城際軌道交通地下區間盾構施工工藝

卜紅旗

(1.南京重大路橋建設指揮部，南京 210039；2.南京市地下鐵道工程建設指揮部，南京 210039)

隨著城市地下軌道交通建設的不斷深入，盾構法以其安全、可靠、快速和環保等優點越來越收到人們的青睞[1-3]。由于地下管網和已建隧道越來越密集，盾構施工地質條件越來越復雜，使得盾構施工難度和風險越來越大。隨著國內外專家的不斷深入研究以及工程經驗的積累，越來越多的盾構施工難題被解開，為盾構施工積累了大量的財富。本文結合寧和城際軌道交通一期工程天河路站～新梗街站區間盾構工程對盾構施工中最關鍵的盾構始發與接收施工技術進行了闡述，并詳述了盾構在正常掘進過程中的施工工藝，希望能在類似工程中推廣運用。

1 工程概況

寧和城際軌道交通一期工程線路全長約37.64 km，其中高架線23.04 km，地下線14.2 km，地面線0.1 km，敞開段0.3 km，共設18座車站。線路最大站間距12 331 m，最小站間距792 m。工程擬采用B型車，設計時速100 km/h。天河路站～新梗街站區間最小曲線半徑R=350 m，左右線間距為13.5～18.5 m。區間全長1 537.40 m。盾構區間隧道左、右線采用2臺土壓平衡盾構機掘進。線路最大縱坡12.1％，最小縱坡10％。隧道拱頂覆土8.9～12.4 m。根據地下水賦存條件，場區地下水類型主要為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，松散巖類孔隙水有孔隙潛水及孔隙承壓水。工程平面示意圖如圖1所示。

2 正常段盾構掘進施工

在正常推進條件下，盾構推進的要點是控制土層損失率，防止引起的地面沉降影響周圍建筑物和地下管線的安全。

(1)地面沉降控制(信息化動態施工管理)

每環推進過程中，嚴格控制土壓力，波動范圍控制在20 kPa以內，使切口正面土體保持穩定狀態，以減少對土體的擾動程度。現場建立數字化監測信息交流系統，使盾構在推進過程中參數更為合理和準確，地面沉降在可控范圍之內。

圖1 工程總平面示意圖

(2)盾構推進主要參數設定

盾構推進需進行土倉內土壓力P、千斤頂推力F、刀盤轉速n1、刀盤扭矩T、掘進速度V、注漿壓力P2、注漿量V1、左右推進千斤頂行程差ΔS、盾構機俯仰角α、盾構機滾轉角β、管片與盾尾的間隙δ～δ4等參數的設定。

(3)渣土改良

天河路站至新梗街站區間隧道斷面涉及土層主要為砂層和淤泥質粉土，掘進過程中較容易產生“鐵板沙”現象和螺旋機“噴涌”現象，在掘進過程中防止“鐵板沙”現象和螺旋機“噴涌”的產生將是本工程的重中之重。

(4)盾構掘進方向控制

由于多種復雜因素的影響，包括地層不均、曲線隧道和隧道坡度變化以及盾構操控等，使得盾構推進實際軸線與設計軸線可能會產生一定的偏差。為防止實際軸線偏差超過一定限界使隧道襯砌侵限、管片局部受力惡化，在盾構施工中必須及時有效糾正掘進偏差。

(5)盾尾油脂的壓注

為了能安全并順利地完成隧道的掘進任務，配備良好的盾尾密封系統并切實地做好盾尾油脂的壓注工作至關重要。本工程采用盾構機的盾尾密封系統具有良好的可靠性和耐久性，施工過程中可在各道密封刷之間利用自動供給油脂系統壓注高止水性油脂，確保穿越河道、深覆土及巖層段掘進的止水可靠性。

