地鐵隧道盾構施工掘進技術要點解析

儲志堅

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京市 101100）

1 概述

中新站—中中區間中間風井盾構區間位于廣東省廣州市增城區中新鎮中部，該區間線路出中新站后，沿著廣汕公路由西往東前行，掘進至中間風井（中新東站）后解體吊出。區間左線ZDK38+740.500～ZDK40+470.162，長 1 729.662 m（1 153環1.5 m管片）；區間右線YDK38+740.500～YDK40+463.830，長 1 723.33 m（1 149環 1.5 m 管片）。區間總長3 452.992 m；區間共設置兩個聯絡通道。

2 隧道工程重難點分析

2.1 軟土地層預防刀盤泥餅形成

區間線路主要穿越全風化花崗巖地層，局部為強風化花崗巖、砂質黏性土、粉質黏性土、粉質黏土及砂層，盾構掘進施工中，盾構機刀盤容易結泥餅堵塞刀盤開口，導致掘進緩慢，土倉壓力不受控制，影響施工效率。區間聯絡通道礦山法施工時存在風險。

2.2 硬巖段地層

2.3 孤石地層對盾構施工的影響

孤石地層的特性對盾構施工產生了一定的影響，具體的影響有以下幾點：

（1）使施工刀具的磨損變得更加嚴重，使刀座產生嚴重變形，增加刀具更換的難度。

（2）使刀盤的受損情況嚴重，甚至會發生刀盤變形的現象。

（3）在刀盤嚴重受損的情況下運行會對主軸承造成一定的破壞，使刀盤在運行的過程中增大盾構的負荷量。

（4）一些大的漂石會導致盾構偏離隧道的施工線路。

2.4 上軟下硬地層

靠近中新站400 m范圍內隧道拱頂位于中粗砂＜3-2＞層和卵石土＜4-3＞層。由于其飽水、穩定性差，無自穩能力，開挖時易坍塌、涌水、涌砂，地面沉降明顯；且盾構機刀盤旋轉切削時，會對地層周圍的環境產生一定的影響，導致地層的結構不穩定，從而發生坍塌等安全事故。

2.5 盾構始發接收

區間端頭地層較差，隧道拱頂和洞身局部存在砂層，端頭的地層加固效果直接影響盾構是否能安全始發。

3.2.2水源水質和土壤要求場址的水源要充足、水質良好，不易受污染，取用方便。場址土壤以砂壤土類為宜。

2.6 側穿建筑物

區間隧道影響范圍內的房屋多為居民自建3～5層建筑物，盾構掘進施工過程中對土體的擾動及地層失水會導致房屋下沉或者開裂等，影響掘進施工。

3 工程重難點應對措施

3.1 軟土地層預防刀盤泥餅形成及聯絡通道施工

由于軟土地層的特殊性，所以在軟土地層進行施工的過程中要采取一定的措施，防止出現安全責任事故。具體的預防措施有以下幾點：

（1）在軟土地層施工的過程中，施工人員要實時對盾構機構的參數進行監測，控制盾構挖掘的速度，確保施工安全[1]。

（2）挖掘設備在出土后要及時對設備的溫度進行監測，如果溫度過高，就要對設備進行檢測，避免設備出現故障。同時還要對土倉隔板的溫度定時進行監測，在第一時間發現施工異常情況。

（3）每隔一段時間就要利用高壓水對刀盤和土倉進行沖洗，并且要在高壓水中加入洗滌劑，降低刀盤泥餅形成的概率。

（4）要定期對施工設備進行維修和保養，避免設備在施工過程中出現故障，影響施工。

3.2 硬巖地層

該區間在ZDK40+356左7.99 m鉆孔MUZ3-ZXZXD-72所揭露，埋深9.70 m，平均飽和抗壓強度為128.9 MPa。左線盾構隧道穿越的硬巖地段巖質較硬，掘進難度較大，導致盾構機的施工效率低，延長施工工期。此外，在硬巖地段施工也會加大盾構機的損耗程度，增加施工成本。面對這一情況，在施工時要根據施工區域的不同，從而改變施工的參數和方法，在盾構機內安裝報警設備，在刀盤和刀具損耗到一定程度時就會自動發出警報。具體調整方法如下：

（1）在不同的施工區域要適當調整施工參數。比如由軟土層轉換到硬巖段地層時，就要將盾構機的推進狀態由土壓平衡狀態向半土壓平衡狀態進行轉換，同時還要對施工的壓力值、注漿數量、掘進速度、千斤頂的位置進行一定的調整。

（2）要在不同的施工區域選擇合適的刀具配置。在一般的地層中施工時，要利用復合刀盤進行施工，在硬巖區域施工時，需更換刀具，確保盾構機在掘進時能夠順利進行。

（3）換刀時要注意周圍環境，選取合適的區域進行換刀作業。盾構機在運行一定的時間后就要進行換刀作業，但是換刀作業的難度大、風險高，對工程的質量有著重要的影響，如果換刀的地點不符合要求，就會導致換刀作業失敗。所以在換刀前要選取土體穩定的地層進行換刀作業，并要對該地層進行加固處理工作，確保換刀環境符合工程要求。

