淺談長春地鐵1號線盾構(gòu)區(qū)間施工技術(shù)措施

摘 要：盾構(gòu)法施工技術(shù)具有快捷安全、智能、地層適用性廣等優(yōu)點，基于以上諸多優(yōu)點其在我國地鐵工程建設(shè)過程中得到迅速普及，此工法在施工過程中仍然可能引起地面坍塌以及地表沉降。積累工程相關(guān)方面的經(jīng)驗與教訓(xùn)，是盾構(gòu)技術(shù)人員有待解決的課題。該文結(jié)合長春地鐵1號線工程論述了盾構(gòu)法施工的優(yōu)點.并對盾構(gòu)法施工中的技術(shù)要領(lǐng)作了分析目的在于為今后類似工程提供設(shè)計、施工、監(jiān)理等工程參考資料。

關(guān)鍵詞：市政工程 地鐵 盾構(gòu)法 施工技術(shù) 質(zhì)量控制

中圖分類號：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

長春地鐵1號線一期工程人民廣場站～解放大路站車站及區(qū)間工程項目包含：解放大路站、人民廣場站～解放大路站區(qū)間。本區(qū)間出人民廣場南端，側(cè)穿中蘇紀(jì)念碑，轉(zhuǎn)入人民大街，沿人民大街路中布置，向南依次下穿錦水路、中華路、進(jìn)入解放大路站，區(qū)間兩側(cè)為市公安局、市委大樓、兒童公園、牡丹園樓，區(qū)間全長932.8 m，線間距16～17.5 m，區(qū)間隧道頂埋深14.2～18.4 m。區(qū)間設(shè)計里程K18+303.5～K19+236.3，區(qū)間長度約932.8 m，其中右線單渡處到解放大路站端270.4 m區(qū)段，采用暗挖法施工，兼做人民廣場南端右線盾構(gòu)接收井，左線單渡線到解放大路站端，長約220 m，采用暗挖法施工，其余部分采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間在K18+635處設(shè)聯(lián)絡(luò)通道一座，在K19+20.5處設(shè)置臨時施工橫通道及施工豎井，用于南端礦山區(qū)間施工以及北端盾構(gòu)接收吊出所用。

1 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)準(zhǔn)備階段

提前根據(jù)盾構(gòu)始發(fā)井場地的周邊環(huán)境，考慮設(shè)計好區(qū)間盾構(gòu)隧道施工場地，精心組織安排盾構(gòu)始發(fā)井的施工，為盾構(gòu)機(jī)盡早進(jìn)場安排場地布置提供條件，以確保盾構(gòu)機(jī)能按時始發(fā)。（1）場地內(nèi)主要施工設(shè)施及主要配套設(shè)備安裝：龍門吊軌道梁荷載較大，并且要橫跨基坑，基礎(chǔ)要妥善處理，軌道梁斷面設(shè)計和布筋均要達(dá)到設(shè)計要求。要提前安排施工，保證有足夠的混凝土等強(qiáng)時間。軌道平整度要控制在±3 mm內(nèi)。場內(nèi)共安裝2臺45T龍門吊負(fù)責(zé)出碴、2臺25T汽車吊裝卸管片。龍門吊安裝前要向主管部門報裝，并邀請對安裝調(diào)試過程進(jìn)行監(jiān)督，以利于及時通過檢驗投入使用。（2）盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭土體加固：盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時工作面將處于開放狀態(tài)，如果處理不當(dāng)涌砂和涌水以及地下水等就會涌入工作井內(nèi)這種開放狀態(tài)將持續(xù)較長時間當(dāng)嚴(yán)重情況下會引起洞門塌方。因此端頭加固工作在盾構(gòu)施工中顯得極為重要。地面場地允許的情況下，優(yōu)先選用地面加固措施。加固土體要有良好的均勻性和自立性，掌子面不得有明顯的滲水，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.5～0.8 MPa，土體滲透系數(shù)≤1×10-8 cm/sec。（3）洞門鑿除：在始發(fā)或到達(dá)前將洞門端頭圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑿除。鑿除洞門采用人工風(fēng)鎬破除的方法。為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，鑿洞分三階段進(jìn)行。第一次洞門鑿除采用人工鑿除，鑿除時按先上后下、先中間后兩側(cè)的順序進(jìn)行；第二次洞門鑿除剩余混凝土，鑿除完畢后，用風(fēng)鎬修整洞門周圈混凝土面，使洞門周圍圓順；第三次洞門鑿除迅速鑿除外圍殘留鋼筋混凝土，將洞門周圍鋼筋修整切割圓順，盡量縮短洞門土體無支撐時間；發(fā)現(xiàn)有異常情況后為了防止墻外土體坍塌立即從圍護(hù)結(jié)構(gòu)外進(jìn)行注漿加固迅速用木板和鋼管撐住的措施進(jìn)行補(bǔ)救。

