地铁隧道盾构施工掘进技术要点解析

储志坚

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京市 101100）

1 概述

中新站—中中区间中间风井盾构区间位于广东省广州市增城区中新镇中部，该区间线路出中新站后，沿着广汕公路由西往东前行，掘进至中间风井（中新东站）后解体吊出。区间左线ZDK38+740.500～ZDK40+470.162，长 1 729.662 m（1 153环1.5 m管片）；区间右线YDK38+740.500～YDK40+463.830，长 1 723.33 m（1 149环 1.5 m 管片）。区间总长3 452.992 m；区间共设置两个联络通道。

2 隧道工程重难点分析

2.1 软土地层预防刀盘泥饼形成

区间线路主要穿越全风化花岗岩地层，局部为强风化花岗岩、砂质黏性土、粉质黏性土、粉质黏土及砂层，盾构掘进施工中，盾构机刀盘容易结泥饼堵塞刀盘开口，导致掘进缓慢，土仓压力不受控制，影响施工效率。区间联络通道矿山法施工时存在风险。

2.2 硬岩段地层

2.3 孤石地层对盾构施工的影响

孤石地层的特性对盾构施工产生了一定的影响，具体的影响有以下几点：

（1）使施工刀具的磨损变得更加严重，使刀座产生严重变形，增加刀具更换的难度。

（2）使刀盘的受损情况严重，甚至会发生刀盘变形的现象。

（3）在刀盘严重受损的情况下运行会对主轴承造成一定的破坏，使刀盘在运行的过程中增大盾构的负荷量。

（4）一些大的漂石会导致盾构偏离隧道的施工线路。

2.4 上软下硬地层

靠近中新站400 m范围内隧道拱顶位于中粗砂＜3-2＞层和卵石土＜4-3＞层。由于其饱水、稳定性差，无自稳能力，开挖时易坍塌、涌水、涌砂，地面沉降明显；且盾构机刀盘旋转切削时，会对地层周围的环境产生一定的影响，导致地层的结构不稳定，从而发生坍塌等安全事故。

2.5 盾构始发接收

区间端头地层较差，隧道拱顶和洞身局部存在砂层，端头的地层加固效果直接影响盾构是否能安全始发。

3.2.2水源水质和土壤要求场址的水源要充足、水质良好，不易受污染，取用方便。场址土壤以砂壤土类为宜。

2.6 侧穿建筑物

区间隧道影响范围内的房屋多为居民自建3～5层建筑物，盾构掘进施工过程中对土体的扰动及地层失水会导致房屋下沉或者开裂等，影响掘进施工。

3 工程重难点应对措施

3.1 软土地层预防刀盘泥饼形成及联络通道施工

由于软土地层的特殊性，所以在软土地层进行施工的过程中要采取一定的措施，防止出现安全责任事故。具体的预防措施有以下几点：

（1）在软土地层施工的过程中，施工人员要实时对盾构机构的参数进行监测，控制盾构挖掘的速度，确保施工安全[1]。

（2）挖掘设备在出土后要及时对设备的温度进行监测，如果温度过高，就要对设备进行检测，避免设备出现故障。同时还要对土仓隔板的温度定时进行监测，在第一时间发现施工异常情况。

（3）每隔一段时间就要利用高压水对刀盘和土仓进行冲洗，并且要在高压水中加入洗涤剂，降低刀盘泥饼形成的概率。

（4）要定期对施工设备进行维修和保养，避免设备在施工过程中出现故障，影响施工。

3.2 硬岩地层

该区间在ZDK40+356左7.99 m钻孔MUZ3-ZXZXD-72所揭露，埋深9.70 m，平均饱和抗压强度为128.9 MPa。左线盾构隧道穿越的硬岩地段岩质较硬，掘进难度较大，导致盾构机的施工效率低，延长施工工期。此外，在硬岩地段施工也会加大盾构机的损耗程度，增加施工成本。面对这一情况，在施工时要根据施工区域的不同，从而改变施工的参数和方法，在盾构机内安装报警设备，在刀盘和刀具损耗到一定程度时就会自动发出警报。具体调整方法如下：

（1）在不同的施工区域要适当调整施工参数。比如由软土层转换到硬岩段地层时，就要将盾构机的推进状态由土压平衡状态向半土压平衡状态进行转换，同时还要对施工的压力值、注浆数量、掘进速度、千斤顶的位置进行一定的调整。

（2）要在不同的施工区域选择合适的刀具配置。在一般的地层中施工时，要利用复合刀盘进行施工，在硬岩区域施工时，需更换刀具，确保盾构机在掘进时能够顺利进行。

（3）换刀时要注意周围环境，选取合适的区域进行换刀作业。盾构机在运行一定的时间后就要进行换刀作业，但是换刀作业的难度大、风险高，对工程的质量有着重要的影响，如果换刀的地点不符合要求，就会导致换刀作业失败。所以在换刀前要选取土体稳定的地层进行换刀作业，并要对该地层进行加固处理工作，确保换刀环境符合工程要求。

