口部位的上側不會損壞，應該合理把控進口部位的材質、粒徑以及形狀。

洞口密封裝置由防滲漏材料、壓板、鑄鐵構件共同構成，構筑物始發過程中，其直接被固定在混凝土中。在臨時設置始發過程中，利用澆筑洞口部位的混凝土實現加固目的。壓板一般使用滑動式，但是需要對盾構機的移動速度進行調整。現階段，使用較為頻繁的方式是擴大壓板的數量，降低壓板調整短時間，提高盾構機下狹窄環境下的作業效率及施工質量。

3.2.3 始發前準備

結合設計圖紙提供的設計軸線確定出盾構設備初始化姿態的具體空間，并計算出始發托架的具體部位。因始發托架的盾構設備始發時需要承受縱向及橫向的作用力，所以在盾構始發之前，應該對托架兩側采取加固措施。進一步來看，盾構設備在始發的過程中有很大的可能性會出現“栽頭”現象，所以在安裝托架的過程中，應該在設計坡比的基礎上稍微提升5%，避免出現“栽頭”現象。

以土壓平衡式的盾構機而言，應配備出渣裝置、灌漿裝置、組件運輸裝置，在準備以上內容的過程中，保證始發準備就緒。始發作業準備就緒的內容主要包括：準備基座設備、盾構機提前組裝、安裝洞口密封裝置、安裝反力架、安裝配備裝置、盾構機試運行等。在拆除臨時擋墻時，應基于開挖斷面處于穩定狀態下進行，擋墻拆除必須持續性施工，嚴禁中途間斷。所以，各項施工必須具備可靠性。盾構機深入地層以后應進行試運行。盾構機的始發是在端頭加固完成以后且達到設計強度的情況下進行作業。

3.2.4 拆除臨時墻

對洞口進行測量放線。開鑿作業之前，檢查端頭加固的質量，在檢查合格的情況下進行施工。在鑿除洞門時，對井字形拉槽進行分割處理，在盾構機調試完成以后，迅速拆除洞口部分的混凝土構件，以保證不會出現坍方、涌水事故。在對圍護結構進行施工過程中，可以使用玻璃纖維材料代替鋼筋，在盾構機進洞、出洞過程中不需要開鑿作業，盾構機直接破洞即可，這樣可以大幅度縮短始發時間。考慮到拆除作業過程中可能會出現地層坍塌、地下水涌入等安全事故，所以必須保證拆除作業的效率，避免長時間作業。

3.2.5 反力架安裝

當主機部分吊裝完成以后，則應該開始安裝反力架，因盾構設備始發時必須要穿過加固區，假若加固件的前度過大則會導致移動過程中出現反作用力，且反作用力會隨著加固件的強度增大而變大，所以反力系統應該使用混凝土管片受力方式將作用力傳遞至反力架中，然后由反力架再將作用力傳輸至主體結構中[1]。

盾構機始發之前，應在軌道上涂刷潤滑油，減少盾構機前進的阻力。同時，在刀頭及密封裝置表面涂刷環氧油脂，保證刀頭轉動過程中不會出現損壞現象。基座部位的導軌必須保證足夠順直，施工人員嚴格控制軌道的標高與中心軸線，將誤差控制在合理范圍以內。第一時間封堵洞圈，保證不會出現漏漿現象。保證盾構機運行過程中不會出現偏移現象，因盾構機與地層之間并不存在摩擦力，所以盾構機出現旋轉的可能性非常大，在這種情況下，應對刀盤轉動的方向作小幅度的調整。對盾構機的運行狀態進行調整，正常情況下，盾構機的中心線與隧道的中心線差距保持在20mm 上下，這樣可以避免盾構磕頭現象出現。此外，提高盾構機的運行狀態精準度。

3.3 盾構掘進

3.3.1 碴土改良

在使用盾構法進行施工的過程中，常常會面臨較為復雜的地層，為了確保開挖面的穩定性，應該結合施工現場圍巖的實際情況確定添加劑的用量，以保證土方的止水性能滿足實際施工的需要。

3.3.2 掘進過程中姿態控制與調整

因隧道曲線及坡度波動會對實際施工造成一定的影響，盾構過程中必然會產生一定的偏差。一旦這種偏差超出了標準范圍，那么則可能會導致盾尾部位的縫隙不斷變小，相應的管片受力也會不斷的惡化，進而措施 地表沉降量不斷的增大。

3.3.3 管片拼裝

利用運輸車將管片運輸至隧道內部以后，委派專人檢查管片的質量，檢查的內容包括管片的型號、外觀質量、止水條的黏結效果等，在所有檢查項目全部合格的情況下才可以允許原材料入場[2]。對于不合格的原材料應該進行清退處理。使用吊車將管片吊運至輸送機上，當開挖作業完成以后，再次使用輸送機將管片輸送至指定區域。

3.3.4 同步注漿和二次補壓漿

（1）同步注漿：利用盾尾的注漿管完成注漿作業。結合施工現場地質條件以及以往施工案例來看，盾構設備在類似工程項目中取得了理想化的施工成效，該項目內的同步注漿使用的漿液主要是水泥砂漿，特殊路段可以特殊對待，實際注漿過程中的注漿壓力應該控制在0.3～0.5MPa。在盾構作業時，施工單位應該委派專業負責工作面壓降作業的監管，嚴格管理壓降面作業的質量，并對施工過程進行詳細的記錄。

（2）二次注漿。二次注漿的目的主要是為了降低盾構作業完成以后土體的沉降量。二次注漿使用的漿液為水玻璃雙漿液，注漿壓力應該保持在0.2～0.4MPa。施工單位應該委派專業負責工作面壓降作業的監管，嚴格管理二次注漿作業的質量，并對施工過程進行詳細的記錄。結合實際過程中的情況，并不斷調整施工參數，以保證二次注漿的質量滿足規范要求。

3.4 盾構到達

3.4.1 盾構到達施工流程

盾構設備達到主要是指盾構設備移動至下一個施工節點前側30m 部位至貫通區間的施工過程。該部分的施工內容主要涉及盾構的定位、洞門位置復核、洞門處理、洞門密封施工等。

3.4.2 盾構到達施工

（1）結合盾構設備的姿態以及土方開挖過程中的偏差糾正方案進行施工，偏差糾正應該是逐步遞進，每一個節點的偏差量都應該予以管控。

（2）當盾構設備距離端頭墻體50m 時，則應該對施工技術參數進行調整，并降低土方開挖的速度，將盾構設備移動的速度降低至在20mm/ min 以下，以保證端墻的穩定性，同時避免土體坍塌現象出現。

（3）盾構深入達段以后，加大對地表的檢測頻率，并及時將檢測信息反饋給管理系統，以指導盾構設備作業。

（4）當管片深入至加固區域以后，漿液則應該換用快速硬化漿液。