盾构法隧道施工工艺及风险规避

刘刚

摘 要：伴随着我国经济的快速增长，国家增加了对于城市轨道交通、城市综合管廊等基础性建设工程的资金投入，希望能够缓解各大城市出现的交通堵塞等现象。本文依托深圳市城市轨道交通10号线孖岭站～冬瓜岭站区间盾构法隧道施工经验，介绍了盾构法隧道施工工艺，对施工过程中的风险进行一个简要的概述，并提出一些规避措施，旨在能够对盾构隧道施工提供一定的理论指导。

关键词：地铁;盾构法隧道;施工工艺;施工风险;风险规避

1 工程概况

深圳市城市轨道交通10号线冬瓜岭站至孖岭站区间沿彩田路南北敷设，侧穿北环彩田立交，下穿大断面雨水箱涵、北环电缆隧道、北环大道后到达孖岭站。左线全长383.842 m，右线全长395.282 m，埋深10.0 m～16.1 m。所处地层主要为全风化混合岩，局部位于砂质粘性土和强风化混合岩中。

2 盾构法隧道施工方法

2.1 施工流程

盾构始发前准备工作→盾构掘进施工→盾构到达施工。

2.2 盾构始发前准备工作

盾构始发前准备工作主要有：托架与反力架支撑系统设计及安装、端头加固、安装洞门密封卷帘、盾尾刷焊接与手涂密封油脂、洞门封闭、确定施工参数。

托架安装时为防止盾构机出现“栽头”现象，需抬高5 cm进行安装。反力架支撑系统主要由钢反力架、钢支撑与负环管片组成，为保证施工安全并为盾构机提供足够推力，支撑必须经过验算，合格后再进行施工。

端头加固为盾构始发准备工作的重要一项。只有在端头加固完成且达到设计强度时，方可进行盾构始发工作，一般情况下采用旋喷桩工艺作为端头加固施工工艺。

因刀盘直径一般大于成型隧道外径，为避免掘进时地下水及浆液顺着缝隙流出，在侧墙上安装环形橡胶板止水装置，即洞门密封卷帘。

盾尾刷及手涂油脂主要起密封作用，将地下水及浆液与隧道分隔开来。此工序极为重要，必须严格把控材料及质量。

洞门密封主要目的为减少隧道与刀盘间隙流出的地下水与浆液，避免造成地面沉降过大。当盾尾完全通过洞门后，对洞口位置进行补注浆。

盾构掘进参数主要有：推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩、土压力、碴土改良方式及注入量、同步注浆压力及注浆量等参数。掘进参数可根据地质条件与该地区既有施工经验进行确定。

2.3 盾构掘进施工

盾构掘进施工主要有：碴土改良、壁后注浆、管片拼装、盾构姿态控制和刀具检查与维保。

始发段掘进施工时根据各参数的使用效果及实际地质情况对参数进行调整，并加强监测，完善各项参数，减少地面沉降。

碴土改良是盾构施工工序中重要一项。其作用原理为让渣土和添加介质搅拌在一起，变成一种透水性差、塑流性好的碴土，形成稳定的开挖面。保证施工中有效控制地面沉降、保证进速度。常规的碴土改良方式是膨润土与泡沫相结合的方式[1]。

壁后注浆分为同步注浆与二次注浆，同步注浆在掘进时进行，二次注浆则盾尾通过管片后进行。同步注浆多采用水泥砂浆，二次注浆主要采用水泥浆或双液浆。根据经验同步注浆量一般為6 m3/环～7 m3/环。二次注浆根据地质及注浆记录情况，分析注浆效果、结合监测情况，根据注浆压力变化确定注浆量。

管片拼装的依据主要有：①盾构千斤顶与铰接千斤顶的行程差;②管片拼装前后管片外表面与盾壳内面的间隙。管片拼装采用先底部管片，再从下往上、左右交叉，最后楔形块的顺序进行[2]。

盾构姿态控制是盾构施工的核心。在实际施工中，因管片选型错误、盾构机操作失误、地层提供的滚动阻力小、线路变坡段或急弯段掘进难度大，可能会导致盾构掘进方向偏离设计图纸要求，并且超过规范允许值。施工时利用导向系统提供的盾构机实际位置，判断目前盾构机位置以及变化趋势，并根据数据调整盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内，调整原则为“勤纠偏、小纠偏”[3]。

由于冬孖区间线路较短且刀具均为新刀，因此本区间掘进过程中无换刀工序。但当区间范围内存在孤石、基岩等不良地质时，则根据掘进参数判断是否需要进行换刀。当扭矩超过5 500 kNm且持续增加、掘进时无进尺或速度小于5 mm/min，增加推力后上述现象仍然无明显改善。则可认为刀具已磨损，需进行开仓换刀作业。

