地鐵區間工程中盾構掘進關鍵工序管理措施

張 鑫

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司， 北京 100124）

1 工程概況

內蒙古體育場站--內蒙古體育館站區間，區間隧道右線起訖里程DK17+214.14～DK18+204.308，全長998.74m（含長鏈8.576m）；左線起訖里程DK17+214.14～DK18+204.308，全長1023.836m（含長鏈33.938m）。根據現場地質、水文、建（構）筑物現狀等基礎條件，選擇掘進施工方法，即復合式土壓平衡盾構機掘進。

2 盾構掘進的關鍵工序管理

2.1 土壓力的管理

在正式掘進時期，參考前100環試掘進過程中的成功經驗，完善施工監測工作，優化施工工藝，并控制好地面沉降。推進時，注意管控好推進里程，把施工測量得到的數據跟計算出來的三維坐標相校準，在此基礎上合理調整盾構姿態。

盾構在掘進過程中據此取得平衡壓力的設定值，在實際施工的時候，應綜合考慮盾構所在位置的埋深大小、土層情況以及地表監測結果來適當調整。

2.2 開挖土的管理

2.2.1 出土運輸方法

隨著技術研究的深入，現階段的出土運輸方法較多，較為常見的有如下幾種：（1）軌道輸送。適用于各類性狀的土砂運輸場景，是應用較為廣泛的方法。不過運土車需要接替裝土，所以可能會出現運輸難度增加、土砂掉出等問題。（2）泵送輸送。根據運輸工作量，在工作井外適配合規格的土砂泵，連接一條穩定可靠的管路用于高效運輸土砂。通常，輸送間隔在400～500m時宜使用泵送模式，如果距離偏長則增加中繼泵。（3）皮帶輸送機運輸。在工程量較大的盾構施工中，皮帶輸送機輸送是優質的方法，其具有連續運行、穩定性好、輸送能力強等多重優勢。硬件配置方面，分別在始發井和地面兩處安裝合適規格的皮帶輸送機，并以施工進度為準靈活調控，隨盾構掘進的持續推進而同步延伸。

2.2.2 開挖土量的管理

常見方法有如下兩種：一是重量管理，細分為多種形式，包含計量漏斗檢測開挖土量、檢測運土車重量等；二是容積管理法，例如螺旋輸送機轉數推算方法。在實際泵送施工中可以采用密度計推算開挖土量，或根據抽吸數展開計算，求得具體的推算結果。

2.3 注漿管理

在盾構掘進時，應快速在脫出盾構后的襯砌背面環形建筑空隙中填充漿液，以此降低或者避免地面發生沉降。其工作原理是：在盾構機不斷推進的過程里，維持特定的壓力（結合注入量來考慮）從盾尾直接向壁后注漿，盾構機結束推進的同時也停止注漿。該注漿方法是在形成環形空隙的同時通過填充漿液來填充。同步注漿原理見圖1。

圖1 同步注漿原理圖

2.3.1 同步注漿漿液選擇

根據區間地層條件、地下水情況以及從前的工程案例，采用水泥砂漿，其漿液粘稠，填充效果好，沁水性低，抗滲漏性能良好且后期強度高；惰性漿液也有利于提升施工整體質量，加快施工進度、節約施工成本，從而實現兼顧經濟效益和社會效益的目的。

2.3.2 漿液的拌制

漿液拌制系統布置在端頭井或預留出土孔周圍合適處，拌漿系統的組成部分包括1m3拌漿機和操作平臺，應測試漿液的稠度、含水量、流動性、和易性、析水性及抗液化指標，合格后方可使用。漿液配比為：砂∶膨潤土∶粉煤灰∶水∶水泥=850kg∶80kg∶400kg∶350kg∶150kg。實際施工配比按試驗確定。

