浅论隧道盾构施工技术措施

钟晓敏

摘 要：隧道盾构施工技术是一种适用于现代城市向地下发展的重要施工方法。随着我国经济技术的不断发展，盾构法隧道施工技术在我国隧道施工中被广泛应用。该文结合工程实例，简单介绍了隧道盾构施工技术的基本原理的特点和盾构施工技术措施等。

关键词：隧道 盾构施工技术 措施

中图分类号：TU77 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0047-02

1 工程概况

本标段区间电缆隧道线路南起东圃变电站，穿越中山大道，沿大观南路中地下向北，到达广深铁路南面的盾构吊出井。线路总长度为1173.465 m，左转弯半径一个右转弯半径两个，曲线转弯半径为240 m，左转弯长度29 m，右转弯弧长分别为240 m和32.67 m。最大纵向坡度为3.2‰，隧道埋深约为6～8 m。

4.1 m盾构隧道、始发井2、盾构过井3。沿线地质情况均为软弱地层，其中砂层和粉质粘土层占绝大多数。工程在东圃闹市区，沿线公路管线丰富。因本标段为4.1 m单线隧道，采用1台的盾构机完成本标段盾构隧道。隧道相邻两段转弯间隔短，为保证急转弯段顺利掘进，从盾构设备、施工措施、管片设计和拼装等方面提出了必要措施。盾构机将会完全适用本工程小转弯半径的隧道掘进。盾构机将配备中折装置，铰接行程为150 mm，中折角度可达1.5 °，同时推进系统中油缸分为四组，只要正确选用推进千斤顶，掘进转弯半径为240 m的隧道完全没问题。关键在于保证中折密封的耐久性。

2 盾构施工准备

2.1 盾构始发混凝土托架

在盾构机下井前，根据洞门实际中心线，定出盾构始发姿态的空间位置，然后反推出素混凝土托架的空间位置，按照盾构隧道的坡度，将混凝土托架按照盾构机机身的弧度外加5 cm的砂层间隔做好，在始发井的底板上先预埋好钢板，将其正中对准隧道的中轴线。

2.2 反力墙施工

盾构机始发采用反力墙取代反力架的施工，反力架在施工底板以后开始进行，反力墙的设计按照盾构始发的推力确定，保证其安全富余系数，反力墙的的轴心与盾构机始发轴心相同，反力墙端面应与发射台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行，反力墙始发洞门净空采用3640 mm其中16 mm为安装的环向钢板的尺寸，每侧再富余4 mm的间隙，钢板的安装保证在盾构始发后期反力墙与管片之间的连接时能够有效的防止漏水涌砂的现象。反力墙应具有足够的刚度和强度，盾构初始掘进推进千斤顶的力通过0环管片由反力墙传递到车站结构（主要是底板和中板）。

2.3 焊接槽的施工

盾构机吊装下井后A环、B环、C环之间要预留焊接槽，焊接槽按照盾构机放好位置后设置，槽宽600 mm，深800 mm，底板局部下沉。满足底板的设计要求。

2.4 玻璃纤维筋的采用

为了规避在软弱含水层中盾构始发与到达破除洞门时产生的涌水涌砂地面沉降导致的影响，先后在西江引水工程中成功运用玻璃纤维筋的形式进行风险的化解措施。玻璃纤维筋因其脆性，其强度与钢筋相同的特性，刀盘易于切削。在洞门范围四周各外放50 cm范围内采用玻璃纤维筋。玻璃纤维筋与钢筋搭接采用U型扣件形式。中间骨架采用钢筋桁架筋固定，待下笼时再切除。