2.4 盾构到达施工

盾构到达施工主要有：盾构机定位及接收洞门位置复核、端头加固、洞门破除、安装洞门圈密封圈、安装接收基座[4]。

因掘进与洞门施工均存在误差，为避免盾构机无法出洞，在推进至盾构到达范围时，必须对盾构机位置进行精确测量，同时对接收洞门位置进行复核。综合以上两点因素进行适当调整，确定盾构机贯通姿态并制定纠偏计划。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。

接收洞门与始发洞门的端头加固方法及意义相同，一般与始发端同时或稍后施工。

盾构机到达后，如不能独立完成破碎出洞工作，则需对洞门进行破除。一般为人工利用风炮进行施工，可破除一半或者全部破除。洞门密封装置需在洞门破除完成，渣土清理完成后再开始安装。

接收基座安装与始发托架安装基本相同，值得注意的是为便盾构机顺利上座，可降低5 cm安装。

盾构机到达接收段后，首先降低盾构机推力、盾构机掘进速度和刀盘转速，时刻监视出土量和土仓压力。出洞时，需派专人对车站进行观察，如土体震动较大，盾构机需进一步降低推力、速度及转速，避免坍塌[5]。

3 施工风险概述

由于盾构隧道掘进施工会对地层产生一定程度的干扰且存在超挖现象。如果施工存在重大失误，造成对周边地层扰动较大或超挖现象严重，则会导致地面坍塌、周边建构筑物开裂，掘进轴线偏离设计等施工风险。

4 风险规避对策

4.1 严格控制施工参数

第一，严格控制掘进速度，施工时掘进速度需保持高度稳定，不能掘进过快、过慢或者忽快忽慢。

第二，严格控制土压力，土压力分为：静止土压力、主动土压力和被动土压力。一般土压力应位于主动土压力与被动土压力之间。施工过程中，为保证掘进工作顺利完成，实际土压力可与静止土压力接近。但当下穿既有建构筑物时，需适当增加土压力，以控制地表沉降。但不能超过被动土压力，避免出现地面隆起。

第三，密切关注出土量，对土体开展实验分析，明确渣土分散系数，计算出每环理论出土量，与实际出土量进行对比，确保出土量在合理范围内。

第四，控制注浆压力及注浆量。一般同步注浆使用的是单液浆，始发前根据地质报告与施工经验计算理论注浆压力与注浆量，掘进过程中依据实际地质情况，制定更加合理的施工参数，确保注浆及时性及足量性。

第五，做好碴土改良工作，始发阶段对地质情况展开详细的实验分析，并根据实际掘进情况，确定各类型的添加剂使用数量，保证使用效果。

4.2 加强施工质量管控

施工时需加强施工质量管控，确保一切与质量有关的工作均处可控状态。施工前加强图纸学习及会审，制定合理的施工方案;严格执行技术交底制度;做好材料及构配件检验，保证原材料质量可靠;施工过程中加强质量检查，“人、机、料、法、环”等各项均满足质量要求;加强成品保护工作，对已完工程制定防护措施，防止前道工序损坏或污染后道工序。

4.3 做好设备维保工作

盾构机穿越建构筑物前，需對设备开展维保工作，确保盾构机及其后配套处于最佳状态，并储备备用零件，以便在出现故障时，可及时进行更换。确保穿越风险源过程中不会因故障等原因出现停机的状况，避免出现施工风险。

5 总结

盾构隧道施工存在不确定性。很多事故是多种危险因素集合在一起产生的，因此需提高对风险的认知并加强风险源排查。从各施工阶段与各项必要条件等方面进行评估，做好每一个环节的风险防控工作。上述对盾构隧道施工工艺与风险规避措施进行了简述，旨在能为需要进行盾构施工的建设工程提供理论指导。

参考文献：

[1]田双龙.盾构机在花岗岩球状孤石区及复合地层中掘进施工技术浅析[J].卷宗，2016（01）：275-277+278.

[2]张世辉，刘磊，段劲松，等.小直径盾构施工中对小转弯半径隧道管片拼装质量的管控[J].市政技术，2017（02）：156-158.

[3]朱江涛.盾构掘进姿态的影响因素及纠偏[J].建设机械技术与管理，2017（01）：88-90.

[4]李进.地铁区间隧道盾构曲线始发与接收施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2014（28）：3960.

[5]姜禹成.粉砂地层盾构进洞施工技术[J].建筑工程技术与设计，2015（30）：204.