地铁盾构施工技术

2016-08-09谭伏龙

大科技 2016年4期

关键词：洞门管片盾构

谭伏龙

（中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙 410000）

地铁盾构施工技术

谭伏龙

（中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙 410000）

盾构施工技术的主要优点在于其施工速度较快、施工安全性高、成型质量好，因而在城市的地铁隧道工程建设中被广泛应用。本文首先分析了地铁隧道盾构施工基本原理及特点，其后结合实例对地铁隧道的盾构施工技术进行了探讨，以供参考。

地铁；盾构；施工技术

1 引言

在地下工程施工中，盾构法属于暗挖施工工艺，具有较好的隐蔽性，对环境影响较小，而且在地下施工过程中不会受到覆土深浅的影响，不会对周围环境带来影响，且施工速度较快，在隧道掘进及城市地下隧道工程中应用较为广泛。

2 盾构法概述

2.1 盾构施工技术原理

盾构施工技术的施工原理，是在有效支撑地面土层压力的同时，采用钢筒结构在地层中的快速推进进行施工，其安全系数较高，能够保持快、稳定的施工进度，尤其适用于一些流砂、断裂、坚硬岩石及软弱土质地质条件。实际运用过程中需将盾构机安装在竖井中，在地层中运行时，盾构机每前进一环，要在盾尾部支护下，安装一环管片，同时在一环衬砌处围空隙处压注水泥砂浆。一环衬砌承担了盾构机在推进过程中所承受的土压力，最后再通过竖井将施工中挖出的土方运出。

2.2 地铁工程盾构施工特点

（1）盾构施工大部分过程位于地下，对周边环境影响小。在采用盾构机进行地铁隧道施工时，施工过程中产生的噪音非常微弱，对周围土层的振动也小，不必像其它工程施工那样需要线路沿线施工现场进行特殊的布置安排，对地面活动，特别是交通运输和周边环境影响微弱。

（2）施工精度要求高。地铁工程对于施工质量和工程安全可靠性有着很高的要求，使用盾构机进行施工时，由于盾构机管片制作精度很高，保障了施工误差。此外，盾构机设备参数与施工条件之间存在严格的针对性，会随着施工隧道断面的改变而改变。

3 地铁工程盾构施工中的技术控制要点

3.1 盾构机进出洞控制

在使用盾构机进行挖掘作业时，进洞和出洞作业是盾构机工作的基础操作和主要组成，出洞达到施工流程如图1所示。盾构进洞前，首先要正确选择隧道施工路线，防止轴线发生过大偏差。同时，要做好施工路线周围地质环境勘察，提前制定科学可靠的事故防范措施。在盾构出洞前，也要做好相关准备工作，严格审查各项出洞条件。

图1 盾构机到达施工流程图

3.2 盾构机挖掘前进施工控制

在进行盾构掘进作业时，最主要的是要尽量减少盾构施工对周围土层的影响，防止土层扰动，确保盾构开挖面的稳定性。盾构机掘进施工的盾构姿态控制是要点，需通过对注浆量、注浆方式、盾构坡度等十项参数的控制来控制。施工人员通过一系列规范化的科学测量，结合盾构掘进过程中地面沉降情况，优化掘进参数，从而保证盾构开挖面的稳定。

3.3 盾构穿越粉砂层施工控制

隧道线路周围地质条件对于盾构施工具有很大影响。盾构施工的理想施工环境是淤泥质粘土或淤泥质粉质粘土等软土地层，如果施工线路途经粉砂层，那么必须运用一些特殊的方法，例如通过提升正面土体的流动性与止水性，或采取适当提高土舱压力和向土舱内加泥的方法予以处理。

4 地铁工程盾构施工技术实例分析

4.1 工程概况

某地铁线路盾构施工，采用的是土压平衡盾构机，该段隧道地层为密实卵石层，土体自稳性较好，但接收位置隧道底一层粉细砂层；设计线路纵坡为2‰，平面处于直线段。其中某站的结构设计为盾构过站设计，盾构在到达车站的前端右线里程YDK19＋894.638～YDK19＋888.634及左线 ZDK19＋891.490～ZDK19＋885.486范围内，下穿 DN2.2m 污水管，污水管成南北走向，与盾构隧道相交。

4.2 施工方案

施工方案应当综合考虑该盾构工程到达接收端范围内，污水管段区间的隧道埋深、地质情况以及与管线的空间关系，以“安全、连续、快速均衡通过管线”为施工指导思想，确立“建合理土压、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当”的施工原则。

4.3 施工前准备过程

4.3.1 地层预注浆加固

污水管的顶管施工非常容易对原地层产生扰动，由于接收端头的隧道底部，存在中密粉细砂层，导致盾构容易出现磕头问题，所以对管道两边、接收端头以及盾构隧道影响范围内，都应当采取地面预注浆加固和跟踪注浆加固措施。提前15d采用单液水泥浆，准50mm袖阀管注浆加固，注浆完毕后清洗部分袖阀管预留做二次跟踪注浆用。