(6)盾構管片拼裝

本工程管片采用錯縫拼裝，每環隧道襯砌由6塊預制鋼筋混凝土管片(1塊小封頂塊、2塊鄰接塊和3塊標準塊)拼裝而成，成環形式為小封頂縱向插入式。管片在拼裝過程中需要注意許多關鍵問題：如控制襯砌環面的平整度、環面的超前量、橢圓度、管片成環后的間隙等。具體控制措施如下：①先對管片的環面、端面進行清理，然后再進行防水橡膠條的粘貼，再對管片進行防水處理。②在管片拼裝過程中要注意先清除盾尾處拼裝部位的垃圾和雜物，第一塊管片的定位十分重要，要確保定位精確。③管片拼裝的姿態需根據管片的高程和平面的測量報表及管片間隙及時做出調整。④在一環管片拼裝結束后，利用千斤頂控制到所需的頂力，進行下一管片的拼裝，這樣逐塊進行完成一環管片的拼裝。⑤在使用千斤頂時需注意當管片拼裝完成后要及時調整千斤頂的頂力，防止盾構姿態突變。⑥自負環管片做起，需要一環一環的檢查，嚴格控制管片環面的平整度，保證每塊管片的環面不能凸出相鄰管片，以免管片接縫處碎裂。⑦施工中為嚴格控制管片環面與隧道設計軸線的垂直，需要抽檢管片圓環環面與隧道設計軸線的垂直度。⑧相鄰環高差控制：管片在拼裝過程中需要嚴格控制環高差，不超出允許范圍。因為相鄰環高差量的大小直接影響到建成隧道軸線的質量以及隧道有效斷面。⑨成環管片縱、環向螺栓連接的緊密程度將直接影響到隧道的整體性能和質量。因此在每環襯砌拼裝結束后需及時擰緊連接襯砌的縱、環向螺栓；在下一環推進過程中，利用千斤頂頂力的作用，復緊縱向螺栓；當成環管片推出車架后，再次對縱、環向螺栓進行復緊。

(7)同步注漿

由于管片的直徑小于盾構的外徑，但是在盾構的推進過程中管片與土體之間將產生建筑空隙。為了能控制盾構施工時對地面沉降的影響需及時填充這些空隙。所以采用盾構一邊向前推進，一邊對盾構產生的建筑空隙進行及時填充注漿的方法，即同步注漿法。

3 盾構始發與接收

盾構始發與接收是盾構法建造隧道的關鍵工序，該工序施工工藝的優劣將直接影響到建成后隧道或管道的軸線質量、始發與接收洞口處環境保護的成效及工程施工的成敗。下面結合工程實際對盾構的始發與接收施工工藝提出一些建議。

3.1 盾構始發施工

3.1.1 洞門鑿除

區間隧道圍護結構均采用地下連續墻，在洞門加固取芯強度及抗滲指標滿足設計要求及洞門樣洞情況良好的條件下，對洞門進行鑿除。在洞門鑿除前，需要在洞門圈內打探孔，對洞門地基加固情況進行觀察，根據實際情況開不小于9個探孔。探孔分布圖如圖2所示。只有當確定洞門外土體滿足施工所需的自立性和止水性要求時方可鑿除洞門[4]。

圖2 探孔分布圖

鑿除洞門時先對地下連續墻進行分塊，逐步鑿除。現場洞門分塊鑿除情況如圖3所示。

圖3 鑿除洞門

3.1.2 盾構始發

為避免盾構推進過程中刀盤損壞洞口密封裝置，可在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。當確定刀盤旋轉時不會影響到止水裝置以及洞圈上布置的導向軌時，并且盾構刀盤即將靠上正面土體時，方可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，及盾構在前移的過程中盾殼與基座(發射架)接觸良好。盾構千斤頂在使用過程中要注意千斤頂的使用基本以下部為主，且千斤頂行程差值需基本保持不變。

3.1.3 檢查洞口止水裝置

在盾構刀盤靠上洞圈之前需再次檢查洞門止水密封裝置的效果，確保盾構始發安全。

3.1.4 穿越圍護結構和加固區

盾構穿越圍護結構和加固區時需注意如下幾點：

(1)加密測點并加強監測頻率。

(2)根據盾構切削范圍及各土層特性嚴格控制出土量，保持在切削方量的98％～100％為宜。

(3)盾構推進速度宜控制在1 cm/min以內，確保盾構頂進壓力及刀盤扭距不至于太大，影響盾構機性能。同時根據需要在盾構正面加入膨潤土等，以改良正面的土體。

(4)結合沉降報表和其它施工參數進行分析、調整土壓力。

(5)在盾構施工中根據地面監測信息的分析，結合推力、推進速度和出土量以及千斤頂的編組等之間相互關系，為了減少盾構推進對土體的擾動需控制一次糾偏的量，保持盾構推進坡度的相對平穩。

(6)當負環管片脫出盾尾后，周圍無約束，在推力作用下易發生變形，為此需采取必要的加固措施(如加橫向臨時支撐)。

(7)千斤頂總推力控制在適當的范圍內，不應超過反力架的設計荷載。

(8)盾構機進入洞門圈時，密切注意洞圈止水裝置是否完好，必要時對其采取補加固措施，確保密封效果。

(9)安裝負環管片時，保證管片和盾構機下部的合理間隙。為保證盾尾密封效果需保證盾尾油脂的壓入量和均勻性。

(10)在進行初始注漿時，注漿壓力的設定即需要保證地面沉降在可控范圍內，也要考慮洞門密封裝置的承壓能力。

3.1.5 封堵洞門

當盾尾脫離始發井或車站內壁結構時，進行洞門封堵。即將洞門圈鋼板、鉸鏈板與洞口環管片背覆鋼板焊接，為防止土體從間隙中流失使地面塌落需保證洞圈止水裝置和管片粘結成整體[5-6]。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。