3 盾构施工设备组装与调试

3.1 盾构机的组装

盾构机为新建造的泥水平衡盾构机，盾构机分为刀盘、前体、中体、盾尾组成，盾构机单体重量最大达到57 t，拟采用吊装设备为1台200T履带吊机、80T汽车吊、2台50T液压千斤顶以及相应的吊具。盾构机的吊装下井必须有汽车吊辅助翻转。下井顺序先后配套，后主机，设备组装完毕后，接通液压管路、动力电缆、控制电缆，最后将水管、风管、气管连接好，一切准备就绪后，开机现场调试设备设计要求的各部件性能参数。

3.2 泥浆处理设备及注浆设备的组装

泥水盾构机掘进时，主要采用直径为8寸的送浆管和直径为6寸的排浆管及泥水输送泵把切削下来的土通过泥水循环输送到地面的泥水处理设备。因此，在掘进前必须组装好泥水处理设备，安装好泥水输送泵，再根据场地情况布置泥浆管的走向，在盾构始发井的竖管上安装流量、密度计，并加固稳定。本工程采用单液注浆的方式，在掘进前必须根据场地情况安装好水泥浆罐、粉煤灰罐、水泥浆输送泵，以及布置好水泥浆管和环流管沟的走向。

3.3 盾构机下井

（1）将盾构机分解后运至始发井口的组装场地，用吊车将分解后的盾构部件吊入始发井，进行组装及调试。为此拟计划租用200 t吊车，80 t吊车各一台。其中，80 t吊车将配合200 t吊车完成盾构机的中盾、前盾、刀盘的空中转体，然后由200 t吊车单独将前盾、中盾、刀盘放入井中，完成组装任务。盾构机的其它部分以及后配套设备将由80 t吊车独立吊入井中，完成吊装任务。

（2）盾构机整体重量和体积均较大，为满足吊装和运输要求，需将盾构机分解。盾构机分解为刀盘系统、前盾系统、中盾系统、盾尾系统、管片拼装机系统、泥浆循环输送系统及车架系统等部件。将盾构各部件用平板车、货运车运至吊装现场。用汽车吊将部件吊放井下。

（3）盾构机下井拟采用的索具是6根直径是56 mm，长度8.5 m，抗拉强度是1670 MPa，其最小破断拉力是1540 kN（钢丝绳型号6×37 fc）；4根直径是32 mm， 长度17.5 m（对折使用），抗拉强度是1670 MPa，其最小破断拉力是504 KN（钢丝绳型号6×37 fc）；卸扣全部采用6件50 t美制弓形卸甲。

3.4 盾构机、设备组装的技术措施

盾构机的组装可分为盾构机盾体的组装，后配套车架的连接，盾构机盾体与后配套车架的连接；接着进行盾构机的液压管线连接，盾构机的电气线路连接，盾构机的其它管线连接；最后完成盾构机的全部组装连接。endprint

设备组装前必须制定详细的组装方案与计划，由厂家派遣技术人员现场指导。盾构机组装前应对始发基座进行精确定位。履带吊机工作区应铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。盾构机大件设备吊装时应对始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。吊装时必须有80T吊车辅助翻转。

3.5 盾构机的调试

（1）空载调试：盾构机拼装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否正常运转。主要调试内容为：液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、变速系统、管片拼装机、整圆器以及各种仪表的校正。

（2）负载调试：空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载设计。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封件的负载能力。对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。

3.6 泥浆处理设备及注浆设备的调试

在盾构机掘进前，必须对泥浆处理设备进行调试，根据始发端头的地质情况来对泥浆的比重和缓冲气压室内的气体压力进行调整。泥浆处理设备的调试主要是检验环流输送系统的泵及管路是否有漏浆现象，泥水流量、密度计的校正。泥浆处理设备的出土及泥浆回收是否顺畅。筛板是否能适合始发地层的土质。注浆设备的调试主要是检查注浆系统各部件的阀组及管路是否有堵塞现象，注浆头的千斤顶伸缩是否正常，注浆压力及流量计的校正。