3.3 孤石发育地层

在盾构施工前，须对洞身范围内的孤石进行处理，孤石处理措施可以分为地面及洞内处理两种，前者如冲孔桩破碎、钻孔爆破、人工挖孔破除、静态爆破等。具体的施工方法如下所示：

（1）地面孤石处理。孤石埋深小于24m时采用挖孔桩及桩内爆破的方法进行清理，孤石埋深大于24 m时采用冲孔桩进行处理。

（2）洞内孤石处理。隧道内清除孤石的方法以快速钻孔埋药爆破破碎为主，掌子面地层稳定性较差时考虑注浆加固或带压作业。

3.4 上软下硬地层

由于上软下硬地层的地质结构复杂，地层的上部土体多为淤泥层或砂层，而下部的土体多为硬质岩层。这样的地层会增加施工难度，所以为了确保施工质量能够达到工程要求，必须要采取以下措施进行施工：

（1）在地层上部较软的区域施工时，要加强对切口水压的控制，确保水压保持在合理范围内，避免出现由于切口水压的不稳定而发生土层塌陷的现象；同时还要注意浆液的配比和注浆压力、流量的控制。

（2）盾构机在软土层向上软下硬地层过渡段施工时，应该降低掘进的速度，对盾构机的参数，以及施工的压力值、注浆数量、掘进速度、千斤顶的位置进行一定的调整，避免盾构机出现“抬头”现象；在盾构机进入到软土层时，也要对盾构机的参数，以及施工的压力值、注浆数量、掘进速度、千斤顶的位置进行一定的调整，避免盾构机发生“磕头”现象。

3.5 始发接收端地层加固

区间端头地层较差，隧道拱顶和洞身局部存在砂层。为确保盾构机顺利始发及安全到达，需要对始发接收端地层进行加固。在该工程中，新站东端头为盾构始发端，端头地层加固均采用600@450双管旋喷桩+800 mm素混凝土连续墙，混凝土强度等级为C20，旋喷桩穿过砂层后嵌入不透水层的深度应不小于1 m，且应满足嵌入管片底以下的深度不小于2 m，加固范围为10 m×24 m。旋喷桩与素混凝土墙搭接长度为150 mm。如图1所示，两端头加固区域双管旋喷桩根数均为978根[2]。始发端端头加固包含四口降水井，降水深度要确保水位降低至洞门中心线以下2 m位置。

中间风井接收端加固采用一道厚度为800 mm C20素混凝土连续墙+内部550@400搅拌桩进行加固，素混凝土墙进入隧道底板下2 m，加固范围为端头外10 m。加固深度为隧道拱顶以上3 m至隧道拱底以下3 m，宽度为隧道外径左侧3 m到隧道外径右侧3 m。搅拌桩共计1 266根，素混凝土连续墙于中间风井主体结构连续墙2个接头各用3根旋喷桩搭接，共计6根旋喷桩。接收端端头加固包含三口降水井，降水深度要确保水位降低至洞门中心线以下2m位置。

3.6 侧穿建筑物

该区间隧道施工时，针对重要建筑物和一般建筑物分别采取不同措施加以保护[3]。

对于隧道结构边线外扩10 m范围内三层以上的重要建筑物，盾构施工前预埋注浆管；盾构施工时，采取补偿注浆。盾构施工前，应做好房屋鉴定。盾构施工时，进行严密的施工监测，利用两排间距1.2 m的袖阀管跟踪注浆；靠近隧道排预注浆；同时严格控制盾构正面土压力、出土量及推进速度，保持开挖面的平衡和稳定；盾构推进中姿态变化不可过大、过频，以减少土层损失，降低盾构对周围土体的扰动，及时实施同步注浆和二次补充注浆；由于隧道埋深较浅，盾构通过时需在地面堆载增加覆土重量。线路中心线外扩20 m范围内三层以上和线路中心线外扩50 m范围内六层以上的一般建筑，盾构施工时，通过盾构掘进参数的调整和盾构姿态的控制，匀速快速通过，加强监测，并根据监测结果及时跟踪注浆，控制压力波动，及时实施同步注浆和二次补充注浆，进行信息化施工和管理，可将地面及建筑物沉降控制在变形限值内（变形限值为 -30～10 mm）[4-5]。

4 结语

综上所述，在城市地铁隧道工程施工过程中，盾构施工具有施工效率高、施工安全性高等优点，在城市地铁施工中得到了广泛的应用。本文以实际工程为例，对地铁隧道盾构施工难点进行了分析，然后针对存在的难点制定了施工措施，保证了盾构施工顺利开展，具有一定的借鉴参考价值。