地鐵區間隧道盾構法掘進施工技術要點

孫成山

摘 ? ?要：盾構法掘進施工因具備掘進速度快、適用性較強、施工質量優、自動化程度高以及對周圍地層擾動小等諸多顯著優勢，而得以于眾地鐵隧道建設項目中廣為實踐運用，牢牢掌握其作業施工中的技術要點、切實抓好掘進全程的施工質量管控已然成為廣大地鐵施工人員所須關注的重點。本文以深圳地鐵鐘黃區間隧道盾構施工為例，結合該項目區間實際工程地質，對盾構始發、正常掘進中的眾多施工技術要點予以了全面探討，并對下穿構（建）筑物以及地下管線時的掘進施工進行了總結，以為類似地鐵建設項目的隧道掘進施工提供些許經驗參考。

關鍵詞：地鐵區間隧道;盾構法掘進;施工技術要點

1 ?工程概況

1.1 ?項目概況

深圳地鐵12號線鐘黃區間線路段，左線里程為ZCK24+076.517～ZCK25+509.664，長1436.83m;右線里程為YCK24+078.729～YCK25+509.664，長1430.94m，雙線里程總長度為2867.77m。隧道區間采用盾構法掘進施工，由兩臺φ6440土壓平衡式盾構機施工，左右線均從黃田站始發、至鐘屋站接收。始發段下穿雨水方溝、管線，側穿人行天橋樁基，最小豎向距離有5.5m。正常段左右輪廓線側穿匝道橋橋樁基、人行天橋樁基，最小水平距離1.33m;側穿隧道下若干管道和雨水溝各一處。下穿或側穿建（構）筑物埋深、距離在設計和施工中都有詳細標識，以便在施工過程中嚴格控制沉降，確保安全。

鐘黃區間隧道場地位于Ⅰ區屬于剝蝕殘丘型地貌。原始地貌是沖洪積形成的平原以及山前臺地，經過了人為堆填、整平后形成的城市道路;區間沿線地勢較為平坦，高程在7.62m～10.70m之間，沿線多為廠房和居民生活區;始發段隧道處于全風化混合花崗巖、強風化混合花崗巖層中，圍巖為Ⅲ級硬土;區間隧道埋深10.8m～23m，圍巖為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級、Ⅵ級各等級均有;正常掘進段隧道洞身主要處于全風化混合花崗巖、強風化混合花崗巖層中，為塊狀或砂土狀，隧道洞身在局部范圍有硬塑性粉質粘土，或中、微風化花崗巖侵入。

1.2 ?水文地質情況

（1）地質條件。地勘報告顯示，鐘黃區盾構段主要地層為第四系全新人工堆積層，含素填土、填砂、填塊石;第四系上更新統沖洪積層，含淤泥質粉質黏土、砂質黏土、粉質黏土、粉砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石;第四系殘積層，包含可塑性砂質黏土、硬塑砂質黏土;加里東期片麻狀混合花崗巖，含全風化混合花崗巖、土狀風化混合花崗巖、塊狀強風化混合花崗巖、中等風化和微風化混合花崗巖。隧道穿越大部分為全或微風化混合花崗巖，地質評價較為穩定。

（2）水文地質條件。鐘黃區間隧道場地未見明顯地表水;沿線地下水主要有三種類型，一是上層滯水、二是孔隙潛水、三是基巖裂隙水;通過地下水腐蝕性評價，區間隧道沿線地下水對混凝土結構及其中的鋼筋腐蝕性為微～弱腐蝕性，局部地段為中腐蝕性。區間隧道場地環境土對混凝土結構為微腐蝕性，對鋼混結構內的鋼筋為弱腐蝕性，對鋼結構為微腐蝕性。

2 ?盾構法掘進施工技術要點

2.1 ?盾構始發施工技術要點

2.1.1 ?工藝流程（圖2）

2.1.2前期準備

（1）端頭始發加固。盾構始發是整個隧道掘進工程的關鍵和難點，盾構進、出洞時往往會因操作不當而出現“下沉、抬頭、涌水、涌砂”等不良現象，因此，需要預先在一定范圍內加固進、出洞土體，鐘黃區間在黃田站始發，本工程端頭井位置為粉質黏土、粗砂、中砂、含有機質黏土層，處于強風化混合花崗巖，采取雙管旋噴樁加固，根據端頭加固施工方案實施。根據地質情況加固長度取6m、盾構外徑兩側和頂部取3m、底部取2m。

（2）加固效果檢測。完成始發端頭的加固作業后，采取垂直取芯檢測土體的止水性、均勻性和自立性，以確保加固后土體的滲透性不小于1.0×10-6㎝/s，無側限抗壓28天強度不小于1.0MPa。需要注意的是，取芯檢測的試驗樁量應不得低于總樁量的2%～5%，且不得低于3根。另外，采用水平探孔檢測在加固洞口的上下左右中等不同位置布孔9個，對土體及出水量實施檢測，必要時根據檢測結果進行注漿，以確保盾構掘進的安全性。

