地鐵盾構機下穿河流施工安全監控重點及對策

胡蘭初

摘 要：盾構法隧道施工在我國地鐵建設中應用最為廣泛，其中盾構機穿越河流的情況比較常見。在實施盾構法隧道施工安全工作中施工人員應熟悉和掌握施工安全監控重點及相應對策，從而為業主提供優質的工程產品。

關鍵詞：盾構機 下穿河流 監控重點 對策

中圖分類號：TU94 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0113-02

近年來，為適應城市發展需要和滿足城市居民日益增長的出行需求，南京市地鐵建設不斷加快了建設步伐。由于地鐵盾構法隧道施工技術難度大、施工風險高、質量要求高、不可預測因素多。因此，施工人員應熟悉和掌握盾構法隧道施工安全監控重點及相應對策，才能真正做到有效地對施工安全和質量進行監控，從而為業主提供優質的工程產品。本人有幸參加了地鐵南京至高淳城際軌道穿越國鐵段工程土建施工（DJ-TA04標）的施工，是南京市2013年的重點工程之一，該區段地質條件復雜，影響的構建物較多，特別是下穿秦淮新河，是全線施工中的難度最大的，本人在區間隧道掘進施工過程中，通過不斷摸索與總結，也積累了一些菲薄的施工經驗，以下就以此為例，對隧道盾構機下穿河流掘進施工中安全工作應監控的重點及采取的對策，談幾點體會，以為拋磚引玉。

1 盾構機下穿河流前的準備工作

1.1 盾構機及后配套設備的檢查

本工程區間隧道掘進采用兩臺中鐵隧道裝備制造有限公司生產制造的復合式土壓平衡盾構機。構成主要由盾構殼體（包括刀盤及切口環、支撐環、盾尾）、推進系統、拼裝系統、油脂潤滑系統、監控系統等組成。在下穿河流前的重點工作是對盾構機的刀具磨損情況及后配套設備主要部件和系統進行檢查和核對，在盾構到達秦淮新河前，左線隧道于1040環、右線隧道于1030環，均位于上部強風化粉細砂巖、下部中風化粉細砂巖地層，具備開倉條件。重點對盾構機刀盤的鑲齒敷焊滾刀進行磨損量檢查，磨損值大于3 mm（總厚度6 mm）的進行更換，鑲齒敷焊滾刀在前期的施工中可以滿足400環連續推進的要求。盾構進入秦淮新河范圍前10環，將推進油缸推至最大行程，檢查盾構掘進方向的前兩道盾尾密封刷完好狀況，如有損壞則對這兩道盾尾刷進行更換。必須確保盾構機和后配套完全滿足通過該區間的安全要求。

1.2 物資材料儲備

盾構穿越秦淮新河區段，隧道左右線共計220環，在盾構到達前，將穿越施工相關的物資材料配備齊全。物資材料除同步注漿所需水泥、膨潤土、砂、粉煤灰，以及管片須分批次購進外，其余所有材料均在盾構到達前一天全部備至現場。

1.3 機械設備儲備

在檢查設備的同時，對日常的設備易損件進行備貨，主要包括：

（1）盾構機易損件：刀具、各部位傳感器、油料濾芯、電器控制元件、雙梁控制開關觸點、隔膜泵密封圈、O型密封圈。

（2）門吊易損件配備：限位開關、空氣開關、控制接觸器等電器元件。

（3）攪拌站易損件：空氣開關、提升鋼絲繩、密封盤根、限位開關。

（4）電瓶列車：電瓶插頭、剎車氣管、保險絲。

（5）其他：臨電開關、各型號熔斷器、電力電纜、照明燈具、電箱等。

1.4 機械設備的改造

為防止盾構刀盤在通過四處勘探孔時發生螺旋機噴涌現象，對螺旋機出口處進行改造，即在螺旋機出口處加焊DN200球閥，球閥與同直徑鍍鋅鋼管連接，沿皮帶機方向一直連通至出土口，鍍鋅鋼管使用支架錨固，支架焊接在臺車上部，皮帶機左側；鍍鋅鋼管末端彎折處理，開口向下。鍍鋅鋼管分段鉚接，以方便堵管時的清理工作。