2.3.3 注漿時間控制

注漿時間最好控制在盾尾脫離管片時。采用手控操作時，結合盾構機掘進速度實時調整注漿速度，盡量保證兩者同步進行。

2.3.4 注漿壓力控制

地質情況和地下水壓力直接決定了注漿壓力，嚴格管控好注漿壓力和注漿量，保證填滿所有空隙，并保證盾尾不漏漿。一般情況下，每環壓入量約8.0m3，控制注漿壓力約0.3MPa。

2.3.5 同步注漿的注意事項

（1）在正式開展施工之前，編制一份全面的注漿作業指導書，并通過漿材配比試驗來確定最適宜的注漿材料和漿液配比；（2）明確注漿施工設計、工藝流程和質量控制程序，按照要求操作，并做好檢查、記錄以及分析工作，繪制P（注漿壓力）-Q（注漿量）-t（時間）曲線，在此基礎上分析注漿速度與掘進速度之間的關聯，進而對注漿效果作出評估，為下一次的注漿作業奠定經驗；（3）創建一支專業注漿作業組，安排操作經驗豐富的注漿工作人員來負責現場的施工和管理；（4）參考洞內管片襯砌變形、地面以及周圍建筑物變形監測數據，分析后及時反饋結果，為技術人員合理調整注漿參數和施工工藝提供參考依據；（5）必須保證材料充足和及時供應，注意維護注漿設備以確保運行的穩定性，保證注漿管路和設備的清潔，以此促進注漿作業高效進行；（6）每環掘進之前，先確定注漿系統工作狀態是否正常，且漿液儲量是否充足，掘進時，如果發現注漿系統發生故障，必須馬上停止作業，檢查情況并確保無問題后再繼續掘進。

2.3.6 二次注漿

（1）注漿目的：二次（或多次）壓漿的目的是彌補同步注漿的不足，可以降低盾構過后土體后期的沉降量，尤其是盾構在穿越地下管線、地面構筑物、涌水以及軟土地段時該項作業更加關鍵。經過二次注漿后，能達到管片盡快支承地層、降低地基沉陷量、確保施工安全、確保管片襯砌早期穩定性的效果；（2）注漿方式：具體使用水泥漿，地面拌制，在管片上預留壓漿孔壓注。水泥漿配比為：水泥∶粉煤灰∶水=300kg∶2500kg∶800kg。根據注漿目的要求來合理調節注漿壓力，確保盾構施工過程中產生的地層空隙得到有效填充，防止因此而產生的地表沉陷現象。此外，注漿壓力不可過大，以避免發生地表有害隆起或管片襯砌受到損壞的問題。二次補充注漿壓力控制在2.0～3.0bar。

2.4 管片拼裝的管理

（1）拼裝成環。盾構推進后及時協調施工人員，盡快將管片拼裝成環，絕大部分為錯縫拼裝的方法；遇急曲線時，則使用通縫拼裝的方法。（2）拼裝順序。首先安裝下部的標準管片（A型），確認無誤后按照左右兩側交替的方法將標準管片依次安裝到位，隨后拼裝鄰接管片（B型），在前述基礎上將楔形管片（K型）安裝好。（3）盾構千斤頂的操控。管片拼裝時，若各盾構千斤頂在相同的時間縮回，開挖面土壓力將產生強烈的推動作用，迫使盾構向后退，進而威脅到開挖面的穩定性。因此，在管片拼裝工作中應有秩序性地縮回盾構千斤頂，消除不良影響。（4）連接螺栓的安裝與緊固。按照先環向、后軸向的順序依次將各自的連接螺栓設置到位并予以緊固，緊固力的控制視實際情況而定，其中螺栓的直徑與強度為關鍵參考依據，保證在特定的緊固力作用下螺栓維持穩定。通常緊固力取200～600kN·m。（5）管片拼裝誤差的管理。管片拼接是一項精度較高的工作，若管片的連接面缺乏平整性，將影響環間連接面的狀態（不平整性），加之盾構千斤頂的推力作用，有一定程度的破損跡象。因此，管片拼裝時注重精細化控制，確保拼接面平整且穩定，設置的各連接螺栓維持穩固狀態[1]。

