盾構法隧道施工工藝及風險規避

劉剛

摘 要：伴隨著我國經濟的快速增長，國家增加了對于城市軌道交通、城市綜合管廊等基礎性建設工程的資金投入，希望能夠緩解各大城市出現的交通堵塞等現象。本文依托深圳市城市軌道交通10號線孖嶺站～冬瓜嶺站區間盾構法隧道施工經驗，介紹了盾構法隧道施工工藝，對施工過程中的風險進行一個簡要的概述，并提出一些規避措施，旨在能夠對盾構隧道施工提供一定的理論指導。

關鍵詞：地鐵;盾構法隧道;施工工藝;施工風險;風險規避

1 工程概況

深圳市城市軌道交通10號線冬瓜嶺站至孖嶺站區間沿彩田路南北敷設，側穿北環彩田立交，下穿大斷面雨水箱涵、北環電纜隧道、北環大道后到達孖嶺站。左線全長383.842 m，右線全長395.282 m，埋深10.0 m～16.1 m。所處地層主要為全風化混合巖，局部位于砂質粘性土和強風化混合巖中。

2 盾構法隧道施工方法

2.1 施工流程

盾構始發前準備工作→盾構掘進施工→盾構到達施工。

2.2 盾構始發前準備工作

盾構始發前準備工作主要有：托架與反力架支撐系統設計及安裝、端頭加固、安裝洞門密封卷簾、盾尾刷焊接與手涂密封油脂、洞門封閉、確定施工參數。

托架安裝時為防止盾構機出現“栽頭”現象，需抬高5 cm進行安裝。反力架支撐系統主要由鋼反力架、鋼支撐與負環管片組成，為保證施工安全并為盾構機提供足夠推力，支撐必須經過驗算，合格后再進行施工。

端頭加固為盾構始發準備工作的重要一項。只有在端頭加固完成且達到設計強度時，方可進行盾構始發工作，一般情況下采用旋噴樁工藝作為端頭加固施工工藝。

因刀盤直徑一般大于成型隧道外徑，為避免掘進時地下水及漿液順著縫隙流出，在側墻上安裝環形橡膠板止水裝置，即洞門密封卷簾。

盾尾刷及手涂油脂主要起密封作用，將地下水及漿液與隧道分隔開來。此工序極為重要，必須嚴格把控材料及質量。

洞門密封主要目的為減少隧道與刀盤間隙流出的地下水與漿液，避免造成地面沉降過大。當盾尾完全通過洞門后，對洞口位置進行補注漿。

盾構掘進參數主要有：推力、掘進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、土壓力、碴土改良方式及注入量、同步注漿壓力及注漿量等參數。掘進參數可根據地質條件與該地區既有施工經驗進行確定。

2.3 盾構掘進施工

盾構掘進施工主要有：碴土改良、壁后注漿、管片拼裝、盾構姿態控制和刀具檢查與維保。

始發段掘進施工時根據各參數的使用效果及實際地質情況對參數進行調整，并加強監測，完善各項參數，減少地面沉降。

碴土改良是盾構施工工序中重要一項。其作用原理為讓渣土和添加介質攪拌在一起，變成一種透水性差、塑流性好的碴土，形成穩定的開挖面。保證施工中有效控制地面沉降、保證進速度。常規的碴土改良方式是膨潤土與泡沫相結合的方式[1]。

壁后注漿分為同步注漿與二次注漿，同步注漿在掘進時進行，二次注漿則盾尾通過管片后進行。同步注漿多采用水泥砂漿，二次注漿主要采用水泥漿或雙液漿。根據經驗同步注漿量一般為6 m3/環～7 m3/環。二次注漿根據地質及注漿記錄情況，分析注漿效果、結合監測情況，根據注漿壓力變化確定注漿量。

管片拼裝的依據主要有：①盾構千斤頂與鉸接千斤頂的行程差;②管片拼裝前后管片外表面與盾殼內面的間隙。管片拼裝采用先底部管片，再從下往上、左右交叉，最后楔形塊的順序進行[2]。

盾構姿態控制是盾構施工的核心。在實際施工中，因管片選型錯誤、盾構機操作失誤、地層提供的滾動阻力小、線路變坡段或急彎段掘進難度大，可能會導致盾構掘進方向偏離設計圖紙要求，并且超過規范允許值。施工時利用導向系統提供的盾構機實際位置，判斷目前盾構機位置以及變化趨勢，并根據數據調整盾構機掘進方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內，調整原則為“勤糾偏、小糾偏”[3]。

由于冬孖區間線路較短且刀具均為新刀，因此本區間掘進過程中無換刀工序。但當區間范圍內存在孤石、基巖等不良地質時，則根據掘進參數判斷是否需要進行換刀。當扭矩超過5 500 kNm且持續增加、掘進時無進尺或速度小于5 mm/min，增加推力后上述現象仍然無明顯改善。則可認為刀具已磨損，需進行開倉換刀作業。

