地铁工程项目中的盾构法施工工艺

任光跃

（中铁建重庆投资集团有限公司，重庆 400000）

1 引言

在应用盾构法施工时，需根据现场工程条件做合理的技术优化，把控好盾构法应用全流程中的各项细节，加强安全管控和质量管控，以便施工的顺利进行。为此，必须加强对盾构法的分析，明确技术要点，做到有效施工。

2 工程概况

某地铁区间隧道起讫里程DK25+572.583～DK26+235.076，全长662.493 m，采用盾构法施工，适配土压平衡盾构机。根据施工安全、质量、效率等方面的要求，规划盾构机运行路线，从南端头左线始发，推进至北端头后开始调头，进入右线；而后，到达南端头后转至北端头。

3 进出洞地层的加固处理

竖井挡土墙拆除后，端头土体的作用荷载和应力较之前期产生变化，考虑到安全和稳定性要求，需要对出洞及进洞地层的土体做加固处理，以期达到如下效果：避免临时墙拆除过程中产生过强的振动作用；避免开挖面压力不合理而诱发坍塌现象；维持地表的稳定性，避免该处发生沉降。

3.1 加固方法的选择

地层加固的可选方法很多，包含高压旋喷注浆法、砂浆回填法、化学注浆法等。具体至本工程，区间进出洞均有连续墙，拆除此部分耗费的时间较长，为维持地层的稳定性并确保该部分与挡土墙稳定黏结，较为适宜的是高压旋喷注浆法或深层搅拌法。为确保区间各进出洞端头均得到有效的加固处理，以深层搅拌法为主，在此前提下，辅以旋喷加固的作业方法，保证深层搅拌桩与连续墙间隙的严密性。通过多项措施的应用，使加固土体的强度超过2 MPa[1]。

3.2 深层搅拌桩施工细节

深层搅拌桩施工时，需注重以下几点：

1）准确测量放样与施工，要求搅拌轴垂直度偏差不超过1.0%，桩位对中误差不超过2 cm。

2）按照0.45～0.55的水灰比拌制水泥浆，单次拌和时间至少达到3 min，确保浆液有足够的均匀性。

3）钻进至隧道底以下3 m的位置，钻进到位后开启灰浆泵，在喷浆的过程中同时搅拌、提升。

4）为使水泥浆与现场土体均匀混合，按照自下而上的顺序依次搅拌。

4 盾构区间南端头始发

4.1 始发台的安装

钢结构始发台，结构稳定可靠，可承受盾构机的重力和推进的摩擦力。在始发台两侧按1.5 m的间距依次布设工字钢，作为横向支撑装置，确保始发台始终维持稳定。于始发基座轨道涂抹黄油，采取此项措施的目的在于提升盾构推进的顺畅程度，以免因摩擦阻力过大而无法正常推进。

4.2 反力架的安装

反力架用于提供盾构推进所需的反力，为维持稳定，采用钢结构。安装时，先清理底板上附着的杂物，再准确安装到位。安装后，检测反力架的姿态和稳定程度，需无误。反力架的高程偏差需在±5 mm以内，左右、上下的偏差均要在±10 mm以内。盾构姿态与设计轴线的水平趋势偏差、竖直趋势偏差分别控制在±3‰、2‰以内[2]。

4.3 负环管片的安装

负环钢管片起着连接负环管片与反力架的作用，同时此连接构件还可满足反力架姿态的微调要求。安装时，分片依次组装钢管片，将下半部钢环吊运下井，再根据该部分的位置吊装上半部钢环并予以调节，使两部分精准对接；此后，适配适量螺栓以便将管片稳定连接至反力架，负环管片与钢管片也用螺栓连接。

4.4 辅助装置的安装

1）防扭装置。刀盘切削土体时伴有较强的扭矩，由于此部分力的作用，盾构机壳体可能在始发台发生偏转。为避免该问题，以焊接的方法在盾构壳体处稳定设置防扭装置，具体如图1所示。随着工程建设进程的推进，待该装置临近洞门密封时，不具备利用的价值，可予以割除。