4 盾构分体平衡始发

4.1 盾构平衡分体始发

盾构始发井狭小，始发井内侧为38.4 m×10 m，而吊装井可摆放盾构机后配套台车的面积为25.7 m×10 m。因此，实际可吊装摆放盾构机后配套台车的面积为25.7 m×10 m，而直径4350盾构机的台车长度为73450 mm，若加上盾构机牵引杆的长度9970 mm，盾构机除机头的长度外，后配套的总长度为83420 mm。即为83.42 m。与始发井的25.7 m长度相差非常大，不可能按原有传统的方法进行盾构始发，必须对盾构机进行分体，让盾构机台车分段进入始发井内掘进轨道。

4.2 盾构始发技术要点

（1）在进行始发台和首环管片的定位时，要严格控制始发导台、预埋钢环和第一环环管片的安装精度，确保盾构机穿越洞门的中心，即掘进轴线与洞门的中心重合。

（2）第一环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。钢管片轴线应与线路的切线重合。确保第一环及预埋钢环端面与1000 mm厚隔墙立面平行，还应确保其密封防水效果。

（3）始发前导台定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高。向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发导台向前推进。

（4）因洞门范围内钢筋用玻璃纤维钢筋代替，故盾构机顶上洞门后应控制好推力、扭矩等参数。

（5）初始掘进时，盾构机处在导台上，因此需考虑如何盾构机掘进时由于摩阻力不够导致的盾构机发生扭转。

（6）盾构机下井后并做好反力墙与第一环负环管片的止水措施后用砂和粘土回填盾构工作井范围，进行正常始发掘进。严格控制回填施工的质量，保证回填的密实度。在始发阶段，由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效作用。掘进总推力应控制在反力墙承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩在防扭转支座承受范围内。

4.3 盾构初始掘进（80 m）

盾构机初始掘进的距离主要取决于平衡盾构机推力的管片外表面与土体之间摩擦力和盾构机后配套设备的长度，现拟定为80 m（67环）提供足够的推进反力，估算如下：

F=S×f=3.14×4.1×80×2.0=2059.8t>掘进时的推进力约500～1919 t

其中：S为80 m长的管片外表面面积；f为管片与衬背压浆形成的水泥土间的综合摩擦系数，取2.0 t/m2。

5 盾构常规掘进

为确保盾构的使用效率，人工补充测量工序穿插施工，确保关键工序的不停顿，配合工序的时间需要控制在关键工序之内。机车来回一趟单个循环（最不利情况）所需要的时间为87.7 min（且已经包括材料的装卸、运输等），而单个循环关键工序所需的时间为122.5 min，因此，1辆电瓶车备用即可。

5.1 掘进方向的控制

SLS-T系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等到，能够全天候在盾构主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整盾构机掘进方向，使其保持在允许的偏差范围内。随着盾构推进，导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。同时还校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构机掘进方向的正确。

根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统工程反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过操作盾构机分区推进千斤顶控制掘进方向。

5.2 盾构姿态的调整与纠偏

在掘进施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值。在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或曲线段掘进，有可能产生一定的偏差。因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

5.3 方向控制与姿态调整注意事项

（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。

（2）根据工作面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该调整程序。

（3）蛇行纠偏时应缓慢进行，若纠偏过急蛇行反而更明显。直线推进时应取盾构当前位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后以这条线为新基准进行线形管理。曲线推进时应使盾构当前位置点与远方点的连线同设计曲线相切。

（4）推进千斤顶油压调整不宜过快、过大，否则会造成管片局部破损甚至开裂。正确的管片选型，确保拼装质量与精度，使端面尽可能与计划掘进方向垂直。

（5）盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作

6 结语

该文结合实际工程中盾构技术的应用说明盾构施工的优越性，隧道衬砌技术也朝着自动高速化和经济化发展。通过分析地质特征、调研掘进参数、优化施工方案，成功地采用盾构法施工，保证了盾构机安全、连续、快速的推进，顺利通过了各个风险点，解决了工程项目中的难题，提高了工程质量，有效的降低了工程造价。endprint