2 施工流程的編制

盾構穿越秦淮新河施工流程如圖1。

3 前期盾構施工參數優化

左右線盾構前期分別順利穿越了國鐵橋群、機場高速跨宏運大道立交橋，兩個特殊地段均處于全斷面中風化粉細砂巖地層。在施工過程中，經過反復調整后，確定盾構施工參數（表1）。

4 采用的技術控制措施

借鑒前期施工經驗參數，結合秦淮新河段地質、埋深、線型等具體情況，在盾構穿越期間采取以下措施：

（1）推進土壓、出土量

①推進土壓

盾構穿越秦淮新河期間，隧道位于強風化、中風化粉細砂巖地層，隧道頂埋深目前介于15.21～15.7m（包括水深），因此為杜絕土方超挖，減少土倉含水量，控制刀盤土倉上部土壓為0.18MPa。

②出土量

每環盾構掘進出土量理論值為：

V=L·π·D2/4=1.2×3.14×6.472÷4

=39.4方，由于土體改良，實際出土量在理論值基礎上擴充0.3的系數，即：V'=39.4×1.3=51.2方。盾構推進過程中通過對渣土車的實際存土數量對開挖土方進行控制，目標值為51方/環。

（2）推進速度、刀盤轉速與扭矩

盾構穿越秦淮新河期間，掘進速度控制在20mm/min，勻速推進；刀盤轉速控制設定為1.2r/min；刀盤扭矩屬于被動參數，因此控制在3500kN·m以內，防止刀盤電機脫扣。

（3）盾構姿態

盾構穿越秦淮新河區域隧道的平面線型為半徑350 m左轉彎圓曲線，縱斷面線型為6.948‰（右線6.926‰）的下坡。盾構穿越前將盾構平面姿態控制在±20 mm之間，垂直姿態控制在設計軸線以下30～45 mm之間；穿越過程中，加強對自動測量控制點進行復測，并控制盾構姿態的糾偏量，確保以既定姿態推進。

（4）確保管片防水和拼裝質量

項目部指派2名質檢人員，分白晚班專門盯控管片防水材料粘貼質量，杜絕止水條脫落、起鼓以及角部不對齊現象，確保管片防水效果，杜絕地下水滲入現象發生；同時，每環拼裝完畢后、下環推進時以及管片脫出盾尾后分別三次緊固連接螺栓，以免管片襯砌變形而引起土體變形；在管片拼裝方面，提高拼裝質量，杜絕角部破碎，防止隧道漏水，避免引發地面沉降。endprint

（5）做好同步注漿和二次注漿工作

盾構穿越秦淮新河期間，采用同步注漿與二次注漿結合的方式，同步注漿采用壓力與注漿量雙控的標準，目標壓力值為0.2 MPa，每環的注漿量控制在6～9方；二次注漿用于隧道封環，盾構每掘進5環對當前環后部第9環位置進行封堵，隔絕后部水體的流通通道，改善同步注漿填充效果，二次注漿壓力控制在0.3 MPa以內。

（6）刀盤前土體改良及防噴涌

因盾構在穿越期間為帶壓推進，因此須使用泡沫劑對土體進行改良，泡沫劑原液稀釋比例3%，泡沫溶液與空氣比例1：8。

（7）合理安排施工工序

盾構穿越秦淮新河期間，項目部2名副經理帶班作業，主要負責分配掘進出土與管片拼裝等主要施工工序的時間，盡量縮短測量、管片、渣土車等待的時間，提高運輸效率，維持作業面連續施工，并及時按照管片需求型號組織下井運輸，加快管片拼裝作業。

