富水軟弱地層盾構機始發關鍵技術

敖 巖

(中鐵三局集團天津建設工程有限公司，天津 300350)

0 引言

地鐵作為近年國家軌道交通建設的重點內容，運用盾構機進行地鐵隧道施工較為普遍，盾構機雖然施工過程可控，施工速度較快，但也存在著一定的風險，主要表現在盾構始發、接收或下穿復雜地質環境時，由于采取措施不當造成的涌水涌砂、車站傾斜、區間地面塌陷等。國內也在多個城市的軌道交通建設中，出現了城市地面瞬間塌陷，車站圍護結構倒塌、盾構機掩埋等事故。

本文主要以天津某隧道盾構機始發，詳細介紹其相關的控制措施和施工關鍵技術。為行業內盾構機始發時提供參控，降低安全風險。

1 工程概況

天津地鐵6號線新開河站—外院附中站區間始發端頭井，距離新開河22 m，地下水豐富。盾構始發處覆土約16.8 m，穿越區域多為軟弱土層，自上而下⑥4層粉質粘土、⑧1層粉質粘土、⑧2-2層粉砂、⑨1層粉質粘土。距離結構約5 m處有兩根直徑1 000的雨水管和雨污合流管，埋深2.9 m和4.5 m，始發地基加固采用垂直冰凍法，加固范圍隧道上下左右各3 m，沿隧道方向2.7 m，采用三排冰凍管，隧道底部設置6個水平冰凍管。

盾構始發過程存在的風險主要有：1)洞門破除過程中出現涌水、涌砂；2)刀盤處加固區、盾尾進入洞門圈時洞門密封漏水漏砂；3)過加固區時盾構機被凍住；4)冷凍管拔除過程中拔斷漏水、漏砂等。

2 盾構機始發前技術準備要點

1)盾構機增加徑向注漿。沿盾構機切口環四周設置徑向注漿管，前盾設置了12處徑向注漿口，中盾設置了5處徑向注漿口，在始發時可隨時進行注漿、聚氨酯等止水材料。

2)洞門密封裝置加固。盾構始發埋層較深，地層較為松軟，含有砂層，含水量豐富，始發洞門需采用簾布橡膠板加鉸鏈板組合形式。鉸鏈板安裝完畢后，采用兩圈鋼筋將鉸鏈板連接固定，同時在洞門圈車站結構上采用直徑20的鋼筋植筋在結構上。

為阻擋盾構始發時泥砂流出，并減小滲漏水壓力，在盾構鋼環上焊接三道弧形鋼板，鋼板寬度25 cm，間距15 cm，鋼板之間采用2道海綿條增加止水效果。

3)洞門圈外側預留注漿孔。在洞門圈外側，打設4個預留注漿孔，打穿結構至地下連續墻處，洞門破除后在連續墻上將斜孔打穿，用于洞門漏水、漏砂時緊急注漿或聚氨酯進行止水密封。

4)打設降水井。始發處左、右兩側各打設兩口降水井，當洞門應急處理時，降水使用，正常施工期間嚴禁使用。

5)鋼箱加固設置兩道止水裝置。盾構洞門圈外側加設鋼箱，鋼箱與洞門第一道止水簾布板和車站密貼，個別空隙使用雙快水泥封堵縫隙進行處理，在車站結構上打設膨脹螺栓固定鋼板，焊接側板筋板等加工成簡易鋼箱，鋼箱上安裝橡膠止水簾布和鉸鏈板形成第一道止水裝置。當盾構機盾尾進洞后，在鋼箱外側焊接插板，與管片交界位置處采用快干水泥進行封堵，插板與管片采用打設膨脹螺栓進行加固，盾尾進去后及時對空隙進行封閉，內部填充雙液漿，及時封閉洞門。

3 盾構始發關鍵技術要點

根據需要安裝負環管片，本工程安裝7環負環管片。待洞門鑿除完畢后，盾構機開始向前推進，當盾構機刀盤靠至洞門時，開始拔冷凍管，當盾構機距加固體10 cm時停止推進，等待拔管完成。盾構機推進過程中，各環應嚴格控制施工參數。

3.1 負4環技術參數

盾構機開始推進速度應小于30 mm/min，推力不大于500 t，刀盤不轉動，盾構機推進拼裝負4環管片，保證盾構姿態平穩緩慢推進，以盾構機下部千斤頂推力為主，后部管片及時支撐，管片與基座之間采用鋼楔子墊住，加強對反力架進行變形監測(見圖1)。

冷凍區繼續凍結，洞門鑿除，待盾構機靠至洞門時，開始解凍，拔除冷凍管。

3.2 負3環技術參數

盾構機推進速度調整到20 mm/min以下，推力不大于600 t，推進至1 330 mm刀盤時開始轉動，負3環推進1 600 mm后停止推進，停機等待冰凍管拔除，停機時每20 min轉動一次刀盤，轉動約5 min(見圖2)。