2 盾構(gòu)初期掘進(jìn)施工控制

根據(jù)業(yè)主提供的始發(fā)場地，綜合考慮工程的經(jīng)濟(jì)性以及施工場地，采用完整始發(fā)方案，即先將臺車下井，并將橋架吊入井內(nèi)，最后將盾構(gòu)主體吊裝下井。待盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試完成后開始掘進(jìn)。始發(fā)階段的出碴開始采用臨時出土用的1.5×3×1.3 m小土斗，垂直運輸使用吊車，井下水平運輸采用管片小車。待盾構(gòu)掘進(jìn)一定長度，滿足碴土車正常運輸后，采用電瓶車和碴土車正常出土，垂直運輸使用龍門吊。（1）初期掘進(jìn)控制：初期掘進(jìn)期前對前方地層要根據(jù)土質(zhì)情況選擇恰當(dāng)?shù)哪Ｊ讲荒芤桓哦搶Φ刭|(zhì)情況要充分了解；確定密封倉被充滿后土壓平衡狀態(tài)下密封倉內(nèi)的土壓力且開啟螺旋輸送機(jī)出土，控制排土速度來保證密封倉內(nèi)的土壓力和開挖面土壓力相平衡。（2）盾構(gòu)初期掘進(jìn)的控制管理：初期掘進(jìn)為盾構(gòu)施工中技術(shù)難度最大的環(huán)節(jié)之一，不可操之過急，要穩(wěn)扎穩(wěn)打。在初始掘進(jìn)段內(nèi)，對盾構(gòu)的推進(jìn)速度、土倉壓力、注漿壓力作了相應(yīng)的調(diào)整，指標(biāo)為：推進(jìn)速度20～

30 mm/min，土倉壓力：0.06～0.11 MPa，注漿壓力：0.15～0.2 MPa。

3 盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制和調(diào)整

盾構(gòu)推進(jìn)不可能完全按照設(shè)計的隧道軸線前進(jìn)主要是由于地層軟硬不均、操作不當(dāng)以及坡度變化和隧道曲線等因素的影響在盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)過程中勢能夠造成設(shè)計與施工不相符的偏差當(dāng)這種偏差超限界時就會使盾尾間隙變小、隧道襯砌侵限使管片局部受力發(fā)生破壞并造成地層機(jī)地表沉降。因此，盾構(gòu)施工中采取有效技術(shù)措施控制掘進(jìn)方向，及時有效糾正掘進(jìn)偏差。（1）盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制：本工程中盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測主要采用人工測量和隧道自動導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控在上坡段掘進(jìn)時，適當(dāng)增大盾構(gòu)機(jī)下部油缸的推力和速度，根據(jù)線路條件所做的分段軸線擬合控制計劃結(jié)合隧道地層情況并通過導(dǎo)向系統(tǒng)反映的盾構(gòu)姿態(tài)的信息分區(qū)操作盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)油缸來控制掘進(jìn)方向。在左轉(zhuǎn)彎曲線段掘進(jìn)時采取增大盾構(gòu)機(jī)右部油缸的推力和速度；在右轉(zhuǎn)彎曲線段掘進(jìn)時來增大盾構(gòu)機(jī)左部油缸的推力和速度在下坡段掘進(jìn)時適當(dāng)增大盾構(gòu)機(jī)上部油缸的推力和速度；在均勻的地質(zhì)條件時，保持所有油缸推力和速度一致在直線段掘進(jìn)時盡量使所有的推力和速度保持一致。在軟硬不均的地層掘進(jìn)時遵循硬地層一側(cè)推進(jìn)油缸的推力和速度適當(dāng)加大并根據(jù)不同地層在斷面的具體分布情況采取軟地層一側(cè)推進(jìn)油缸的推力和速度適當(dāng)減小的原則進(jìn)行施工。（2）盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整與糾偏：在實際施工中由于地質(zhì)突變等原因盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)方向可能會偏離設(shè)計軸線并超過管理警戒值在線路變坡段掘進(jìn)也同樣產(chǎn)生較大的偏差因地層提供的滾動阻力小可能會產(chǎn)生盾體滾動偏差。因此，及時糾正偏差調(diào)整盾構(gòu)機(jī)工作姿態(tài)。將盾構(gòu)機(jī)的方向控制調(diào)整到符合要求的范圍采用分區(qū)操作盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)糾正施工過程中的偏差；在變坡段必要時可利用盾構(gòu)機(jī)的中盾和尾盾的鉸接油缸進(jìn)行調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿并利用盾構(gòu)機(jī)的超挖刀進(jìn)行局部超挖來糾偏；由于特殊原因造成盾構(gòu)偏離設(shè)計軸線過大要根據(jù)實際情況制定糾偏方案需要長距離糾偏時逐步進(jìn)行糾偏減少對地層的擾動但盾構(gòu)一次糾偏量不宜過大。

