地鐵盾構暗埋平衡始發技術

馮勝利（廣東華隧建設股份有限公司）

?

地鐵盾構暗埋平衡始發技術

馮勝利（廣東華隧建設股份有限公司）

在地鐵盾構工程施工中應用平衡始發方案，可有效規避始發風險，實現安全施工。本文僅以某地鐵工程為例，具體分析了盾構暗埋平衡始發技術的應用，僅供同行參考。

地鐵工程；盾構平衡始發；盾構機

1　引言

盾構始發風險較大，往往直接決定整個盾構施工成敗。基于此，本文提出了暗埋平衡始發技術，其通過在盾構機下井定位后采用砂、混凝土板及水對盾構機進行回填暗埋，以達到始發井內外水壓力平衡的目的。

2　地鐵工程始發地概況

2.1既有盾構吊出井情況

根據現場實地勘察及圖紙核實，既有盾構吊出井結構尺寸為：接收井入段線中間段結構內凈空寬4.7m，高5.23m，長105m；出段線中間段結構內凈空寬4.4m，高5.23m，長106m，尺寸核算均能滿足盾構始發要求，具體見圖1。

圖1　盾構吊出井段整體結構分布相關照片

2.2始發端頭地質情況

始發井端頭地質情況較好，隧道洞身范圍內主要為強風化以上粉砂巖，隧道上部主要為粉質粘土，局部存在粉細砂層，地面淺覆土為淤泥質粉細砂。場地周邊三面受景觀湖水圍繞，地下水位在地面以下2.2m左右。

2.3端頭加固情況

始發井端頭加固采用雙管旋噴樁進行加固，加固范圍為端頭外10m，深度穿透＜6＞，進入＜7＞層不小于0.5m，整體施工深度約10m左右。

3　盾構平衡始發策劃

盾構始發井是既有結構，圍護結構采用的是鋼筋混凝土連續墻，故始發之前必須進行洞門鑿除和鋼筋切除作業。此盾構井埋深較淺（約12m），單層結構，同時，入段線為急曲線始發（R=250），盾構無法滿足垂直端墻進洞，需開鉸接出洞，為了確保安全，且保證盾構能盡快始發，入段線始發計劃采用平衡始發工藝，如下圖2所示即為平衡始發施工流程。

4　盾構始發準備

4.1始發井主體復測

始發井為既有結構，始發前項目部應組織測量人員對主體進行復測，測定實際偏差量，為盾構始發提供數據支持。

4.2素混凝土導臺施工

圖2　平衡始發施工流程圖

回填始發鋼托架采用現澆C30素混凝土導臺代替，考慮到盾構始發的姿態，導臺設計為傾斜的坡面，導臺頂面坡度與始發坡度一致。為保證導臺對盾構機的曲線導引，混凝土托臺半徑為3230mm，保證托臺與盾構機筒體之前有100mm空隙，后期盾構施工中空隙位采用導軌安裝及填砂。導臺一共分4塊，每塊導臺都是相同尺寸獨立的直線導臺，導臺沿始發軸線擺放，形成一個曲線走勢。

4.3反力墻施工

盾構井后部端墻已施工完成，為保證第一環負環與端墻緊密連接，將施工一堵500mm厚反力墻用于端墻與管片的連接。反力墻在施工時有一傾斜角度，與第一環管片連接位置預埋外徑6000mm、內徑5400mm的環形鋼筒，鋼筒中焊接凈空為0.3m×0.19m×0.15m的鋼箱用于穿短螺栓連接管片，鋼箱沿鋼筒36°布置，共10個。鋼筒環向布置20塊筋板，后續與反力墻一起澆筑可增加反力墻受力。