图1 盾构机始发台及辅助装置

2）负环管片支撑。在始发台基础上设置三角支撑、配套螺栓，以便与始发台稳定连接，用工字钢连接每侧的三角支撑，使其更加可靠地支撑负环管片。经过各主要构件的安装后，局部可能存在间隙，例如，工字钢及始发台与负环管片间，针对此问题，可在该处垫入合适规格的木楔。此外，向负环管片间增设槽钢，维持管片的稳定性，避免其出现位移。

4.5 盾构机姿态复核

盾构机刀盘到达始发里程时，及时检测盾构机的姿态并根据实测结果做相应的调整，直至各项实测指标与设计值的误差均在许可范围内为止。例如，设备平面位置误差＜±10 mm，中心轴线的坡度误差＜2‰，高程误差＜±5 mm。

4.6 洞门混凝土凿除

施作厚度为600 mm的地下连续墙，作为车站的围护结构。车站端头土体用搅拌桩做加固处理，及时加强对加固区土体的防护，避免由于暴露时间过长而出现失稳现象。为保证施工安全，刀盘进入预留洞门前应凿除少量的围护结构。具体而言，先凿除500 mm厚度，割除外层的钢筋；随着工程施工进程的推进，待最后一层钢筋被割除后，方可将剩余的围护结构凿除干净。对于凿除后产生的杂物，需及时清理。第二次凿除前，先准备适量优质的喷浆料和喷浆机，以便及时喷浆封闭掌子面[3]。

4.7 洞门密封装置的安装

在盾构始发时，将洞门密封装置设置到位，避免浆液经由缝隙处流出。洞门密封采用帘布橡胶材料，要求其在硬度、整体性等方面均达到要求。提前加工帘布橡胶的螺栓孔，依次将帘布橡胶板、圆环板、扇形压板、防翻板安装到位，检查各装置的安装位置和稳定程度，均要无误。在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂抹润滑油，此举有利于盾构机刀盘的顺畅运行，防止刀盘刮破帘布橡胶板。盾尾通过后，随即安排壁后注浆，通过浆液的注入增强稳固性；对开挖面加压，盾构机掘进，逐步进入土压平衡模式。

4.8 始发掘进的控制要点

1）盾构机的姿态控制。受车站结构尺寸的限制，盾构机难以正常始发，由于控制不当而发生盾构姿态偏差问题。为此，通过如下措施的落实实现对盾构机姿态的有效控制：（1）盾构机主机与设备桥连接，于出碴井后面布置拖车；（2）在设备桥上配套临时皮带输送机，通过此装置的应用来满足临时出碴作业要求；（3）管片和碴土均经由出碴井起吊，吊装时严格控制吊装姿态，避免发生磕碰；（4）盾构机掘进53环后，将负环管片和反力架拆除；（5）经前述拆除作业后，进一步拆除设备桥临时支架和临时皮带输送机；（6）向设备桥连接第一节配套拖车，再按照顺序依次将剩余的几节拖车均连接至一体；（7）取出延长管线，黏结输送皮带，再次将管线连接成型，经此处理后盾构机的掘进姿态将得到有效的控制。

2）掘进参数的控制。从本工程现场施工条件来看，始发段的地下水位高、地质条件差、覆土较薄，因此宜采取慢速掘进的方法，速度控制在10 mm/min以内。若出碴口有喷涌的情况，将碴门开启150～200 mm；不存在喷碴情况时可适当增加，以300～350 mm为宜。若现场土质较硬，不利于刀盘的正常掘进，为此采取如下应对方法：（1）正反转启动刀盘；（3）在原泡沫剂使用量的基础上适当增加；（2）经由膨润土通道注水，通过水的应用推动碴土流动。盾构机由加固区进入软弱地层时可能由于地质条件的差异而导致盾构低头，为此需调整好盾构上下推进油缸的压力差，维持盾构姿态的合理性。

