浅谈盾构出洞施工技术

2010-03-21陈永钟

河南建材 2010年5期

陈永钟

腾达建设集团股份有限公司（200122）

杭州地铁1号线下沙西站至下沙中心站工程位于杭州市下沙经济开发区，由两个盾构区间组成:下沙西站至下沙中心站盾构区间和下沙中心站至下沙东站盾构区间。本工程隧道从下沙西站开始，沿拟建的九沙大道抵达下沙中心站，该区间总长约1072.30m；里程范围K31+791.16（起始里程）～K32+863.46（终点里程），洞径6.20m。区间隧道纵坡为“V”型坡，最大坡度为 25‰，隧道顶部埋深为 8.10～15.00 m，最小平面曲线半径为700m。

1 盾构出洞准备工作

1.1 出洞口旋喷桩土体地基加固

为了确保盾构始发时施工安全，确保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况,本工程采用深层水泥搅拌桩加高压旋喷桩结合的加固方法,与地下连续墙相连的土体采用2排旋喷桩，其余部位采用搅拌桩加固。

1.2 深井降水

本工程降水采用真空管井降水，结合真空泵及潜水泵，降水运行在盾构出洞前15天进行，以保证地下水水位能及时降低到基坑底板以下1m。

1.3 盾构始发基座就位

盾构基座为钢结构预制成品,盾构基座位置按设计轴线准确放样，安装时按照测量放样的基线,吊入井下就位焊接。两根轨道中心线与基座上的盾构必须对准洞门中心且与隧道设计轴线反向延长线基本一致。

1.4 后座、反力架及支撑系统

1）后座安装。本工程后座采用钢筋混凝土管片拼成开口环。后座必须满足:①足够的强度、刚度和井壁之间的紧密度，保证传力的可靠性；②留有足够的空间，使垂直运输和水平运输大型物件方便通过，并留有人行的安全通道空间；③盾构推进轴线和后座壁要保持垂直,使盾构推进方向能得到保证；④后座基面应有足够的平整度，保证管片能获得良好拼装质量。

2）反力架、始发台的定位与安装。在盾构主机与后配套车架连接之前,开始进行反力架的安装。反力架端面应与始发台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实,保证反力架脚板安全稳定。

由于反力架和始发台为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发台时，反力架左右偏差控制在±10mm、高程偏差控制在±5mm、上下偏差控制在±10mm。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角在±2‰以内,盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰（且盾尾只能向上偏），水平趋势偏差在±2‰以内。

1.5 导向轨制作

洞圈内盾构支座制作需满足支撑盾构机出洞时的本体重量，并起到一个导向作用。支座材料采用43kg/m重型轨道，共布置2根，准确位置为盾构基座上2根43kg/m重型轨道在洞圈上的延伸段。

1.6 洞门的密封装置安装

为了防止盾构始发掘进时土体或水从洞门间隙处流失，盾尾通过后立即进行背衬注浆填充。车站施工时在洞门圈预埋环状钢圈,盾构始发前在洞门圈借助预埋的钢圈安装由帘布橡胶板、翻板(防止帘布橡胶板翻转)等组成的密封设备，以起到施工阶段临时的防水、防漏浆作用。洞口密封采用折叶式密封压板，该施工分两步进行，第一步在始发端墙施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起。第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土,完成洞口密封压板及橡胶帘布板的安装。洞门密封示意图见图1。

图1 洞门密封示意图

1.7 盾尾油脂

为确保盾尾的密封防水效果，在盾构调试结束后，向盾尾钢刷之间涂抹盾尾油脂，油脂涂抹要均匀、密实。

2 盾构出洞施工

2.1 混凝土洞门凿除

对加固土体进行验收后即可进行洞门凿除,洞圈范围内合理位置开设一定数量样孔以检验盾构出洞正前方土体加固情况,在样洞验收良好的情况下开始凿除洞门。洞门凿除时则要连续施工，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的流失量。

2.2 盾构出洞施工

盾构推进前，为避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。盾尾钢刷中必需充满盾尾油脂。对盾构设备再进行一次检测，确保盾构的各项性能正常。在盾构外壳上预先做好标尺，便于在出洞过程中随时了解盾构位置。

在此区域施工时，平衡压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快，盾构机在加固区推进时，为改善刀盘受力情况，需要通过设置在刀盘上的加泥孔，向前方土体加膨润土或者水进行土体改良。待盾构出加固区时，为防止由于正面土质变化而造成盾构姿态突变,必需按工况条件及时调整平衡压力的值。施工过程中根据地层变形量等信息反馈对平衡压力设定值、推进速度、出土量等施工参数作及时调整。

2.2.1 负环管片安装

1）负环管片安装准备:第一负环、第二负环每块管片外弧面纵缝接头的两端在管片预制时要预埋钢板，便于管片之间焊接牢固。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾尾刷，负环管片在拼装好以后能顺利向后推进,在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。

2）负环管片后移:第一环负环管片拼装成圆后,用4～5组千斤顶完成管片的后移。管片在后移过程中，要保证每组千斤顶同步推进，其行程差小于10mm。在管片的后移过程中，要注意不使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。第一环负环管片定位时，应先保证管片横断面与路线中线垂直，待管片完成定位后，将管片与反力架之间的空隙填充密实。

3）负环管片的拼装:负环管片采取错缝拼装。负环管片在拖出的过程中要及时将负环管片支撑,避免负环管片失圆过大引起以后管片拼装困难。

2.2.2 盾构始发推进

1）空载推进:盾构在空载向前推进时,主要控制盾构的推进千斤顶行程和限制盾构每一环的推进量。在盾构向前推进的同时，须检查盾构是否与始发台、始发井出现干扰或有其他异常事件的发生，确保盾构安全推进。

2）始发时盾构姿态的控制:主要通过盾构机的推进千斤顶的行程来控制姿态。可在盾壳上焊接防扭装置，防止盾构机旋转，并在进入洞门密封前将其割掉。同时应加强盾构机姿态的测量，如盾构机有较大转角，可以采用大刀盘正反转的措施进行调整，同时推进速度要放慢。严格控制盾构机操作，调节好盾构推进千斤顶的压力差,防止盾构机发生旋转、上漂或叩头。

3）始发时盾构推进参数的控制:在保证盾构正常推进的情况下,应稍微降低总推力和刀盘的扭矩。

2.2.3 洞门同步注浆

在盾尾完全进入洞体后,调整洞门密封，进行同步注浆。同步注浆在盾尾通过两道密封后实施,避免同步注浆污染破坏两道密封间的油脂，从而降低洞门密封的效果。始发阶段由于盾构掘进速度相对较慢，浆液凝结时间相对较快，间隔一定时间要对注浆管路进行清洗疏通,避免浆液堵塞注浆孔。