4 掘進(jìn)中的碴土改良措施

在粘性大及復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工中，根據(jù)圍巖條件適當(dāng)注入添加劑，確保碴土的流動性和止水性，同時要慎重進(jìn)行土倉壓力和排土量管理。（1）碴土改良的目的：使碴土具有良好的土壓平衡效果，利于穩(wěn)定開挖面提高碴土的不透水性控制地表沉降使碴土具有較好的止水性從而控制地下水流失；防止開挖的碴土粘結(jié)刀盤而產(chǎn)生泥餅提高碴土的流動性防止螺旋輸送機(jī)排土?xí)r出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，利于螺旋輸送機(jī)排土；為了提高盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率采取降低刀盤扭矩和螺旋輸送機(jī)的扭矩同時也起到了減少對刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損。（2）改良的方法與添加劑：碴土改良就是利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合通過盾構(gòu)機(jī)配置的專用裝置向刀盤面、土倉內(nèi)或螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫或膨潤土，其主要目的就是要使盾構(gòu)切削下來的碴土具有好的較低的透水性、合適的稠度、流塑性和較小的摩阻力，以使在不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)掘進(jìn)均達(dá)到理想的工作

狀況。（3）碴土改良的主要技術(shù)措施：根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和盾構(gòu)施工的經(jīng)驗，采取如下主要技術(shù)措施。在含水地層采用土壓平衡模式掘進(jìn)時增加對螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入的泡沫量，以利于螺旋輸送機(jī)形成土塞效應(yīng)，向刀盤面、土倉內(nèi)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫或膨潤土防止噴涌。在砂性土地層中掘進(jìn)時泡沫注入量根據(jù)具體情況確定采取向刀盤面和土倉內(nèi)注入泡沫來改良碴土；由于掘進(jìn)對地層的擾動在塊狀結(jié)構(gòu)中掘進(jìn)時不易形成連續(xù)的土壓，為此采取向刀盤面、土倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫和濃度高的膨潤土泥漿來改良碴土來維持土倉內(nèi)土壓平衡。

5 管線和地面構(gòu)筑特保護(hù)方案

本標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間地下管線、地面構(gòu)筑物保護(hù)措施。采取如下措施：（1）盾構(gòu)推進(jìn)前，詳細(xì)調(diào)查、掌握施工影響范圍內(nèi)的地面建、構(gòu)筑物及地下障礙物、地下設(shè)施等，必要時可進(jìn)行物探或開樣槽探明；對建、構(gòu)筑物的現(xiàn)狀進(jìn)行拍照、建檔，圈定重點對象，制定切實可行的方案，做到資料詳實、方案周密、措施有效、施工可行。對于阻礙隧道前行的管道采取改遷或架空方式。對于新田小區(qū)綜合樓的保護(hù)措施集合專家加以討論論證再實施。（2）盾構(gòu)推進(jìn)時，須對盾構(gòu)外徑及襯砌外徑間的環(huán)形空隙同步注漿，要求漿液必須滿足泵送要求，漿液泌水率<3%，漿液1天的強(qiáng)度≥周圍土體的強(qiáng)度，并確保在7°地震下不液化。穿越障礙物工程段時，降低推進(jìn)速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向和一次糾偏量≤2 mm，根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及設(shè)計反分析的反饋信息，及時調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、正面土艙壓力、出土量、同步注漿量等施工參數(shù)，確保盾構(gòu)機(jī)的平穩(wěn)穿越。同步注漿量應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整，一般宜控制在盾尾建筑空隙的≥200%。進(jìn)行壁后補(bǔ)注漿。注漿時，應(yīng)注意控制注漿壓力和注漿量，確保注漿時，不對周圍地層和樓房地基產(chǎn)生大的橫向壓力。

6 結(jié)語

盾構(gòu)地鐵施工技術(shù)己成為近年來城市地下工程施工對周圍地層擾動最小的施工方法，但由于地質(zhì)條件和施工工藝的限制，盾構(gòu)施工還是會引起地層變形及地面沉降不可避免地引起地層的擾動。盾構(gòu)出洞前均可以降低盾構(gòu)到達(dá)的風(fēng)險合理的降壓步驟及清理渣土位置。盾構(gòu)掘進(jìn)施工前選擇合理的開倉位置盡量選擇在地層穩(wěn)定性較好及地面無建筑物的空地根據(jù)沿線地面條件及地質(zhì)條件可在開倉位置進(jìn)行地面加固。在塌空區(qū)域盡量避免選擇帶壓開倉和采取帶壓開倉方式進(jìn)行，盾構(gòu)到達(dá)階段降壓位置應(yīng)選擇在盾構(gòu)機(jī)刀盤頂?shù)絿o(hù)結(jié)構(gòu)后進(jìn)行降壓，降壓過程中需密切關(guān)注土倉壓力變化，出現(xiàn)異常情況及時填倉[1]。

參考文獻(xiàn)

[1]馮國冠.基于某地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工坍塌處理技術(shù)分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012（3）：174-178.