（3）始發洞門密封。由于隧道洞門與盾構外徑存在間隙，有可能導致施工時的漿液或土體從間隙中流失，需要在洞圈周邊安裝橡膠簾布板凳組成密封圈，做好防水堵漏預防。該項目的左、右線兩個洞門為區間隧道與黃田站南端車站結構的接頭，在洞門防水密封施工時，應確保橡膠簾布、螺栓孔等材料完好無損，安裝時應做好防護以避免對材料造成損壞，且安裝時的螺栓須按要求進行二次擰緊，從而確保與管片的密封性滿足要求。

（4）始發準備工作。首先，材料、設備及人員準備。在盾構始發施工前，還需要做好現場人員的安排和設備材料的供應計劃與落實，整個施工過程中，應確保用水用電、材料工器具、管片連接件落實到位，車架位置以及管路電纜都需要連接至始發井下，并安排專人做好盾構全程的監管，以有效確保盾構始發過程的安全性。其次，井下基座、反力架準備。盾構始發前對端頭井始發基座做好布置，并對基座做好加固，謹防盾構機栽頭，可以將基座抬高2㎝安裝。在盾構主機和后配套連接前，要做好反力架安裝，保持始發基座水平軸與反力架端面垂直。

（5）負環管片安裝。盾構始發前在反力架與洞口支架拼裝好負環，其中心線坡度與始發段坡度保持一致。負環采用8環負環，然后根據圖紙管片的排列以及負環環數，進一步明確-7環的管片拼裝位置。

（6）盾構調試驗收。該區間隧道的盾構機在黃田站南端頭始發井予以相應的調試工作，在始發前各項措施準備就緒后，由專業技術人員對端頭始發井做好調試，包括盾構液壓、電力、水氣系統和激光靶式導向系統，然后再進行最終的合格性調式驗收后便可進行始發。

（7）掘進線路數據復核。對導向系統的各項原始數據、輸入數據進行審核確認，對測量儀器儀表做好標定，并由工程師復核;洞內導線控制點做好保護和復核，在施工中還需做好姿態測量、導向測量以及聯系測量，并及時復核和上報復核，然后將各項掘進數據做好錄入。

2.1.3 ?掘進施工

（1）按要求嚴格做好始發托架、反力架和首環負環管片的定位控制，嚴格控制其安裝精度，確保盾構機掘進施工的軸線和洞門止水布簾的中心保持重合。安裝完盾構機后，要及時復測盾構機姿態，復測確保無誤后才能開始掘進。（2）定位第一塊負環管片時，應確保管片后端面垂直于線路中線;負環管片軸線同掘進線路的軸線保持相互重合;負環端面應與反力架的基準面保持平行，且上下左右應確保受力均勻、無縫接觸。（3）始發掘進前的基座定位時，盾構機掘進線路的軸線應同平行于隧道設計軸線，盾構掘進線路的中線可稍比設計軸線略高2cm左右;在盾構機掘進作業時，通過對油缸行程進行控制以確保盾構機沿著始發臺向前推進作業。（4）安裝洞門止水裝置嚴格按照設計要求，并檢驗合格。（5）在刀盤與洞門密封環板距離還有10cm時，應首次進行壓板位置的調整;待盾構機筒體全部通過密封環板后，根據管片的實際位置，再進行二次調整壓板位置。（6）為抵抗盾構機掘進時由刀盤旋轉產生反扭矩，需在托架及盾構機上焊接相對的防扭轉支座。（7）盾構始發時設備尚處于磨合階段，因此，須緩慢推進并注意使推力、扭矩，掘進總推力控制在1000t以下，并確保在此推力下，刀盤所產生的扭矩要小于始發基座提供的扭矩，同時注意各部位油脂能否起有效作用。（8）盾構機的盾尾密封刷處，要均勻涂滿密封油脂。（9）在始發初始階段，為有效防止盾構機磕頭要適當加大千斤頂推力。（10）在始發過程中，對反力架安排專人巡查、監測，實時掌握反力架是否變形，確保反力架的受力可靠安全。（11）安裝負環管片時，外側采取型鋼、木楔加固，確保在傳遞推力中管片不會浮動變位。（12）洞內、洞外的聯絡工具，洞內的施工照明設備完好，保持正常。

2.2 ?盾構掘進施工技術要點

盾構正常掘進段左右線輪廓線，先后側人行天橋樁基、掉頭匝道橋樁基，后期出入線隧道上跨鐘黃區間隧道。下（側）穿建構筑物地段隧道均處于全、強風化混合花崗巖層中。

2.2.1 ?工藝流程（圖3）

2.2.2 ?掘進模式與參數設定

（1）掘進模式選擇。鐘黃區間隧洞掘進采用復合式土壓平衡盾構機，有敞開式、半敞開式以及土壓平衡式三種不同的掘進模式以供選擇，而根據本項目地質情況和周邊環境分析，存在較多自穩能力較差的軟土、地下水豐富的地層，因此適宜于采取土壓平衡式掘進模式。