4.3.2 污水管托梁保护

污水管两侧需要使用钢筋混凝土进行纵梁包裹，包裹范围为管线中心线下45°以上。污水管管节采用钢丝绳准28mm按2m/道围箍，外包纵梁采用截面尺寸为6.6m×4.4m×2.5m（长×宽×高）的钢筋混凝土梁，且纵梁需伸入检查井内，形成从管道到检查井的一个整体，纵梁通过横梁支撑在直径1.2m的支撑桩上。将污水管范围的土体挖除，然后施做污水管托梁。

4.3.3 洞门加固

右线污水管的中心，距离洞门的长度是10m，为了确保盾构在下穿污水管时，能够尽可能减少对管道的扰动，接收端头施作21根管棚，加固范围为洞门上方120°，管棚为准127×6×20000mm的无缝钢管，外插角为2°，中心间距为35cm；管内注入水泥单液浆，注浆压力控制在0.2～0.4MPa，以达到较理想的扩散半径，确保掌子面以上形成完整的加固保护。

4.3.4 盾构掘进参数控制

在极软土质条件下，盾构到达掘进的主要参数控制：

（1）穿越止水帷幕时盾构机掘进参数：推进速度10～15mm/min，推力1300t以内，扭矩2.0MN·m以内，适当注入泡沫，严格控制出土量，根据实际情况动态调整土仓压力。

（2）进三轴搅拌加固区时盾构机参数：推进速度15～20mm/min，推力1300t以内，扭矩2.0MN·m以内，滚动角≤3mm/m。

（3）过加固区时盾构机参数：推进速度15～20mm/min，推力800t～1000t，扭矩严格控制在2.0MN·m以内，适当注入泡沫，逐渐减小土仓压力。

（4）第三道环箍及破洞门掘进参数：推进速度5～10mm/min，推力800t以内，扭矩严格控制在1.5MN·m以内，上部土压逐渐减小到零，敞开式推进，刀盘破出洞门前100mm注入第三道聚氨酯。

（5）刀盘破出洞门，停止注入泡沫，未被帘布包裹盾体前停止同步注浆，待帘布包裹盾体再次开启同步注浆，并视情况进行补浆。盾体爬上托架后尽快焊接防侧滚牛腿，管片拼装前盾体前方使用液压泵站施加反力，以保证管片拼装质量。

（6）在盾构机进站时，避免由于刀盘旋转损坏橡胶帘布，或使扇形压板位移。所以应特别注意对橡胶帘布的保护，并及时调整洞门扇形压板。

4.4 盾构施工

地铁盾构施工如图2所示。

4.4.1 盾构拼装

通常建议采用分体运输，将盾头拆分为切削刀盘、上、下盾壳、主机四个部分，分别运送到施工现场，然后在始发竖井内组装。实际安装前，需要预先准备始发井下的盾构安装基座，并测定盾构的推进轴线、盾构始发导入口，然后固定好始发井内的盾壳，将盾构主机吊装就位，吊装刀盘固定于主机上，安装上、下盾壳，安装完毕后将上、下盾壳焊牢。

4.4.2 端头降水

为了保证盾构机能够保持无水或少水的状态，安全抵达施工洞，需利用端头的原三口降水井，在盾构接收前将水位降至底板水位线以下0.5m，以防止接收时发生涌水、涌砂等情况。

4.4.3 盾构的掘进

图2 地铁盾构法施工示意图

等到盾构设备完全进入隧道后，盾构按预先设定的方向掘进。当盾构设备出现左右或上下偏差时，由计算机系统对推进油缸进行控制，确保条件方向按预定设置方向前进。同时，在保证开挖面土压平衡的基础上，调节刀盘转速与推进速度及螺旋输送机速度的比率，使开挖与排土保持恒定。

4.4.4 姿态控制

在盾构抵达前，需要首先开展地面的控制网复测、联系测量、地下控制网复测、管片姿态测量、吊篮复测、盾构机姿态复测、接收洞门及底板复测。调整盾构机姿态，确保正常出洞，盾构机在距贯通前30m内，应再次进行姿态复测，确保盾构以设计姿态下穿污水管；在过程中，注意维持匀速。严格控制好推进里程，将施工测量结果及时与计算的三维坐标相校核，及时调整，每环纠偏量不超过5mm，以减少对地层的扰动。

4.4.5 衬砌

当盾构设备开展掘进施工完成一个节距时，可进入管片的衬砌工序，由管片运输车将管片运送到安装台位，再由管片衬砌台车将管片送至安装位置安装就位。管片安装完毕后，进行下一个循环的掘进，直至整个隧道工程的完成。

4.4.6 洞内注浆

对于盾构下穿污水管段的掘进施工，需要通过同步注浆，合理增加速凝剂以减少凝结的时间，将初凝时间控制在4h左右。过污水管段注浆量应适当增大，采用注浆压力和注浆量双控，每环注浆量可调至8m3左右。二次注浆通过吊装孔进行，选用水泥—水玻璃双液浆，配合比为1∶1，在管片脱出盾尾2～4环后进行，注浆压力为0.2～0.4MPa。通过污水管段二次注浆采用全环封闭注浆，全环封闭的范围为630～652环，共22环。

4.4.7 洞门封堵

将洞门的混凝土凿除之后，应当推进拼装管片与盾构，从而缩短盾构的实际接收时间，并及时清渣封闭洞门。