（8）加強地面巡視

由項目部指定專職安全員在穿越期間對秦淮新河進行每日巡視，巡視不間斷進行；安全員巡視時主要觀察河水氣泡現象，并隨時上報結果。

5 采用的關鍵技術措施

（1）曲線段推進

此段地鐵隧道部分位于半徑350 m的左轉彎圓曲線上，屬于小轉彎半徑線型，在推進過程中著重采取以下措施：

①盾構機在掘進過程中在確保姿態的基礎上，控制每環的糾偏量不大于3 mm；

②手動控制土倉壓力，嚴禁土方超挖；

③每環的出土量以渣土車實際存方方量統計值為準。

④注重同步注漿質量，特別是漿液初凝時間、稠度與方量，確保隧道外間隙填充飽滿與及時固結。

（2）出土方式的轉換

在盾構刀盤位于四處勘探孔范圍時，可能發生螺旋機噴涌現象，此時須進行盾構出土方式的轉換，即：盾構暫停掘進并關閉螺旋機末道閘門，開啟螺旋機出口處的球閥，讓泥漿或水通過DN200鍍鋅鋼管直接排至渣土斗中，同時盾構機恢復掘進；當鍍鋅鋼管中水流終止，則切換回常規出土方式，關閉球閥、清洗鋼管；如此交替轉換，使盾構刀盤脫離勘探孔范圍。盾構穿越秦淮新河在其他情況下螺旋機發生噴涌時，也可通過此出土方式的轉換，來保證盾構連續掘進。

（3）強風化、中風化粉細砂巖地層推進措施

每環推進前，首先注入泡沫溶液，旋轉刀盤并向前頂進，螺旋機不出土，待土倉上部土壓達到0.18 MPa，土倉內土體攪拌均勻后再開啟螺旋機，正常推進。整個推進過程中，須動態控制上部土壓，令其始終保持在0.18 MPa這一數值。

在推進時，保持20 mm/min的速度連續掘進，每環最后200 mm行程的推進過程中，減少螺旋機出土，上部土壓逐步建壓至0.25 MPa，減少在推進完成后的管片拼裝過程中，前方水體進入刀盤的方量，為下一環推進營造良好的出土條件。

6 結語

盾構機下穿河流施工是一項技術性較強的作業，通過多年來前人的不斷摸索和實踐已經形成了一套比較成熟的施工技術，尤其是近年來在地鐵建設中得到了廣泛的應用，而且國產盾構的制造及施工技術也取得了可喜的成績。這些都對施工人員的素質提出了更高的要求，更需施工人員通過不斷學習和實踐，熟悉這些相關的施工技術，掌握盾構機下穿河流施工安全監控重點及相應的對策，才能為今后盾構法隧道施工質量、施工安全提供有力的保障。

參考文獻

[1] 張庭華.土壓平衡盾構土艙壓力控制技術研究[J].鐵道標準設計，2005（8）.

[2] 周文波.盾構法隧道施工技術及應用[M].北京：中國建筑出版社，2004.

[3] 竺維彬，鞠世健.盾構隧道管片開裂的原因及相應對策[J].現代隧道技術，2003（1）.

[4] 管會生，高波.盾構切削刀具壽命的計算[J].工程機械，2006（1）.

[5] 梁精華.盾構隧道壁后注漿材料配比優化及漿體變形特性研究[D].河海大學，2006.

[6] 林鍵.土體改良降低土壓平衡式盾構刀盤扭矩的機理研究[D].河海大學，2006.endprint

（5）做好同步注漿和二次注漿工作

盾構穿越秦淮新河期間，采用同步注漿與二次注漿結合的方式，同步注漿采用壓力與注漿量雙控的標準，目標壓力值為0.2 MPa，每環的注漿量控制在6～9方；二次注漿用于隧道封環，盾構每掘進5環對當前環后部第9環位置進行封堵，隔絕后部水體的流通通道，改善同步注漿填充效果，二次注漿壓力控制在0.3 MPa以內。

（6）刀盤前土體改良及防噴涌

因盾構在穿越期間為帶壓推進，因此須使用泡沫劑對土體進行改良，泡沫劑原液稀釋比例3%，泡沫溶液與空氣比例1：8。

（7）合理安排施工工序

盾構穿越秦淮新河期間，項目部2名副經理帶班作業，主要負責分配掘進出土與管片拼裝等主要施工工序的時間，盡量縮短測量、管片、渣土車等待的時間，提高運輸效率，維持作業面連續施工，并及時按照管片需求型號組織下井運輸，加快管片拼裝作業。