（2）掘進參數設定。盾構正常掘進階段，要根據所處的地質條件如本項目為全/強混合花崗巖、局部中等或微風化混合花崗巖;埋深情況如埋深10.8m～23m，大于兩倍洞徑，以及類似工程的經驗，通過計算確定掘進參數如平衡壓力值、出土量、推進速度、千斤頂推力、刀盤轉速、刀盤扭矩、螺旋器轉速、注漿壓力、注漿量、盾構機仰角、盾構機滾轉角、管片與盾尾的孔隙、以及鉸接千斤頂的使用狀態等，并在過程中做好嚴密監測與調整。

2.2.3 ?掘進方向控制及糾偏

（1）掘進施工方向控制。盾構機配置的智能自動導向系統，能自動監測盾構機位置與設計軸線的偏差與趨勢，并據此調整盾構掘進方向在允許的范圍內;但隨著盾構推進后視基準點需要通過人工測量來確定前移位置，以確保盾構掘進方向的精準可靠。此外，根據區間隧道的設計軸線以及導向系統中的姿態信息，并結合隧道施工段實際情況，通過分區分組操作對盾構機一側的油缸壓力進行加大或減小，進而實現對掘進方向的精準控制。

（2）盾構姿態調整糾偏。對于掘進施工中盾構機與設計軸線發生偏斜的，需及時進行盾構機掘進方向的糾偏調整。首先，需調整盾構機姿態時，分組調整推進油缸壓力;其次，對于需要在軟硬不均的地質掘進時，需要在硬的一側適當加大油缸的推力;另外，在邊坡段和小曲線做預糾偏，可利用超挖刀進行居民超挖糾偏;此外，若滾動角超限，采用盾構刀盤發現旋轉糾正。

2.2.4 ?特殊地質段施工要點

（1）在砂質粘性土層中掘進時，擬采取分別向刀盤面和土倉內注入泡沫的方法改良渣土，以降低渣土粘性、防止泥餅形成。（2）在含水量較大地層中掘進時，可采用土壓平衡掘進，擬向刀盤面、土倉內和螺旋輸送機注入泡沫，增加對螺旋輸送機內的注入量，利于螺旋機形成土塞效應、防止噴涌。（3）在巖石層中掘進時，采取向刀盤面、土倉內和螺旋輸送機注入泡沫和水，改良渣土，提高渣土流塑性，降低刀盤刀具磨損。

2.3 ?盾構始發、掘進施工重點與難點

2.3.1 ?下穿建（構）筑物施工

（1）根據區間隧道的實際地質情況，進一步查清下穿建（構）筑物地質條件、周圍環境，進而為盾構機掘進參數選取及制定提供第一手資料。（2）加強施工管理、掘進方向控制，提前做好姿態調整;進入穿越段前對盾構機、門吊等關鍵機械全面檢查、保養等，確保機械狀態良好，保持盾構機連續掘進、減少停頓時間。（3）在盾構隧道下穿建（構）筑物段，盾構管片采用Ⅰ類加強管片;嚴格控制盾構掘進參數和出土量，做好渣土改良工作;掘進過程勤糾偏、少糾偏，保持勻速、平穩地通過該階段;及時并嚴格控制壁后注漿量和注漿壓力，保證壁后注漿效果和降低對建（構）筑物的影響。（4）提前布置沉降監測點、加強地面監測、采取動態信息化施工，監控數據及時分析整理;下穿過程中安排專人巡查，保證實地情況及時反饋。嚴格控制地面沉降、建（構）筑物沉降和位移，根據監測結果及時調整掘進參數，保持盾構開挖面的穩定;從盾構施工工藝、上控制地層損失，減少建筑物變形，必要時啟動跟蹤注漿地層加固措施。（5）制定好盾構在穿越建（構）筑物的應急措施，必要時啟動實施。

2.3.2 ?下穿地下管線施工

（1）提前做好環境調查、資料收集準備，對重要性管線做好進一步調查，制定好應對措施;（2）掘進過程中控制盾構推進參數，控制同步注漿、二次補充注漿，保證漿液質量，調整注漿參數、適當加大注漿量、填充盾尾空隙，及時進行二次補充注漿，降低盾構施工對周邊擾動、以控制地表沉降。（3）掘進全程采取動態信息化施工，實時監控并及時分析整理，以指導盾構掘進施工;下穿過程中須安排專人巡查，保證實地情況清晰，并做好及時反饋。（4）根據監測、巡查結果，必要時啟動應急預案措施。

3 ?結語

通過對鐘黃區間隧道盾構法掘進施工技術的歸納探究，得出地鐵隧道施工具有一定的共性。（1）于盾構的始發與正常掘進作業中，應結合作業區間的實際地質情況施行動態管理，進而實現對掘進方向與各項具體參數的科學調整;（2）及時、精準的監控量測能夠有效控制盾構姿態，因此，切實做好盾構掘進施工作業中的相應測量工作至關重要;（3）依據實際地質水文與周邊環境因素，科學選取適宜的盾構設備并確定掘進具體參數、采取有效的渣土改良，對于提升掘進作業效率、確保掘進作業安全極為關鍵。

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