复杂地层城市地铁隧道盾构施工技术分析

摘 要：近年来我国城市地下轨道交通网络体系越来越完善，盾构隧道已经成为城市地铁工程建设的重要施工方法，穿越的地层条件也更加复杂，若盾构施工技术使用不合理，地层变形控制不到位，会威胁到地铁隧道安全。文中以某城市地铁工程为例，从盾构始发、盾构掘进、盾构接收方面分析隧道盾构技术要点，结合现场监测结果，该技术保证了地铁隧道建设质量与安全，可为后续类似工程提供指导与借鉴。

关键词：复杂地层 地铁隧道 盾构施工 二次注浆

0 引言

盾构施工在我国城市地铁隧道建设中应用较为广泛。较之普通地层条件，盾构机在复杂地层中掘进作业，容易发生刀盘堵塞、刀具过度磨损、地层沉降及效率低等现象，因此需结合城市地铁隧道现状，科学进行盾构机选型，综合研究泥浆配比、盾构施工参数等[1]。

1 工程概况

某城市地铁2号线I期工程06工区，总里程长为5.95km，盾构施工总长为358m。其中始发站到下一站的隧道左线长为882m，右线长为879m。经现场勘查发现，地势呈现东高西低，地层条件复杂，包括残积土、全风化花岗岩、高风化花岗岩、微风化花岗岩等。不同地层物理性能指标见表1。根据现场地层物理性能，盾构施工选用土压平衡盾构机，数量为2台，型号分别为JZ068、JZ094，主要参数见表2。

2 隧道盾构施工技术

2.1 盾构始发

本工程盾构始发涉及隧道洞门复测、盾构吊装与调试、水平探孔、盾构试掘进等。为提升隧道盾构施工质量，需严格控制盾构始发操作要点。

（1）前期准备。在盾构正式下井下，需从车站底板处铺设配套行走轨道，包括盾构轨道与电瓶车轨道。按照盾构机类型及实际情况，其中盾构机行走轨道铺设长度控制90m左右，电瓶车行走轨道铺设长度控制145m左右，所有轨道均为钢轨拼接组成，单节长度是6.0m，通过专用轨道夹板进行连接，同时钢枕使用扁钢，通过标准扣件将钢轨和钢枕固定[2]。

（2）盾构吊装。下井台车与电瓶车要做好协调作业，设备桥与螺旋机进站过程中必须加固，防止出现倾覆，本工程选用葫芦（重量为5t）加固方法。在盾构吊装阶段需严控下井误差，要求盾构和隧道两者中心线水平、垂直向偏差≤5mm，按照次序下井盾体，然后与中盾进行平移和拼接。

（3）洞门止水密封处理。隧道洞口密封可避免盾构始发时导致水土流失，提升注浆质量。本工程盾构始发阶段，预留隧道洞口和盾构环形壳体之间空隙接近230mm。考虑盾构始发会造成隧洞口水土流失，使开挖面整体结构稳定性受到影响，因此要做好密封止水处理，选用高性能的止水装置，从而保证盾构始发安全、有序进行。本工程中隧道始发洞口上方预埋了圆环板（材料为Q235B钢板），可在此处安装密封止水装置。操作流程为：在圆环板上设置固定螺孔，然后利用压板、螺栓将帘布橡胶板有效固定在圆环板上。

（4）水平探孔。本工程中隧道洞口设置的围护结构，在拆除前必须钻设水平探孔，完成水量与加固质量检测。要求水平探孔深度至少为1.5m，孔径为80mm，布设在盾构边缘位置。若检测发现透水，应进行有效封堵与加固处理，保证盾构始发过程中无地下水。封堵措施为“木塞+棉纱”，确保探孔密实封堵。当隧道洞口渗水封堵结束后，从隧道洞口处进行垂直钻孔，通过压密注浆实现端头加固处理，使土体结构加固质量满足设计规定基本要求，最后再次钻设水平探孔，对加固效果进行检测，直到满足要求[3]。

（5）涂抹密封油脂。对于负环拼装，应提前从盾尾钢丝刷内均匀涂抹一层专用密封油脂，可发挥良好止水效果，避免注浆液回流，也可以降低钢丝刷摩擦。首环管片拼装前必须合理涂抹盾尾密封油脂，同时将钢丝刷分开，保证不锈钢网和钢丝刷布满密封油脂。

（6）铺设导轨。由于盾构始发托架和隧道洞门间隔一段距离，为避免盾构始发过程中出现悬空问题，应从两者之间沿着始发导轨向安装预防“叩头”装置。铺设刚导轨，长度为25cm，要求导轨标高不低于托架钢轨标高1～2cm。

（7）加固段掘进。在盾构始发掘进之前，要安排专人对盾构始发托架位置进行仔细复测，然后根据盾构机导向系统进行校对调整。同时对托架稳定性进行检查，导轨安装是否合理、稳固，盾尾外壳部位防扭转设备是否焊接牢固。