3）背衬注浆控制。在始发前15环施工过程中，可用早强型浆液进行背衬注浆。始发前3环施工时，每环掘进时间达到7～8 h，但与之相矛盾的是，施工采用的早强型浆液初凝时间不大于4 h，因此，浆液可能会在储浆罐内发生凝结，为有效避免此问题，在尚未达到正常出碴状态时单次拌和量以1 m3为宜。

5 盾构区间北端头到达的施工要点

5.1 准备工作及洞门混凝土凿除

为保证盾构机顺利到达，先将各项准备工作落实到位，包含机械设备的配套、现场场地的平整、钢负环及反力架的安装等。在车站北端头井内先铺黄砂、再铺30 mm厚的钢板，通过此类措施的落实，可在一定程度上减小盾构平移的摩擦阻力，更加顺畅地实现盾构平移作业。除了做好准备工作外，还需凿除左线和右线的洞门混凝土。

5.2 掘进控制措施

1）掘进需穿越加固区时，刀盘和螺旋输送机的扭矩均较大，不利于刀盘的正常运转，为此加强对各项关键参数的控制，例如，推进速度15 mm/min以内，刀盘转速0.75～0.8 r/min。

2）刀盘破土时，原本的土压平衡模式不复存在，取而代之的是非土压平衡模式，此时现场作业条件更为特殊，必须由专员加强对洞口的观察，视实际情况采取针对性的控制措施。破土时，推进速度放慢至8～12 mm/min，此外，适度降低刀盘转速和推进油缸压力。

3）盾构机接收指的是刀盘破土至到达接收架的阶段，由推进系统负责推进作业，此阶段速度稳定在60～80 mm/min。

6 盾构机调头及始发作业要点

1）拆除设备桥与主机的连接管线，解除两者的连接关系；将设备桥临时支架配套到位，焊接主机与接收台；准备顶升油缸支座，焊接至盾壳处；拆除固定支撑；顶升主机，安装滚珠，适度降低接收台的高度；安装手拉葫芦拉点，主机做多次平移和旋转操作，顺利进入右线，在此前提下适当向前移动主机，准确到位。

2）站台内铺轨，设备桥接收、进站；做旋转和平移操作后，使设备进入右线，经精细化调整后精准对接主机；液压延长管线连接；将皮带、黏结皮带安装到位，完成设备桥配套装置的安装作业；连接电气延长管线。

3）调试盾构机，检验其运行稳定性、精度等，全面评估盾构机的运行状态；将反力架、钢负环安装到位；左线端头井接轨，确认无误后进入始发掘进环节，此阶段的装置分布关系为“主机在右线、后配套在左线”，并配套适量的延长管线，起到连接两者的作用。

4）随着盾构机掘进进程的持续推进，待其始发掘进达到53环后，需要安排延长管线、端头轨线、反力架、始发台几处的拆除作业；再将后配套接收架安装到位，解列后配套拖车；调整各拖车的工作姿态，其中1号拖车做平移转向操作，剩余的几台拖车有序调头就位。经前述操作后，依次连接拖车、后配套与设备桥、电气及液压管线、黏结皮带，各部分均连接完成并且皮带固化后，试运行盾构机，检验其运行状态，若无异常则进入正式掘进环节。

7 结语

综上所述，盾构法因具有安全可靠、效率高等特点而在地铁隧道工程中取得广泛的应用，经过本文有关工程实例的分析，阐述了地铁隧道盾构施工技术应用要点，同时充分关注盾构始发与到达掘进控制两大环节，考虑到其特殊性，提出相应的掘进控制措施。在盾构施工技术的妥善应用下，各项工作能够有效开展，取得突出的应用效果，由此说明该工程采用的盾构施工技术具有可行性，可供类似工程参考。