（8）加強地面巡視

由項目部指定專職安全員在穿越期間對秦淮新河進行每日巡視，巡視不間斷進行；安全員巡視時主要觀察河水氣泡現象，并隨時上報結果。

5 采用的關鍵技術措施

（1）曲線段推進

此段地鐵隧道部分位于半徑350 m的左轉彎圓曲線上，屬于小轉彎半徑線型，在推進過程中著重采取以下措施：

①盾構機在掘進過程中在確保姿態的基礎上，控制每環的糾偏量不大于3 mm；

②手動控制土倉壓力，嚴禁土方超挖；

③每環的出土量以渣土車實際存方方量統計值為準。

④注重同步注漿質量，特別是漿液初凝時間、稠度與方量，確保隧道外間隙填充飽滿與及時固結。

（2）出土方式的轉換

在盾構刀盤位于四處勘探孔范圍時，可能發生螺旋機噴涌現象，此時須進行盾構出土方式的轉換，即：盾構暫停掘進并關閉螺旋機末道閘門，開啟螺旋機出口處的球閥，讓泥漿或水通過DN200鍍鋅鋼管直接排至渣土斗中，同時盾構機恢復掘進；當鍍鋅鋼管中水流終止，則切換回常規出土方式，關閉球閥、清洗鋼管；如此交替轉換，使盾構刀盤脫離勘探孔范圍。盾構穿越秦淮新河在其他情況下螺旋機發生噴涌時，也可通過此出土方式的轉換，來保證盾構連續掘進。

（3）強風化、中風化粉細砂巖地層推進措施

每環推進前，首先注入泡沫溶液，旋轉刀盤并向前頂進，螺旋機不出土，待土倉上部土壓達到0.18 MPa，土倉內土體攪拌均勻后再開啟螺旋機，正常推進。整個推進過程中，須動態控制上部土壓，令其始終保持在0.18 MPa這一數值。

在推進時，保持20 mm/min的速度連續掘進，每環最后200 mm行程的推進過程中，減少螺旋機出土，上部土壓逐步建壓至0.25 MPa，減少在推進完成后的管片拼裝過程中，前方水體進入刀盤的方量，為下一環推進營造良好的出土條件。

6 結語

盾構機下穿河流施工是一項技術性較強的作業，通過多年來前人的不斷摸索和實踐已經形成了一套比較成熟的施工技術，尤其是近年來在地鐵建設中得到了廣泛的應用，而且國產盾構的制造及施工技術也取得了可喜的成績。這些都對施工人員的素質提出了更高的要求，更需施工人員通過不斷學習和實踐，熟悉這些相關的施工技術，掌握盾構機下穿河流施工安全監控重點及相應的對策，才能為今后盾構法隧道施工質量、施工安全提供有力的保障。

參考文獻

[1] 張庭華.土壓平衡盾構土艙壓力控制技術研究[J].鐵道標準設計，2005（8）.

[2] 周文波.盾構法隧道施工技術及應用[M].北京：中國建筑出版社，2004.

[3] 竺維彬，鞠世健.盾構隧道管片開裂的原因及相應對策[J].現代隧道技術，2003（1）.

[4] 管會生，高波.盾構切削刀具壽命的計算[J].工程機械，2006（1）.

[5] 梁精華.盾構隧道壁后注漿材料配比優化及漿體變形特性研究[D].河海大學，2006.

[6] 林鍵.土體改良降低土壓平衡式盾構刀盤扭矩的機理研究[D].河海大學，2006.endprint

（5）做好同步注漿和二次注漿工作

盾構穿越秦淮新河期間，采用同步注漿與二次注漿結合的方式，同步注漿采用壓力與注漿量雙控的標準，目標壓力值為0.2 MPa，每環的注漿量控制在6～9方；二次注漿用于隧道封環，盾構每掘進5環對當前環后部第9環位置進行封堵，隔絕后部水體的流通通道，改善同步注漿填充效果，二次注漿壓力控制在0.3 MPa以內。

