浅析盾构隧道掘进施工技术及安全保证措施

张彦宁

（中铁二十局集团南方工程有限公司，广州 深圳 518000）

0 引言

当前，城市轨道交通的建设要求越来越高，建设条件越来越复杂，全新的盾构式隧道掘进施工技术应运而生，这种施工技术在实际应用中具备安全性高、施工快、对周围环境影响小等优势[1]。这离不开盾构式隧道掘进施工技术科学的施工流程，离不开其施工过程完善的安全保证措施。本文以西安地铁六号线建设项目为例，针对地铁盾构隧道掘进施工流程及安全保证措施展开讨论。

1 西安地铁工程概况

西安地铁六号线建设项目分为钟楼站—大差市站区间和大差市站—长乐门站区间，共两部分组成。其中，钟楼站—大差市站区间隧道盾构法施工段位于区间右线，盾构机在大差市站后配套过站，并从钟大区间浅埋暗挖法隧道始发，于钟楼站吊出，盾构始发里程为YDK35+284.255，沿东大街南侧快车道、慢行道向西展布，下穿端履门过街通道，侧穿东大街南侧商业门面房，最终到达钟楼车站，盾构终点里程为YDK34+664.889，最小曲线半径R=1000m。盾构区间从大差市站西端以2‰的下坡出站，以20.37‰的坡度下行至区间线路最低点后，以5‰的坡度上行，最终以2‰的下坡进入钟楼站。盾构区间的轨面最低点位于里程YDK35+006.574（轨面埋深约24.6m，隧道拱顶埋深约19.8m），轨面最高点在大差市西端盾构法与浅埋暗挖法分界处YDK284.255（轨面埋深约20.2m，隧道拱顶埋深约15.4m）。大差市站—长乐门站区间线路从大差市站东端以线间距16.85m 出发，沿东大街左右线分别下穿东岳庙广场商厦和东方国金中心，然后一起从左右下穿长乐门，然后同时左右线下穿护城河和环城东路，再左右线分别下穿大香港鲍翅酒楼和中国华融资产西安办事处后，走行到长乐门进入长乐门站[2]。大差市站—长乐门站区间从大差市站东端接出，先以2‰，上坡下穿东大街，之后左和右线以25‰和5‰下坡，然后左和右线先以10%上坡，之后左线以27.494‰上坡，右线以27.731‰上坡，最后左线和右线以2‰上坡，进入长乐门站西端。表1 为项目覆盖范围内地铁沿线建构筑物汇总表。

表1 项目覆盖范围内地铁沿线建构筑物汇总表

钟楼站—大差市站区间场地现地形平坦，隧道在Z（Y）CK34+900～Z（Y）CK34+970 附近,下穿东大街～端履门过街通道，过街通道埋深6.65m，距隧道结构约20.80m。大差市站—长乐门站区间位于东大街市政道路下，沿线分别穿越东岳庙广场商厦、东方国际中心、大香港鲍翅酒楼、中国华融资产管理公司西安办事处等商业建筑物[3]。区间左、右线下穿环城东路下穿立交。

2 地铁盾构隧道掘进施工

2.1 盾构始发

盾构始发是地铁盾构隧道掘进施工中的关键步骤，其具体的施工流程如图1 所示。

图1 盾构始发流程示意图

结合上述盾构始发施工流程，针对本工程项目的施工条件，按照大长区间风机房基坑降水平面布置设计图，风机房沿基坑外侧布设降水井8 口，井间距约12～24m，井直径0.8m，井深45m。大差市站—长乐门站区间隧道盾构始发加固里程为：Y（Z）DK35+836.290～Y（Z）DK35+844.290，左线加固区域位于区间风机房一期围挡内，右线加固区域位于区间风机房二期围挡内。左右线加固范围分别为：8m（长）×12m（宽）×12m（深），即沿线路方向加固长度为8m。采用三重旋喷桩加固，桩径0.8m 桩，间距0.6m，梅花形布置。在完成上述操作后，对洞门进行破除施工[4]。洞门破除前，对洞门位置进行水平探孔，观察地下水位高度，探孔深度为3m，探孔位置如图2 所示。

图2 检测孔布置示意图

在完成对检测孔的布置后，在洞圈外搭设脚手架，并结合实际工程需要铺设脚手板，辅助开展凿除工作。在完成破桩工作后，根据以往施工经验结合实际情况，盾构始发时，始发托架安装时抬高2cm，以防止始发后盾构机姿态下沉过大，采用175H 型钢对始发架进行横、纵向支撑。在对始发托架安装时，应当按照如下步骤完成：