4.4始發軸線確定

入段線盾構始發為R=250m急曲線始發，盾構井14m范圍及15m后部結構均為250m轉彎半徑，后續還有40m緩和曲線段。

入段線始發井結構長度為12.4m，反力墻厚度為560mm，盾構組裝位置盾尾距離反力墻1000mm，盾構機通體長度7670mm，盾構機為曲線始發，平面始發軸線為隧道線路中心線往內側偏20mm即為本次始發軸線，垂直軸線保證盾構出洞時盾構機前端比盾尾高30mm。

5　盾構始發

盾構始發示意圖見圖3。

圖3　盾構始發示意圖

5.1水平探孔施工

洞門破除用風鎬人工破除，盾構始發前在洞門范圍內進行水平探孔，共設置鉆孔點9個（見圖4），深度要求為鉆穿圍護結構體至外側土體1.5m，對加固后的土體進行檢測，以確認加固土體狀況。

圖4　水平探孔布置示意圖

5.2始發洞門的鑿除

洞門鑿除順序：先鑿除外排鋼筋，盾構機組裝完畢后，再剝離第二層鋼筋網并予以割除，在確認盾構機進洞的范圍內沒有殘余鋼筋后，盾構機方可始發。

5.3基坑內盾構機前移

盾構機組裝完成后，需在基坑內向前移動4.06m才可到達始發位置，通過千斤控制及鉸接裝置實現盾構機曲線行走，移動過程中盡量使用外側千斤頂，保證盾構機往內側走，防止走偏。

5.4安裝負環管片

本標段入段線是在曲線上始發，始發導臺設計也均是按曲線設計，所以負環管片需采用轉彎環，根據現有負環管片情況及始發轉彎半徑要求，-10～0環全部采用新制1.2m轉彎環管片，負環管片安裝采用錯縫拼裝，且保證接縫止水。

5.5澆筑洞門圈內托臺和盾構機碰壁

5.5.1澆筑洞門圈內托臺

洞門圈直徑6620mm，而盾構通體直徑6260，盾構機進入洞門后底部存在180mm空隙，為防止盾構進入洞門后出現載頭，盾構機進入始發前，在洞門圈底部施工混凝土托臺，托臺高度170mm，底部30°范圍，掘進方向長500mm，如圖5所示。

圖5　洞門圈內托臺

5.5.2盾構機碰壁

洞門圈內托臺澆筑完后，當盾構機開始掘進-5環負環至千斤頂度數為1441mm，盾構機刀盤碰壁。

5.6盾構工作井的回填

盾構機碰壁，反力墻密封后，對盾構工作井范圍進行回填施工：①對盾構工作井范圍回填砂；②回填砂上澆筑10cm厚C20素混凝土板；素混凝土澆筑完成達初凝強度后，即可向基坑內灌水，回灌水位高度與基坑外地下水位齊平，保證基坑內外水土壓力平衡。

5.7盾構機的調整

盾構工作井回填完畢確保密實后，確認回填施工后盾構機最終姿態，掌握姿態參數，以對接下來始發掘進施工盾構姿態調整進行指導。同時，對盾構機進行常規的調試和環流的運行。

5.8始發掘進

5.8.1建立平衡條件

始發井回填完成后需建立泥水平衡，方可開始掘進作業。始發井內回填土壓力按下公式計算：

式中：Pc——砂的水土壓力Pt——混凝土板壓力；

Pw——回填水壓力K0=1-sinφ′；

φ′——為土的有效內摩擦角rw——地下水重度；

rt——混凝土重度H——切口水壓計距水面深度；

γ′——砂的飽和重度Ht——混凝土板厚度；

Hw——回填水深度P0——切口水壓值。

通過以上公式控制好始發時切口水壓值與回填水位關系，保證盾構始發時順利建立泥水平衡條件。

5.8.2拼裝剩余負環管片

盾構工作井回填完畢進行調整后，即可送漿保壓，然后掘進。為了保證始發的安全，一般采用負挖狀態操作，即P切、P關均＜地下水壓，始發時掘進速度應較慢（3～5mm/min），不會對泥水平衡產生較大波動。進行0～-6環的管片拼裝。