推進過程時刻關注洞門密封壓板變化，及時向鋼箱內注入惰性漿液，關注洞門鋼箱是否有滲漏，用雙快水泥封堵鋼箱。

3.3 負2環和負1環技術參數

待冰凍管拔除完畢無障礙后，盾構機繼續慢速推進，全過程對始發架進行變形監測，對洞門密封壓板進行監視，根據洞門密封情況選擇是否通過盾構機預留注漿孔進行注漿。

盾構機的推進速度控制在5 mm/min～8 mm/min，推力保持在1 000 t以下，刀盤轉速控制在0.63 r/min以下，刀盤扭矩控制在2 800 kN·m，土壓控制在0.1 MPa～0.15 MPa，螺旋機逐步開始出土，根據現場推力、土壓控制推進速度，及時根據情況進行調整。

盾構推進過程刀盤需一直轉動防止凍住，并注意刀盤正反轉，控制盾構機滾動角。脫出盾尾的管片可解除連鎖功能，進行支撐加固，割除防扭裝置(見圖3，圖4)。

3.4 第0環技術參數

盾構機繼續慢速推進，速度值盡量保持穩定，盾構機推進速度控制在5 mm/min～15 mm/min，推力控制在1 000 t以下，刀盤轉速控制在0.63 r/min以內，刀盤扭矩控制在2 800 kN·m，土壓力開始建立控制在0.15 MPa～0.18 MPa，螺旋機正常出土，根據現場推力、土壓控制推進速度，及時根據情況進行調整，嚴格控制出土量，嚴禁超欠挖。全過程對始發架進行變形監測，對洞門密封壓板進行監視，根據洞門密封情況選擇是否通過盾構機預留注漿孔進行注漿(見圖5)。

3.5 第1環和第2環技術參數

第1環和第2環盾構機推進速度都控制在10 mm/min～20 mm/min，推力控制在1 000 t以下，刀盤轉速和刀盤扭矩同第0環相同，土壓力開始建立控制在0.16 MPa～0.19 MPa，螺旋機正常出土，根據現場推力、土壓控制推進速度，及時根據情況進行調整，嚴格控制出土量，嚴禁超欠挖。全過程對始發架進行變形監測，對洞門密封壓板進行監視，根據洞門密封情況選擇是否通過盾構機預留注漿孔進行注漿。

第2環推進900 mm，盾尾進入洞門。第2環推進過程中，嚴格控制對洞門密封鉸鏈板的狀態的監視，上下左右同時監控確保鉸鏈板翻到位。嚴密監視兩道防水簾布下翻情況，確保簾布板與管片密貼，兩道簾布板完全下翻后采用弧形鋼板對洞門進行密封，對密封的弧形鋼板內部進行雙液漿填充，確保洞門密封。

3.6 第3環和第4環技術參數

盾構機繼續慢速平穩推進，姿態可進行微調。盾構機推進速度、推力控制、刀盤轉速和刀盤扭矩同第2環相同，土壓力開始建立控制在0.17 MPa～0.2 MPa，螺旋機正常出土，根據現場推力、土壓控制推進速度，及時根據情況進行調整，嚴格控制出土量，嚴禁超欠挖。

洞門外面做好應急準備，第3環當盾尾距離鋼環1.5 m時，及時調整洞門密封壓板角度，繼續掘進并進行同步注漿。注漿壓力控制在0.1 MPa以內，注漿量為4.5 m3，分3次注入，用二次注漿慢慢補充空隙，防止注入壓力過大，致使簾布橡膠及鉸鏈板崩掉。

第4環注漿壓力控制在0.2 MPa以內，注漿量為3 m3。注漿方式同第3環，并停止對區域的凍結(見圖6)。

3.7 第5環技術參數

第5環時，盾構機推進速度20 mm/min以下，土壓控制在0.2 MPa左右，推力控制在1 000 t以內，逐漸調整盾構姿態，擬合曲線掘進線路(見圖7)。

加強對根據地面監測控制，繼續對反力架進行變形檢測，觀察洞門，防止出現漏水、漏砂現象。及時進行二次注漿密封洞門，通過洞門預留注漿孔及管片注漿孔進行注漿，以單液漿為主，以雙液漿為輔。嚴格控制注漿壓力，時刻關注注漿量及洞門密封變化。確保洞門密封注漿質量，控制盾構推進，完成此次盾構機順利始發。

4 結語

盾構機始發作為盾構機施工過程的重要的風險點控制之一，是盾構能否順利貫通的重要前提和保證。本文以天津某盾構機始發為技術背景，對盾構始發的全過程所需的準備措施和關鍵技術進行了論述，是盾構機施工中一組重要的實踐數據，為行業內施工提供了可靠的借鑒經驗。