第一步，在始发井扩大端按“两纵两横”的安装要求放点，定出始发托架的水平位置；

第二步，在始发井端头使用25t 汽车吊，配合完成始发托架组装；

第三步，使用25t 汽车吊，将始发托架吊装下井，并摆放到安装位置；

第四步，使用水准仪复核始发托架高程，根据实际情况做出微调；

第五步，使用175H 型钢加固始发托架。

按照上述流程完成盾构始发，并为后续各项施工工作提供基础条件。

2.2 盾构掘进施工

根据该工程项目隧道的埋深以及地质情况，确定管片拼装点位。盾构掘进施工，首先需要完成注浆工作，在开始注浆时，采用同步注浆和二次注浆相结合的方式，在注浆时，根据经验公式计算及设计要求，注浆量取每环不低于5.3m3，实际注浆量可根据施工时地面沉降情况略微调整。在注浆过程中，出现管片裂缝漏水现象时，若墙面轻度渗水时，不注浆，只注入环氧树脂进行处理；如渗水较大，在本环或相邻环进行二次注浆处理[5]。针对施工中的水平运输，采用北车兰州机车有限公司制造的45t 电瓶机车，该机车额定牵引力为104kN，最大行走速度为25km/h，轨距900mm，轴距2600mm，制动方式包含电控制动、空气制动和手制动。为了确保管片结构具备一定的防水性，按照清扫管片→用钢丝刷刷掉止水槽混凝土斑点、泥点→用毛刷刷掉止水条里的粉尘→在止水条和止水槽表面涂刷粘合剂→粘贴密封垫→用橡胶锤敲打,保证止水条和止水槽粘结紧密的流程，完成密封垫止水条安装。在施工现场，为保证隧道内运输安全，机车在洞内的运输，应指派经过专业培训的人员操作。在机车启动前，要求检查各节机车连接牢靠，在确保没有任何问题的情况下，统一指挥协调机车组的运输。当机车到达预定的位置装卸料时，要将事先加工制作好的防溜器械放在车辆前后轨道上，保证洞内的安全运输工作。

2.3 盾构机到达与接收

当盾构达到端土体时，需要对其进行加固处理，隧道盾构接收加固里程为：Y（Z）DK36+823.733～Y（Z）DK36+831.733，加固区域位于长乐门站一期围挡内。左右线加固范围分别为：8m（长）×12m（宽）×12m（深），即沿线路方向加固长度为8m。采用三重旋喷桩加固，桩径0.8m 桩，间距0.6m，梅花形布置。同时，还需要按照接收端洞门破除工艺流程：盾构机刀盘靠近维护桩→在接收托架上铺设钢板，保护托架和洞门密封装置→采用挖掘机破除维护桩→割除钢筋→渣土清运的流程凿除洞门。在盾构达到施工过程中，还需要注意，由于刀盘进站后管片失去反推力，可能导致管片连接不紧密，出现防水材料压不实的情况，所以，在到达段最后10 环管片，需利用槽钢在管片3、6、9、12 点位进行纵向连接，槽钢两端用管片拼装头紧固到管片注浆孔位置，并做好螺栓复紧工作。

3 安全保证措施

3.1 监测监控措施

为了确保施工现场的安全，提出合理的监测监控措施。针对上述施工测量内容，根据施工进展情况，编制施工测量方案，并报上级主管部门审核批准。根据相关施工规范和设计要求，确定地表及地表建构筑物的沉降控制值。同时，结合本地铁建设项目的实际需要，将预警值设置为70%，将报警值设置为85%，具体监测监控值如表2 所示。

表2 监测控制标准值

施工区域内监测的主要内容包括：地表监测、管线监测（污水、雨水及给水管线）等。根据现场实际情况，将监测预警划分为三个等级，并用不同颜色进行标记，分别为黄色、橙色和红色。

3.2 技术保证措施

施工过程中的安全防范要点，主要包括:防止泥饼、喷涌事故；防止地表严重沉降事故；防止地表冒浆事故；防止洞门坍塌事故、联络通道事故。可根据监测情况及借助盾构隧道方面已有的施工经验，对隧道掘进（开挖）进行变形预测。以监测为手段，实行信息化施工。根据始发到达地基上不同的地质状况，采取合适的注浆办法，保持始发、到达洞口土体自稳性，确保盾构机安全始发到达。对重要建筑物采取桩基托换、预注浆加固等措施进行保护，以控制变形，施工过程中，要对重要建筑物进行监测，根据监测情况采取保护措施。

针对施工现场电瓶车防溜车的安全保障，为防止刹车失灵、施工人员疏忽等问题，在机车前端安装防溜车钩。当电瓶车出现刹车故障或者溜车现象时，电瓶车司机在操作室可及时放下防溜车钩，防溜车钩被放下后，可直接与轨枕接触，达到紧急制动的目的。同时，在台车上加装防撞梁，在1 号台车前端加装防撞梁，当电瓶车在台车内发生溜车且来不及使用其他防溜车装置时，防撞梁可阻挡电瓶车进入管片拼装区，对盾构机核心部件及施工人员造成伤害。盾构下穿城墙前，对城墙采取加固措施。在城墙门洞下方地表沿城墙四周，对城墙基底下方进行袖阀管注浆，注浆采用2 排Ф50 袖阀管。沿洞门环向设置槽钢，加强纵向联系，间距为1m。在区间和城墙及瓮城之间钻设Ф1000@1500 钻孔灌注桩作为隔离桩，同时在距瓮城基础3m 处设置Ф1000@1500 素混凝土桩。

在盾构穿越时，需要对盾构机、洞内运输电瓶车、龙门吊、搅拌站等设备进行检查，检查和维修工作在盾构机下穿城墙前3d 完成，并在下穿前及下穿期间，提高设备检修频次，加强设备监控措施，严格控制盾尾同步注浆，每环进行二次补浆，补浆点位为3 点、9 点、11点、1 点，填补管片壁后空隙。在始发掘进中，需在负载运行下（100m）,采用静态检查方法检查各系统正常，则盾构完成井下验收。盾构始发前条件验收合格，且施工单位将验收会上各方提出的意见整改完成，并报监理审查合格后，盾构方可始发。

4 结束语

综上所述，以西安地铁六号线建设项目为例，针对该工程项目盾构隧道掘进施工段，从施工流程和安全保证措施两方面，提出了优化建议。在实际施工中，除了按照上述流程完成施工外，还应当严格按照验收要求，完成验收工作，并针对施工现场突发的紧急事件，采取相应的应急处置措施，在确保施工现场具备更高安全条件的情况下，使施工质量得到进一步提升，促进地铁后期建设与运营的顺利进行。