盾構工作井回填后的掘進施工即進行回填注漿，至此盾構始發基本完成，可進行盾構掘進及+1環管片安裝。盾構姿態按管片的配置，沿始發軸線掘進。

5.8.3盾構掘進軸線控制

通過調整盾構機推力的大小和合力作用點位置以控制盾構軸線，關鍵控制千斤頂的行程、油壓和油量，使盾構推力的合力作用點位于合適位置，對盾構機姿態進行糾偏，促使盾構機在計劃線附近小幅度變化，正常掘進。

5.8.4切口水壓力控制

盾構始發掘進階段受到始發井內密封限制，切口水壓實際設定值不宜過高，始發時切口水壓理論計算值為114kPa。切口水壓波動控制在±5%，禁止切口水壓有太大的波動。

5.8.5泥漿控制

盾構始發泥漿控制在比重1.20左右、粘性25s。

5.8.6掘進速度與推力控制

（1）盾構機始發階段時推力控制在1000t以內。

（2）推進速度控制在10mm/min。

（3）盾構啟動時，盾構司機必需檢查千斤頂是否靠足，開始推進和結束推進之前速度不宜過快。每環掘進開始時，應逐步提高掘進速度，防止啟動速度過大。

（4）一環掘進過程中，掘進速度值應盡量保持衡定，減少波動，以保證切口水壓穩定和送、排泥管的暢通。

（5）推進速度的快慢必須滿足每環掘進注漿量的要求，保證同步注漿系統始終處于良好工作狀態。

（6）調整掘進速度時，應保持開挖面穩定。

5.8.7掘削量控制

實際掘削量W'可由下式計算得到：

式中：W′——實際掘削量（kN/Ring）；

rs——土的比重；

Q1——排泥流量（m3/min）；

ρ1——排泥密度（kN/m3）；

Q0——送泥流量（m3/min）；

ρ0——送泥密度（kN/m3）；

t——掘削時間（min）。

當發現掘削量過大，應檢查泥水密度、粘度和切口水壓。此外，可通過地面監測，調查土體沉降情況，查明原因后及時調整有關參數，確保開挖面穩。

5.8.8注漿管理

采用雙液漿加強外弧線側向注漿，可在較短時間內將建筑空隙填充并達到一定強度，與原狀土共同作用，有效減小管片受側向壓力影響在建筑空隙范圍內向弧線外側的偏移量，防止較大偏移量造成管片大量錯臺和漏水，使得在小半徑內的管片拼裝質量達到良好效果。

5.8.9管片安裝選型控制

盾構機在小曲率半徑段掘進每環都會產生一個糾偏角度，因此管片選型應與盾構機姿態相匹配，最好的施工效果是每環管片拼裝完后，管片姿態比盾構機姿態超前1/3～1/2糾偏量，即超前9～14mm。

5.8.10測量控制

隨時監控盾構機姿態讓盾構機操控手在掘進時隨時看到盾構機姿態并及時調整，使隧道軸線控制更為方便；數據采集系統將掘進參數記錄、保存于電腦中，方便地面技術人員隨時監控，并可修改技術參數。

6　結束語

綜上，本次地鐵盾構暗埋平衡始發施工順利完成，其有效避免了在破除地下連續墻洞門時的各類風險，保障了盾構安全。暗埋平衡始發施工技術是盾構施工領域一次重大突破，值得推廣應用。

［1］郭宏震.土壓平衡式盾構始發技術［J］.公路交通科技：應用技術版，2009（4）：11～12.

［2］林銳深.端頭加固與盾構密閉鋼套筒平衡始發技術的應用［J］.建筑工程技術與設計，2015：45～46.

［3］馬天文.盾構平衡始發與到達施工技術及其風險控制［J］.中國工程咨詢，2015（6）：60～62.

馮勝利，河南臨潁人，研究方向為建筑施工領域盾構隧道掘進技術。

U445.43

A

2095-2066（2016）13-0206-03

2016-4-10