3.2 盾構接收施工

3.2.1 盾構接收井準備

盾構接收井施工完成后，當接收井內封堵材料準備就緒，盾構接收基座安裝完成及洞門位置測量確認后，進行盾構接收。

(1)盾構基座安裝

根據盾構破除洞門的實際方位，對盾構基座位置進行精確放樣。將基座吊入井下并按照測量放樣的基線及設計的坡度就位拼裝、焊接。基座就位后進行支撐加固，保證盾構基座的整體穩定性。

(2)洞圈止水裝置安裝

預先在洞圈上安裝洞圈止水裝置，確保其牢固。

(3)導向軌安放

為了使盾構接收時有良好的導向，防止盾構進入洞圈后產生磕頭現象，在洞圈底部安置2根導向軌，超前導向軌道面應略微高于弧形止水鋼板。并與盾構基座上的兩根導向軌聯成整體。

(4)洞圈注漿球閥的布設

為防止盾構接收時泥漿泄露，及時在滲漏點壓注雙液漿，需在洞圈周圍布設6～8個注漿球閥。為了加強注漿效果，注漿球閥后端連接一定長度的1.5寸鋼管深入至內道花紋鋼板。另外，盾構接收完成封門時，需在隧道內管片壁后注漿，此時注漿球閥還將起到檢驗洞圈注漿效果作用。

(5)洞圈清理

由于在洞圈內外側需焊接洞門止水裝置及封洞門的弧形鋼板等，因此洞圈必須清理干凈，確保鋼洞圈能與其它鐵質裝置牢固焊接。

3.2.2 進洞段推進要點

(1)盾構姿態的復核測量

為使盾構以良好的姿態準確就位在接收基座上，要做好盾構貫通前的測量工作：復核盾構所處的方位、確認盾構姿態。盾構接收前的復核測量工作也是擬定盾構進洞段的施工軸線、推進坡度和施工方案等的重要依據。

(2)管片連接

最后10環管片的縱向螺栓用槽鋼連接，以防盾尾在脫出管片后，管片環與環之間間隙被拉大，造成滲水或漏泥。

(3)最后10 m的注漿施工

當盾構切口位置離槽壁約8 m時，開始通過盾構機切口環周邊的6個注漿孔對外部土體進行注漿，以提高此范圍內的土體強度。

3.2.3 盾構接收

在盾構機刀盤破除洞門混凝土后，盾構應盡快推進并拼裝管片，盡量縮短盾構接收時間。視洞圈滲漏情況采取不同的施工措施。

(1)若最后一環環管片留在洞圈內。當特殊管片脫出盾尾后，用預先加工的弧形鋼板將特殊管片的端面鋼板和鋼洞圈焊接并注漿。

(2)若最后一環環管片部分伸出洞圈。特殊環管片脫出盾尾后，先將扇形插板插下，緊貼管片外弧面，并焊接牢固，再用雙快水泥封閉管片與鋼板間的空隙，洞圈注漿采用單液漿(水泥漿)壓注。

盾構接收時，如發現滲漏，應以封閉管片與洞圈的間隙為主，并根據實際情況制定相應的措施。在滲漏的過程中，必要時可以壓注聚氨脂防水。洞門封閉完成后，再進行注漿加固穩定隧道。

如出現洞圈有一定的滲漏或滲漏較為嚴重，會影響周邊環境時，可采用二次進洞的方案。即當盾殼尾部即將脫離加固區時進行第一次封門，然后進行壁后注漿保證進洞加固段的密封性，確保第二次進洞時的安全性。

4 結束語

本文就盾構掘進始發、接收以及正常段掘進施工工藝進行了闡述，提出了在每個施工階段的關鍵點和風險點，并提出了相應的控制措施，為類似工程的盾構施工提供了必要的施工工藝流程。希望今后能類似工程提供參考。

【參 考 文 獻】

[1]劉金成，譚健妹，徐瑞華.區域城際軌道交通網絡與空間結構適應性評價指標體系研究[J].公路工程，2013，38(3)：137-139+143.

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[4]趙 駿，戴海蛟.盾構法隧道軟土地層盾構進出洞施工技術[J].巖石力學與工程學報，2004，7(1)：110-126.

[5]田 松.盾構機施工法在地鐵工程中的設計與應用[D].成都：西南交通大學，2006.

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