（8）试掘进。选取隧道100m段进行盾构施工试验，通过试验施工确定合理的盾构推进参数，掌握地面变形沉降和推进参数之间存在的关系，同时做好所有盾构施工相关数据信息的采集、处理、研究，从而确定本工程中盾构机实践操作性能，得出盾构作业参数设定具体范围。

2.2 盾构掘进

（1）设定掘进参数。经过地铁隧道盾构掘进试验，统计、处理、分析不同地层段掘进参数、地层变化监测数据以及成型管片复测数据，然后不断调整盾构机掘进参数，最后得出地铁隧道复杂地层正常掘进参数，从而为后续施工提供有效指导。结合工程地质特点与水文条件，沿线构筑物、管线等因素，同时重点分析地表监测数据变化情况，对盾构机掘进参数进行科学调整。

（2）姿态控制。主要利用自动导向系统与人工测量复核实施盾构机姿态的有效监控，同时结合成型管片的具体复核数据作出合理调整，降低管片上浮造成的不利影响。在自动导向系统中建立滚动角、俯仰角，当超限后可及时自动报警与刀盘跳停。另外，导向系统中的后视基准点必须跟随盾构机的推进及时前移，此过程中利用人工测量进行定位[4]。为使盾构机精准推进，以50m为单位人工复测一次，完成导向系统的校核，以及后视棱镜坐标的调整，利用双导线闭合方法测量基准点，使盾构按设计方向精准掘进。

（3）洞内注浆。本工程隧道洞内注浆选用同步注浆法、即时注浆法以及二次注浆法。其中同步注浆应保持与盾构机掘进一同进行，从盾尾中安装注浆管与注浆系统连接，当盾构推进时盾尾产生空隙，即开始同步注浆，要合理控制注浆压力、注浆量，保证浆液灌注饱满。同步注浆液配比见表3。每掘进一环就要进行即时注浆，在与盾尾管片相距6环左右处进行背填注浆。针对特殊地段，比如穿越构筑物、管线等地层条件，必须做好同步注浆与管片即时注浆。结合工程具体状况，比如隧道上浮或是沉降等，应从管片注浆孔处开展二次注浆，严格控制注浆量与注浆压力，以降低后续沉降。

2.3 盾构接收

本工程中盾构接收内容包括端头土体加固、隧道洞门凿除、隧道洞门复核、钻设降水井、注入双液浆封堵隧道洞门等，详见图1。

3 现场监测

3.1 隧道洞门复测

本工程中隧道洞门内圈边缘接近为圆形，为能精准确定圆心，从隧道洞门内圈边缘随机选取3点，然后测量各点三维坐标，通过计算得出隧道洞门内圈中心。在实践测量时，为进一步提升测量精度与可靠性，需随机选取6个隧道洞门内圈对称点实施测量，然后计算确定隧道洞门钢圈净空与钢圈中心坐标。最后对比分析隧道洞门中心实际测量数值和设计数值，可为盾构机出洞提供有效指导。

3.2 盾构始发姿态监测

测量复核盾构机始发掘进时的俯仰角、回转角、初始姿态等，使盾构机能够按照地铁隧道设计中心线进行掘进。

3.3 地表沉降监测

本工程中左线地表沉降监测数据见图2。分析图2得出，盾构机始发掘进过程地表沉降整体比较稳定，且波动小。本次施工左线地表沉降数值变化范围在-10.8～0.5mm，前期变化幅度较大，后期变化范围在-1.3～0.5mm，波动小。其中编号1～5的地表沉降数值较大，原因是盾构机始发掘进过程中遇到了发育溶洞，导致溶洞原有稳定状态遭到破坏，从而出现大幅度沉降，而通过进行洞内注浆加固后，地表沉降显著减小且趋于稳定可控。根据现场盾构掘进状况，同步注浆法、即时补浆法、二次注浆法可有效控制地表沉降，降低地层变形。

4 结语

隧道盾构始发、盾构掘进、盾构接收是保证城市地铁工程顺利建设的基石。文中重点研究了盾构施工关键技术及各项要点，为后续相关地铁工程建设积累了宝贵经验。同时在后续城市地铁工程建设中，还应不断地优化与创新盾构施工技术方案，以适应不同地层条件及城市交通发展需求，推动城市地铁建设高水平发展。

参考文献：

[1]罗锡波，张祖迪，何锁宋，等.富水砂卵石地层V形坡隧道土压平衡盾构施工掘进参数分析[J].四川建筑，2022，42（01）：106-109.

[2]张丽丽，单琳，郭飞，等.小曲线半径叠落盾构隧道近接施工安全控制研究[J].现代隧道技术，2022，59（03）：254-264.

[3]易领兵，陈庆怀，孟旭央，等.富水细砂地层盾构斜向超近距下穿双洞双线暗挖站施工技术[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2023，46（06）：822-827.

[4]邓林洋，李红，刘阳君，等.泥水平衡盾构下穿海域施工技术应用[J].建筑技术开发，2023，50（05）：77-79.