2.4 盾構到達施工

盾構到達施工主要有：盾構機定位及接收洞門位置復核、端頭加固、洞門破除、安裝洞門圈密封圈、安裝接收基座[4]。

因掘進與洞門施工均存在誤差，為避免盾構機無法出洞，在推進至盾構到達范圍時，必須對盾構機位置進行精確測量，同時對接收洞門位置進行復核。綜合以上兩點因素進行適當調整，確定盾構機貫通姿態并制定糾偏計劃。糾偏要逐步完成，每一環糾偏量不能過大。

接收洞門與始發洞門的端頭加固方法及意義相同，一般與始發端同時或稍后施工。

盾構機到達后，如不能獨立完成破碎出洞工作，則需對洞門進行破除。一般為人工利用風炮進行施工，可破除一半或者全部破除。洞門密封裝置需在洞門破除完成，渣土清理完成后再開始安裝。

接收基座安裝與始發托架安裝基本相同，值得注意的是為便盾構機順利上座，可降低5 cm安裝。

盾構機到達接收段后，首先降低盾構機推力、盾構機掘進速度和刀盤轉速，時刻監視出土量和土倉壓力。出洞時，需派專人對車站進行觀察，如土體震動較大，盾構機需進一步降低推力、速度及轉速，避免坍塌[5]。

3 施工風險概述

由于盾構隧道掘進施工會對地層產生一定程度的干擾且存在超挖現象。如果施工存在重大失誤，造成對周邊地層擾動較大或超挖現象嚴重，則會導致地面坍塌、周邊建構筑物開裂，掘進軸線偏離設計等施工風險。

4 風險規避對策

4.1 嚴格控制施工參數

第一，嚴格控制掘進速度，施工時掘進速度需保持高度穩定，不能掘進過快、過慢或者忽快忽慢。

第二，嚴格控制土壓力，土壓力分為：靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。一般土壓力應位于主動土壓力與被動土壓力之間。施工過程中，為保證掘進工作順利完成，實際土壓力可與靜止土壓力接近。但當下穿既有建構筑物時，需適當增加土壓力，以控制地表沉降。但不能超過被動土壓力，避免出現地面隆起。

第三，密切關注出土量，對土體開展實驗分析，明確渣土分散系數，計算出每環理論出土量，與實際出土量進行對比，確保出土量在合理范圍內。

第四，控制注漿壓力及注漿量。一般同步注漿使用的是單液漿，始發前根據地質報告與施工經驗計算理論注漿壓力與注漿量，掘進過程中依據實際地質情況，制定更加合理的施工參數，確保注漿及時性及足量性。

第五，做好碴土改良工作，始發階段對地質情況展開詳細的實驗分析，并根據實際掘進情況，確定各類型的添加劑使用數量，保證使用效果。

4.2 加強施工質量管控

施工時需加強施工質量管控，確保一切與質量有關的工作均處可控狀態。施工前加強圖紙學習及會審，制定合理的施工方案;嚴格執行技術交底制度;做好材料及構配件檢驗，保證原材料質量可靠;施工過程中加強質量檢查，“人、機、料、法、環”等各項均滿足質量要求;加強成品保護工作，對已完工程制定防護措施，防止前道工序損壞或污染后道工序。

4.3 做好設備維保工作

盾構機穿越建構筑物前，需對設備開展維保工作，確保盾構機及其后配套處于最佳狀態，并儲備備用零件，以便在出現故障時，可及時進行更換。確保穿越風險源過程中不會因故障等原因出現停機的狀況，避免出現施工風險。

5 總結

盾構隧道施工存在不確定性。很多事故是多種危險因素集合在一起產生的，因此需提高對風險的認知并加強風險源排查。從各施工階段與各項必要條件等方面進行評估，做好每一個環節的風險防控工作。上述對盾構隧道施工工藝與風險規避措施進行了簡述，旨在能為需要進行盾構施工的建設工程提供理論指導。

參考文獻：

[1]田雙龍.盾構機在花崗巖球狀孤石區及復合地層中掘進施工技術淺析[J].卷宗，2016（01）：275-277+278.

[2]張世輝，劉磊，段勁松，等.小直徑盾構施工中對小轉彎半徑隧道管片拼裝質量的管控[J].市政技術，2017（02）：156-158.

[3]朱江濤.盾構掘進姿態的影響因素及糾偏[J].建設機械技術與管理，2017（01）：88-90.

[4]李進.地鐵區間隧道盾構曲線始發與接收施工技術[J].城市建設理論研究（電子版），2014（28）：3960.

[5]姜禹成.粉砂地層盾構進洞施工技術[J].建筑工程技術與設計，2015（30）：204.