淺談盾構出洞施工技術

陳永鐘

騰達建設集團股份有限公司（200122）

杭州地鐵1號線下沙西站至下沙中心站工程位于杭州市下沙經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，由兩個盾構區(qū)間組成:下沙西站至下沙中心站盾構區(qū)間和下沙中心站至下沙東站盾構區(qū)間。本工程隧道從下沙西站開始，沿擬建的九沙大道抵達下沙中心站，該區(qū)間總長約1072.30m；里程范圍K31+791.16（起始里程）～K32+863.46（終點里程），洞徑6.20m。區(qū)間隧道縱坡為“V”型坡，最大坡度為 25‰，隧道頂部埋深為 8.10～15.00 m，最小平面曲線半徑為700m。

1 盾構出洞準備工作

1.1 出洞口旋噴樁土體地基加固

為了確保盾構始發(fā)時施工安全，確保地層穩(wěn)定，以防端頭地層發(fā)生坍塌或涌漏水等意外情況,本工程采用深層水泥攪拌樁加高壓旋噴樁結合的加固方法,與地下連續(xù)墻相連的土體采用2排旋噴樁，其余部位采用攪拌樁加固。

1.2 深井降水

本工程降水采用真空管井降水，結合真空泵及潛水泵，降水運行在盾構出洞前15天進行，以保證地下水水位能及時降低到基坑底板以下1m。

1.3 盾構始發(fā)基座就位

盾構基座為鋼結構預制成品,盾構基座位置按設計軸線準確放樣，安裝時按照測量放樣的基線,吊入井下就位焊接。兩根軌道中心線與基座上的盾構必須對準洞門中心且與隧道設計軸線反向延長線基本一致。

1.4 后座、反力架及支撐系統(tǒng)

1）后座安裝。本工程后座采用鋼筋混凝土管片拼成開口環(huán)。后座必須滿足:①足夠的強度、剛度和井壁之間的緊密度，保證傳力的可靠性；②留有足夠的空間，使垂直運輸和水平運輸大型物件方便通過，并留有人行的安全通道空間；③盾構推進軸線和后座壁要保持垂直,使盾構推進方向能得到保證；④后座基面應有足夠的平整度，保證管片能獲得良好拼裝質量。

2）反力架、始發(fā)臺的定位與安裝。在盾構主機與后配套車架連接之前,開始進行反力架的安裝。反力架端面應與始發(fā)臺水平軸垂直，以便盾構軸線與隧道設計軸線保持平行。反力架與車站結構連接部位的間隙要墊實,保證反力架腳板安全穩(wěn)定。

由于反力架和始發(fā)臺為盾構始發(fā)時提供初始的推力以及初始的空間姿態(tài)，在安裝反力架和始發(fā)臺時，反力架左右偏差控制在±10mm、高程偏差控制在±5mm、上下偏差控制在±10mm。始發(fā)臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角在±2‰以內(nèi),盾構姿態(tài)與設計軸線豎直趨勢偏差＜2‰（且盾尾只能向上偏），水平趨勢偏差在±2‰以內(nèi)。

1.5 導向軌制作

洞圈內(nèi)盾構支座制作需滿足支撐盾構機出洞時的本體重量，并起到一個導向作用。支座材料采用43kg/m重型軌道，共布置2根，準確位置為盾構基座上2根43kg/m重型軌道在洞圈上的延伸段。

1.6 洞門的密封裝置安裝

為了防止盾構始發(fā)掘進時土體或水從洞門間隙處流失，盾尾通過后立即進行背襯注漿填充。車站施工時在洞門圈預埋環(huán)狀鋼圈,盾構始發(fā)前在洞門圈借助預埋的鋼圈安裝由簾布橡膠板、翻板(防止簾布橡膠板翻轉)等組成的密封設備，以起到施工階段臨時的防水、防漏漿作用。洞口密封采用折葉式密封壓板，該施工分兩步進行，第一步在始發(fā)端墻施工工程中，做好始發(fā)洞門預埋件的埋設工作。預埋件必須與端墻結構鋼筋連接在一起。第二步在盾構正式始發(fā)之前，清理完洞口的碴土,完成洞口密封壓板及橡膠簾布板的安裝。洞門密封示意圖見圖1。

圖1 洞門密封示意圖

1.7 盾尾油脂

為確保盾尾的密封防水效果，在盾構調試結束后，向盾尾鋼刷之間涂抹盾尾油脂，油脂涂抹要均勻、密實。

2 盾構出洞施工

2.1 混凝土洞門鑿除

對加固土體進行驗收后即可進行洞門鑿除,洞圈范圍內(nèi)合理位置開設一定數(shù)量樣孔以檢驗盾構出洞正前方土體加固情況,在樣洞驗收良好的情況下開始鑿除洞門。洞門鑿除時則要連續(xù)施工，盡量縮短作業(yè)時間，以減少正面土體的流失量。