（6）刀盤前土體改良及防噴涌

因盾構在穿越期間為帶壓推進，因此須使用泡沫劑對土體進行改良，泡沫劑原液稀釋比例3%，泡沫溶液與空氣比例1：8。

（7）合理安排施工工序

盾構穿越秦淮新河期間，項目部2名副經理帶班作業，主要負責分配掘進出土與管片拼裝等主要施工工序的時間，盡量縮短測量、管片、渣土車等待的時間，提高運輸效率，維持作業面連續施工，并及時按照管片需求型號組織下井運輸，加快管片拼裝作業。

（8）加強地面巡視

由項目部指定專職安全員在穿越期間對秦淮新河進行每日巡視，巡視不間斷進行；安全員巡視時主要觀察河水氣泡現象，并隨時上報結果。

5 采用的關鍵技術措施

（1）曲線段推進

此段地鐵隧道部分位于半徑350 m的左轉彎圓曲線上，屬于小轉彎半徑線型，在推進過程中著重采取以下措施：

①盾構機在掘進過程中在確保姿態的基礎上，控制每環的糾偏量不大于3 mm；

②手動控制土倉壓力，嚴禁土方超挖；

③每環的出土量以渣土車實際存方方量統計值為準。

④注重同步注漿質量，特別是漿液初凝時間、稠度與方量，確保隧道外間隙填充飽滿與及時固結。

（2）出土方式的轉換

在盾構刀盤位于四處勘探孔范圍時，可能發生螺旋機噴涌現象，此時須進行盾構出土方式的轉換，即：盾構暫停掘進并關閉螺旋機末道閘門，開啟螺旋機出口處的球閥，讓泥漿或水通過DN200鍍鋅鋼管直接排至渣土斗中，同時盾構機恢復掘進；當鍍鋅鋼管中水流終止，則切換回常規出土方式，關閉球閥、清洗鋼管；如此交替轉換，使盾構刀盤脫離勘探孔范圍。盾構穿越秦淮新河在其他情況下螺旋機發生噴涌時，也可通過此出土方式的轉換，來保證盾構連續掘進。

（3）強風化、中風化粉細砂巖地層推進措施

每環推進前，首先注入泡沫溶液，旋轉刀盤并向前頂進，螺旋機不出土，待土倉上部土壓達到0.18 MPa，土倉內土體攪拌均勻后再開啟螺旋機，正常推進。整個推進過程中，須動態控制上部土壓，令其始終保持在0.18 MPa這一數值。

在推進時，保持20 mm/min的速度連續掘進，每環最后200 mm行程的推進過程中，減少螺旋機出土，上部土壓逐步建壓至0.25 MPa，減少在推進完成后的管片拼裝過程中，前方水體進入刀盤的方量，為下一環推進營造良好的出土條件。

6 結語

盾構機下穿河流施工是一項技術性較強的作業，通過多年來前人的不斷摸索和實踐已經形成了一套比較成熟的施工技術，尤其是近年來在地鐵建設中得到了廣泛的應用，而且國產盾構的制造及施工技術也取得了可喜的成績。這些都對施工人員的素質提出了更高的要求，更需施工人員通過不斷學習和實踐，熟悉這些相關的施工技術，掌握盾構機下穿河流施工安全監控重點及相應的對策，才能為今后盾構法隧道施工質量、施工安全提供有力的保障。

參考文獻

[1] 張庭華.土壓平衡盾構土艙壓力控制技術研究[J].鐵道標準設計，2005（8）.

[2] 周文波.盾構法隧道施工技術及應用[M].北京：中國建筑出版社，2004.

[3] 竺維彬，鞠世健.盾構隧道管片開裂的原因及相應對策[J].現代隧道技術，2003（1）.

[4] 管會生，高波.盾構切削刀具壽命的計算[J].工程機械，2006（1）.

[5] 梁精華.盾構隧道壁后注漿材料配比優化及漿體變形特性研究[D].河海大學，2006.

[6] 林鍵.土體改良降低土壓平衡式盾構刀盤扭矩的機理研究[D].河海大學，2006.endprint