盾构始发施工技术的应用

黄勇

摘要：随着盾构法施工在地下隧道工程中的广泛使用，隧道盾构施工对周围环境的影响，特别是地面沉降问题受到越来越多的关注。对于盾构施工而言，盾构始发技术是关系整个工程成败的关键环节，在盾构初始阶段重中之重是如何控制好始发阶段的盾构机姿态、保证始发阶段土体自稳和防止水土流失，使盾构连续正常地从非土压平衡工况过渡到土压平衡工况。

关键词：地铁工程、盾构机安装、技术措施

近几年，城市轨道交通飞速发展，事故频繁发生，且盾构在始发阶段出现事故的概率较高，地下工程施工一旦发生事故就会产生灾难性的后果。本文重点介绍盾构始发工艺和技术。

一、始发洞口的地层处理

在盾构始发之前，一般要根据洞口地质状况进行评估，有针对性的采取加固处理措施。地层加固方法很多，常用的有地层注浆、搅拌桩、旋喷桩、钻孔素桩、SMW工法、冷冻法等。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且不能有地下水的损失。

二、始发洞口围护结构的切除

根据经验，一般在始发前至少一个月开始洞口围护结构的切除。整个施工一般分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，只保留维护结构的钢筋保护层，在盾构始发前将保护层混凝土凿除。

在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。

三、洞口密封

洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分有压板式和折叶式两种，其中折叶式应用较广。洞口密封的施工分两步进行，第一步是在车站结构或始发工作井的施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，特别注意的是在预埋件埋设过程中预埋件必须与车站或始发井结构钢筋连接在一起;第二步在盾构正式始发之前，先清理完洞口的碴土，再完成洞口止水带的安装。

四、洞口始发导轨的安装

在围护结构破除后，盾构始发台端部距离洞口围岩必然会产生一定的空隙，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“叩头”现象，需要在始发洞内安设洞口始发导轨。

五、反力架、始发台的安装

1、反力架、负环管片位置的确定依据。反力架的位置确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀盘在始发前所能到达的最远位置确定。

2、负环管片环数的确定。假定盾构机机身长度LTBM=8.3M，始发井长度LAS=12M（因不同的始发井尺寸而不同），洞口维护结构在完成第一次凿除后的里程DF，设计第一环管片起始里程D1S，管片环宽WS=1.2M，反力架与负环钢管片长WR=1.5M（自行设计加工的尺寸）。DR为反力架端部里程，N为负环管片环数。在安装井内始发时最少负环管片环数确定N=（D1S-DF+8.3）/WS环。

3、反力架、负环钢管片位置的确定。在确定始发最少负环管片环数后，即可直接定出反力架及负环管片的位置。

反力架端部里程DR=D1S-N×WS。

4、反力架、始发台的定位与安装。在盾构机主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。安装时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。

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之内，高程偏差控制在±5MM之内，上下偏差控制在±10MM之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角<±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差<2‰，水平趋势偏差<±3‰。

六、盾构的始发

1、始发台两侧的加固 。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。

2、负环管片安装

（1）负环管片安装准备。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷、保证负环管片在拼装好后能顺利向后进行水平力的传递，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组油缸完成管片的后移。管片在后移过程中，要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于10MM。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。（3）负环管片与负环钢管片的连接。负环管片的最终位置要以推进油缸的行程进行控制，在负环管片与负环钢管片之间的空隙用早强砂浆或钢板填满。 （4）负环管片的拼装类型。在始发井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装，主要是因为盾构井一般只有一个，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。所以采用通缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片。

3、盾构的始发

（1）空载推进。盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。

盾构向前推进的同时，检查盾构机是否与始发台、始发孔位发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。

（2）始发时盾构姿态的控制。主要通过盾构机的推油缸行程来控制姿态。

（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，稍微降低总推力和刀盘扭矩。

4、洞口注浆

在盾尾完全进入洞体后，调整洞口密封，进行洞口注浆。浆液不但要求顺利注入，而且要有早期的强度。注浆压力控制在1.5BAR以内。

七、反力架、负环管片的拆除

反力架、负环管片的拆除时间根据背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定。一般情况下，掘进100M以上（同时前50环完成掘进7日以上），可以根據工序情况和工作整体安排，开始进行反力架、负环管片的拆除。

八、结束语

始发条件及始发施工技术中每一环节的顺利进展与否都关系到盾构机是否可以始发成功。要保证盾构的安全并顺利的始发，还应在前期对地质勘探、始发区域的建筑物及管线情况进行调查和分析，特别是对端头土体的液限、塑限、渗透系数、含水量等各种物理力学指标进行全面的调查及评估;同时应对始发技术施工中的每一个环节加强全面、细致的控制，以确保各种加固处理措施达到预期效果。

参考文献：

[1]刘仁鹏.土压平衡盾构技术综述.世界随道，2000，37（1）：1-7.

[2]刘东亮.EPB盾构掘进的土压控制.铁道工程学报2005，22（2）：45-47.

[3] 赵树德编.土压力的计算.高等教育出版社，2001.

[4] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业版社，2004.

（作者单位：中国电建集团华东勘测设计研究院）