地鐵盾構施工技術

譚伏龍

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

地鐵盾構施工技術

譚伏龍

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

盾構施工技術的主要優點在于其施工速度較快、施工安全性高、成型質量好，因而在城市的地鐵隧道工程建設中被廣泛應用。本文首先分析了地鐵隧道盾構施工基本原理及特點，其后結合實例對地鐵隧道的盾構施工技術進行了探討，以供參考。

地鐵；盾構；施工技術

1 引言

在地下工程施工中，盾構法屬于暗挖施工工藝，具有較好的隱蔽性，對環境影響較小，而且在地下施工過程中不會受到覆土深淺的影響，不會對周圍環境帶來影響，且施工速度較快，在隧道掘進及城市地下隧道工程中應用較為廣泛。

2 盾構法概述

2.1 盾構施工技術原理

盾構施工技術的施工原理，是在有效支撐地面土層壓力的同時，采用鋼筒結構在地層中的快速推進進行施工，其安全系數較高，能夠保持快、穩定的施工進度，尤其適用于一些流砂、斷裂、堅硬巖石及軟弱土質地質條件。實際運用過程中需將盾構機安裝在豎井中，在地層中運行時，盾構機每前進一環，要在盾尾部支護下，安裝一環管片，同時在一環襯砌處圍空隙處壓注水泥砂漿。一環襯砌承擔了盾構機在推進過程中所承受的土壓力，最后再通過豎井將施工中挖出的土方運出。

2.2 地鐵工程盾構施工特點

（1）盾構施工大部分過程位于地下，對周邊環境影響小。在采用盾構機進行地鐵隧道施工時，施工過程中產生的噪音非常微弱，對周圍土層的振動也小，不必像其它工程施工那樣需要線路沿線施工現場進行特殊的布置安排，對地面活動，特別是交通運輸和周邊環境影響微弱。

（2）施工精度要求高。地鐵工程對于施工質量和工程安全可靠性有著很高的要求，使用盾構機進行施工時，由于盾構機管片制作精度很高，保障了施工誤差。此外，盾構機設備參數與施工條件之間存在嚴格的針對性，會隨著施工隧道斷面的改變而改變。

3 地鐵工程盾構施工中的技術控制要點

3.1 盾構機進出洞控制

在使用盾構機進行挖掘作業時，進洞和出洞作業是盾構機工作的基礎操作和主要組成，出洞達到施工流程如圖1所示。盾構進洞前，首先要正確選擇隧道施工路線，防止軸線發生過大偏差。同時，要做好施工路線周圍地質環境勘察，提前制定科學可靠的事故防范措施。在盾構出洞前，也要做好相關準備工作，嚴格審查各項出洞條件。

圖1 盾構機到達施工流程圖

3.2 盾構機挖掘前進施工控制

在進行盾構掘進作業時，最主要的是要盡量減少盾構施工對周圍土層的影響，防止土層擾動，確保盾構開挖面的穩定性。盾構機掘進施工的盾構姿態控制是要點，需通過對注漿量、注漿方式、盾構坡度等十項參數的控制來控制。施工人員通過一系列規范化的科學測量，結合盾構掘進過程中地面沉降情況，優化掘進參數，從而保證盾構開挖面的穩定。

3.3 盾構穿越粉砂層施工控制

隧道線路周圍地質條件對于盾構施工具有很大影響。盾構施工的理想施工環境是淤泥質粘土或淤泥質粉質粘土等軟土地層，如果施工線路途經粉砂層，那么必須運用一些特殊的方法，例如通過提升正面土體的流動性與止水性，或采取適當提高土艙壓力和向土艙內加泥的方法予以處理。

4 地鐵工程盾構施工技術實例分析

4.1 工程概況

某地鐵線路盾構施工，采用的是土壓平衡盾構機，該段隧道地層為密實卵石層，土體自穩性較好，但接收位置隧道底一層粉細砂層；設計線路縱坡為2‰，平面處于直線段。其中某站的結構設計為盾構過站設計，盾構在到達車站的前端右線里程YDK19＋894.638～YDK19＋888.634及左線 ZDK19＋891.490～ZDK19＋885.486范圍內，下穿 DN2.2m 污水管，污水管成南北走向，與盾構隧道相交。

4.2 施工方案

施工方案應當綜合考慮該盾構工程到達接收端范圍內，污水管段區間的隧道埋深、地質情況以及與管線的空間關系，以“安全、連續、快速均衡通過管線”為施工指導思想，確立“建合理土壓、快速掘進、注漿充分、嚴密監測、快速反饋、預案恰當”的施工原則。

4.3 施工前準備過程

4.3.1 地層預注漿加固

污水管的頂管施工非常容易對原地層產生擾動，由于接收端頭的隧道底部，存在中密粉細砂層，導致盾構容易出現磕頭問題，所以對管道兩邊、接收端頭以及盾構隧道影響范圍內，都應當采取地面預注漿加固和跟蹤注漿加固措施。提前15d采用單液水泥漿，準50mm袖閥管注漿加固，注漿完畢后清洗部分袖閥管預留做二次跟蹤注漿用。

4.3.2 污水管托梁保護

污水管兩側需要使用鋼筋混凝土進行縱梁包裹，包裹范圍為管線中心線下45°以上。污水管管節采用鋼絲繩準28mm按2m/道圍箍，外包縱梁采用截面尺寸為6.6m×4.4m×2.5m（長×寬×高）的鋼筋混凝土梁，且縱梁需伸入檢查井內，形成從管道到檢查井的一個整體，縱梁通過橫梁支撐在直徑1.2m的支撐樁上。將污水管范圍的土體挖除，然后施做污水管托梁。