2.2 盾構出洞施工

盾構推進前，為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。盾尾鋼刷中必需充滿盾尾油脂。對盾構設備再進行一次檢測，確保盾構的各項性能正常。在盾構外殼上預先做好標尺，便于在出洞過程中隨時了解盾構位置。

在此區(qū)域施工時，平衡壓力設定值應略低于理論值，推進速度不宜過快，盾構機在加固區(qū)推進時，為改善刀盤受力情況，需要通過設置在刀盤上的加泥孔，向前方土體加膨潤土或者水進行土體改良。待盾構出加固區(qū)時，為防止由于正面土質變化而造成盾構姿態(tài)突變,必需按工況條件及時調整平衡壓力的值。施工過程中根據(jù)地層變形量等信息反饋對平衡壓力設定值、推進速度、出土量等施工參數(shù)作及時調整。

2.2.1 負環(huán)管片安裝

1）負環(huán)管片安裝準備:第一負環(huán)、第二負環(huán)每塊管片外弧面縱縫接頭的兩端在管片預制時要預埋鋼板，便于管片之間焊接牢固。在安裝負環(huán)管片之前，為保證負環(huán)管片不破壞盾尾刷，負環(huán)管片在拼裝好以后能順利向后推進,在盾殼內(nèi)安設厚度不小于盾尾間隙的方木（或型鋼），以使管片在盾殼內(nèi)的位置得到保證。

2）負環(huán)管片后移:第一環(huán)負環(huán)管片拼裝成圓后,用4～5組千斤頂完成管片的后移。管片在后移過程中，要保證每組千斤頂同步推進，其行程差小于10mm。在管片的后移過程中，要注意不使管片從盾殼內(nèi)的方木（或型鋼）上滑落。第一環(huán)負環(huán)管片定位時，應先保證管片橫斷面與路線中線垂直，待管片完成定位后，將管片與反力架之間的空隙填充密實。

3）負環(huán)管片的拼裝:負環(huán)管片采取錯縫拼裝。負環(huán)管片在拖出的過程中要及時將負環(huán)管片支撐,避免負環(huán)管片失圓過大引起以后管片拼裝困難。

2.2.2 盾構始發(fā)推進

1）空載推進:盾構在空載向前推進時,主要控制盾構的推進千斤頂行程和限制盾構每一環(huán)的推進量。在盾構向前推進的同時，須檢查盾構是否與始發(fā)臺、始發(fā)井出現(xiàn)干擾或有其他異常事件的發(fā)生，確保盾構安全推進。

2）始發(fā)時盾構姿態(tài)的控制:主要通過盾構機的推進千斤頂?shù)男谐虂砜刂谱藨B(tài)?？稍诙軞ど虾附臃琅ぱb置，防止盾構機旋轉，并在進入洞門密封前將其割掉。同時應加強盾構機姿態(tài)的測量，如盾構機有較大轉角，可以采用大刀盤正反轉的措施進行調整，同時推進速度要放慢。嚴格控制盾構機操作，調節(jié)好盾構推進千斤頂?shù)膲毫Σ?防止盾構機發(fā)生旋轉、上漂或叩頭。

3）始發(fā)時盾構推進參數(shù)的控制:在保證盾構正常推進的情況下,應稍微降低總推力和刀盤的扭矩。

2.2.3 洞門同步注漿

在盾尾完全進入洞體后,調整洞門密封，進行同步注漿。同步注漿在盾尾通過兩道密封后實施,避免同步注漿污染破壞兩道密封間的油脂，從而降低洞門密封的效果。始發(fā)階段由于盾構掘進速度相對較慢，漿液凝結時間相對較快，間隔一定時間要對注漿管路進行清洗疏通,避免漿液堵塞注漿孔。

2.3 檢查洞口止水裝置

盾構刀盤靠上洞圈前再次檢查洞口止水裝置的密封效果確保出洞安全。

2.4 盾構靠上加固土體

為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置,在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。當盾構刀盤鼻尖即將靠上加固土體時在確定刀盤旋轉時不會切削到止水裝置,開始旋轉刀盤使盾構推進建立正面初始平衡。

為保證盾殼順利進入洞圈,盾構千斤頂?shù)氖褂没疽韵虏繛橹?，千斤頂行程差值維持原狀，確保在盾構前移的過程中盾殼與基座的接觸良好。

2.5 封洞門

當盾尾脫離車站內(nèi)壁結構時，可進行洞門封堵工序。即將快速水泥將襪套等止水裝置和管片粘結成一整體以防止土體從間隙中流失而造成地面的塌落。同時，在控制注漿壓力的情況下通過洞門預留注漿孔壓注止水材料。