因控制不當或其它原因使盾構方向與管片環方向存在偏差時，管片易受損，且隨著拼裝工作的持續開展，管片寬度增加時受損問題更為嚴重。對此，在拼裝前先檢驗盾構方向控制方法的可行性，拼裝時加強對盾尾間隙的檢查與控制，避免間隙過大。盾構與管片存在干擾時，查明具體情況，盡快調整盾構方向，有效消除不良影響。

3 施工過程中可能會發生的問題以及防治策略

3.1 隧道線形偏差

（1）盾構機自帶自動測量系統，其具備定位的功能，向施工人員呈現盾構機以及管片的位置，以便更為精確地采取控制措施，保證盾構姿態的合理性。但隨著運行時間的延長，自動測量系統的精度易下降，因此需由專員定期或不定期檢查，提高系統的運行精度，為盾構施工提供具有參考價值的數據[2]。（2）盾構期間盡快安排同步注漿作業，控制好作業參數（注漿壓力、注漿量），漿液固結后維持隧道的穩定性，避免下沉或上浮。（3）盾構施工環境復雜，易受到操作不規范、現場地質條件等主客觀因素的影響，導致實際盾構線路出現偏差，需根據實際情況及時糾正，使盾構機沿著既定的路徑穩定運行。盾構機糾偏的關鍵作業要點有：調整刀盤轉動方向時，避免短時間內大幅度猛烈糾偏，即遵循“多次、少量”的循序漸進原則；根據掌子面的地質特性靈活調整掘進參數，減小偏差。（4）直線盾構推進時保證盾構姿態的順直性，此時選取盾構點位與設計線遠方的某點，形成直線，根據該條直線的實際情況控制盾構姿態[3]。在曲線推進時要求該直線與設計曲線呈相切的位置關系，否則需調整。

3.2 盾構機旋轉

（1）掘進時及時注入泡沫，采用此方法減小刀盤扭矩，以便盾構機高效運行。（2）視盾構施工情況及時安排注漿，宜采用活性漿液，原因在于此類材料有利于加大盾構周邊摩擦力，以免在運行過程中發生盾構旋轉的異常狀況。（3）盾構旋轉時適度調整刀盤的旋轉方法。（4）在不影響正常掘進的前提下正、反轉刀盤，精準控制盾構機的旋轉角度。

3.3 噴涌

噴涌的原因復雜，關鍵的有：盾構施工期間遇到富水圓礫層，該地質條件下成型的開挖面存在裂隙發育的問題；未合理控制盾構機，難以做到連續掘進；雖然針對襯砌背后的空隙做填充處理，但由于注漿壓力不足、注漿量偏少等原因而導致空隙未得到全面的填充[4]。針對噴涌問題采取如下處理措施：（1）隨即關閉螺旋機閘門，不具備完全關閉閘門的條件時，及時回縮螺旋機，對門側做填塞處理，而后反轉運行螺旋機。（2）向螺旋機內注入高分子聚合物，起到止水的作用。（3）向土倉內注膨潤土（以偏稠狀為宜），采取此方法控制土倉內的土壓力。（4）加強對出土口的觀察，并動態分析土倉壓力的變化特點，根據所掌握的情況靈活采取控制措施，維持土倉土壓的穩定性，防止砂漿被大量噴出[5]。為取得良好的噴涌處理效果，需要按照特定的流程有序操作，在逐層推進之下有效解決噴涌問題。

4 結束語

綜上所述，盾構施工技術在現階段的隧道工程中取得廣泛的應用，但現場的地質、水文條件復雜，加之施工方法不合理，易引發盾構姿態偏差、刀盤聚集泥餅、盾尾泄漏等問題，因此建議施工單位立足于實際條件，合理協調各項工序，在統籌規劃之下，沿著特定的流程推進盾構的各項工作，加強對各項參數的管理以及各處質量的檢測、控制，保證施工安全的同時高質量、高效率完成盾構作業。