3.3 孤石發育地層

在盾構施工前，須對洞身范圍內的孤石進行處理，孤石處理措施可以分為地面及洞內處理兩種，前者如沖孔樁破碎、鉆孔爆破、人工挖孔破除、靜態爆破等。具體的施工方法如下所示：

（1）地面孤石處理。孤石埋深小于24m時采用挖孔樁及樁內爆破的方法進行清理，孤石埋深大于24 m時采用沖孔樁進行處理。

（2）洞內孤石處理。隧道內清除孤石的方法以快速鉆孔埋藥爆破破碎為主，掌子面地層穩定性較差時考慮注漿加固或帶壓作業。

3.4 上軟下硬地層

由于上軟下硬地層的地質結構復雜，地層的上部土體多為淤泥層或砂層，而下部的土體多為硬質巖層。這樣的地層會增加施工難度，所以為了確保施工質量能夠達到工程要求，必須要采取以下措施進行施工：

（1）在地層上部較軟的區域施工時，要加強對切口水壓的控制，確保水壓保持在合理范圍內，避免出現由于切口水壓的不穩定而發生土層塌陷的現象；同時還要注意漿液的配比和注漿壓力、流量的控制。

（2）盾構機在軟土層向上軟下硬地層過渡段施工時，應該降低掘進的速度，對盾構機的參數，以及施工的壓力值、注漿數量、掘進速度、千斤頂的位置進行一定的調整，避免盾構機出現“抬頭”現象；在盾構機進入到軟土層時，也要對盾構機的參數，以及施工的壓力值、注漿數量、掘進速度、千斤頂的位置進行一定的調整，避免盾構機發生“磕頭”現象。

3.5 始發接收端地層加固

區間端頭地層較差，隧道拱頂和洞身局部存在砂層。為確保盾構機順利始發及安全到達，需要對始發接收端地層進行加固。在該工程中，新站東端頭為盾構始發端，端頭地層加固均采用600@450雙管旋噴樁+800 mm素混凝土連續墻，混凝土強度等級為C20，旋噴樁穿過砂層后嵌入不透水層的深度應不小于1 m，且應滿足嵌入管片底以下的深度不小于2 m，加固范圍為10 m×24 m。旋噴樁與素混凝土墻搭接長度為150 mm。如圖1所示，兩端頭加固區域雙管旋噴樁根數均為978根[2]。始發端端頭加固包含四口降水井，降水深度要確保水位降低至洞門中心線以下2 m位置。

中間風井接收端加固采用一道厚度為800 mm C20素混凝土連續墻+內部550@400攪拌樁進行加固，素混凝土墻進入隧道底板下2 m，加固范圍為端頭外10 m。加固深度為隧道拱頂以上3 m至隧道拱底以下3 m，寬度為隧道外徑左側3 m到隧道外徑右側3 m。攪拌樁共計1 266根，素混凝土連續墻于中間風井主體結構連續墻2個接頭各用3根旋噴樁搭接，共計6根旋噴樁。接收端端頭加固包含三口降水井，降水深度要確保水位降低至洞門中心線以下2m位置。

3.6 側穿建筑物

該區間隧道施工時，針對重要建筑物和一般建筑物分別采取不同措施加以保護[3]。

對于隧道結構邊線外擴10 m范圍內三層以上的重要建筑物，盾構施工前預埋注漿管；盾構施工時，采取補償注漿。盾構施工前，應做好房屋鑒定。盾構施工時，進行嚴密的施工監測，利用兩排間距1.2 m的袖閥管跟蹤注漿；靠近隧道排預注漿；同時嚴格控制盾構正面土壓力、出土量及推進速度，保持開挖面的平衡和穩定；盾構推進中姿態變化不可過大、過頻，以減少土層損失，降低盾構對周圍土體的擾動，及時實施同步注漿和二次補充注漿；由于隧道埋深較淺，盾構通過時需在地面堆載增加覆土重量。線路中心線外擴20 m范圍內三層以上和線路中心線外擴50 m范圍內六層以上的一般建筑，盾構施工時，通過盾構掘進參數的調整和盾構姿態的控制，勻速快速通過，加強監測，并根據監測結果及時跟蹤注漿，控制壓力波動，及時實施同步注漿和二次補充注漿，進行信息化施工和管理，可將地面及建筑物沉降控制在變形限值內（變形限值為 -30～10 mm）[4-5]。

4 結語

綜上所述，在城市地鐵隧道工程施工過程中，盾構施工具有施工效率高、施工安全性高等優點，在城市地鐵施工中得到了廣泛的應用。本文以實際工程為例，對地鐵隧道盾構施工難點進行了分析，然后針對存在的難點制定了施工措施，保證了盾構施工順利開展，具有一定的借鑒參考價值。