4.3.3 洞門加固

右線污水管的中心，距離洞門的長度是10m，為了確保盾構在下穿污水管時，能夠盡可能減少對管道的擾動，接收端頭施作21根管棚，加固范圍為洞門上方120°，管棚為準127×6×20000mm的無縫鋼管，外插角為2°，中心間距為35cm；管內注入水泥單液漿，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，以達到較理想的擴散半徑，確保掌子面以上形成完整的加固保護。

4.3.4 盾構掘進參數控制

在極軟土質條件下，盾構到達掘進的主要參數控制：

（1）穿越止水帷幕時盾構機掘進參數：推進速度10～15mm/min，推力1300t以內，扭矩2.0MN·m以內，適當注入泡沫，嚴格控制出土量，根據實際情況動態調整土倉壓力。

（2）進三軸攪拌加固區時盾構機參數：推進速度15～20mm/min，推力1300t以內，扭矩2.0MN·m以內，滾動角≤3mm/m。

（3）過加固區時盾構機參數：推進速度15～20mm/min，推力800t～1000t，扭矩嚴格控制在2.0MN·m以內，適當注入泡沫，逐漸減小土倉壓力。

（4）第三道環箍及破洞門掘進參數：推進速度5～10mm/min，推力800t以內，扭矩嚴格控制在1.5MN·m以內，上部土壓逐漸減小到零，敞開式推進，刀盤破出洞門前100mm注入第三道聚氨酯。

（5）刀盤破出洞門，停止注入泡沫，未被簾布包裹盾體前停止同步注漿，待簾布包裹盾體再次開啟同步注漿，并視情況進行補漿。盾體爬上托架后盡快焊接防側滾牛腿，管片拼裝前盾體前方使用液壓泵站施加反力，以保證管片拼裝質量。

（6）在盾構機進站時，避免由于刀盤旋轉損壞橡膠簾布，或使扇形壓板位移。所以應特別注意對橡膠簾布的保護，并及時調整洞門扇形壓板。

4.4 盾構施工

地鐵盾構施工如圖2所示。

4.4.1 盾構拼裝

通常建議采用分體運輸，將盾頭拆分為切削刀盤、上、下盾殼、主機四個部分，分別運送到施工現場，然后在始發豎井內組裝。實際安裝前，需要預先準備始發井下的盾構安裝基座，并測定盾構的推進軸線、盾構始發導入口，然后固定好始發井內的盾殼，將盾構主機吊裝就位，吊裝刀盤固定于主機上，安裝上、下盾殼，安裝完畢后將上、下盾殼焊牢。

4.4.2 端頭降水

為了保證盾構機能夠保持無水或少水的狀態，安全抵達施工洞，需利用端頭的原三口降水井，在盾構接收前將水位降至底板水位線以下0.5m，以防止接收時發生涌水、涌砂等情況。

4.4.3 盾構的掘進

圖2 地鐵盾構法施工示意圖

等到盾構設備完全進入隧道后，盾構按預先設定的方向掘進。當盾構設備出現左右或上下偏差時，由計算機系統對推進油缸進行控制，確保條件方向按預定設置方向前進。同時，在保證開挖面土壓平衡的基礎上，調節刀盤轉速與推進速度及螺旋輸送機速度的比率，使開挖與排土保持恒定。

4.4.4 姿態控制

在盾構抵達前，需要首先開展地面的控制網復測、聯系測量、地下控制網復測、管片姿態測量、吊籃復測、盾構機姿態復測、接收洞門及底板復測。調整盾構機姿態，確保正常出洞，盾構機在距貫通前30m內，應再次進行姿態復測，確保盾構以設計姿態下穿污水管；在過程中，注意維持勻速。嚴格控制好推進里程，將施工測量結果及時與計算的三維坐標相校核，及時調整，每環糾偏量不超過5mm，以減少對地層的擾動。

4.4.5 襯砌

當盾構設備開展掘進施工完成一個節距時，可進入管片的襯砌工序，由管片運輸車將管片運送到安裝臺位，再由管片襯砌臺車將管片送至安裝位置安裝就位。管片安裝完畢后，進行下一個循環的掘進，直至整個隧道工程的完成。

4.4.6 洞內注漿

對于盾構下穿污水管段的掘進施工，需要通過同步注漿，合理增加速凝劑以減少凝結的時間，將初凝時間控制在4h左右。過污水管段注漿量應適當增大，采用注漿壓力和注漿量雙控，每環注漿量可調至8m3左右。二次注漿通過吊裝孔進行，選用水泥—水玻璃雙液漿，配合比為1∶1，在管片脫出盾尾2～4環后進行，注漿壓力為0.2～0.4MPa。通過污水管段二次注漿采用全環封閉注漿，全環封閉的范圍為630～652環，共22環。

4.4.7 洞門封堵

將洞門的混凝土鑿除之后，應當推進拼裝管片與盾構，從而縮短盾構的實際接收時間，并及時清渣封閉洞門。

5 結語

盾構施工技術是目前地鐵隧道施工應用最為普遍的施工技術，在盾構施工過程中，必須注意對周邊環境變化狀況和地質條件的觀察調差，明確各項參數，及時排除異常情況，深入研究具體施工技術，才能真正確保工程質量和施工安全。

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U455.4

A

1004-7344（2016）04-0162-02

2016-1-2

譚伏龍（1984-），男，工程師，本科，主要從事軌道交通施工工作。