淺析雙模盾構機TBM模式穿越重大風險源的施工工藝

蘆興磊

（中交三航（廈門）工程有限公司，福建廈門 361000）

福州地鐵4號線林浦站―城門站區間中間（三環快速路南側）設置一個明挖中間風井，其余均為單線單洞盾構區間。林城區間林浦站―中間風井段北起4號線林浦站大里程端頭，下穿福泉連接線、連坂村民房、10#污水接收井、黃山汽車考訓場、省農業科學稻香研究所、三環快速路，進入中間風井。左線設一個長鏈12.094m，左線長1355.773m；右線設一長鏈0.822m，右線長1357.483m。林城區間中間風井―城門站段北起中間風井大里程端頭，側穿殘疾人康復中心，下穿城門山、城門村民房，進入城門站大里程端頭。左線長812.465m，右線長801.298m。區間隧道覆土最大厚度約為42.8m，最小厚度約為17.2m。區間兩臺盾構機從4號線林浦站大里程端頭始發，通過中間風井繼續掘進至城門站小里程端頭接收吊出。

1.區間風險源概況

1.1 側穿三環快速路福廈高架樁基

隧道設計左線為5.57‰上坡，R900圓曲線右轉；右線為5.578‰的直線上坡。盾構下穿三環快速時隧道所處地層主要為微風化熔結凝灰巖，隧頂埋深約24.1m。

1.2 側穿殘疾人康復中心地下室

隧道設計為4.235‰下坡及R1200（圓曲線18m、圓緩36m）左轉。盾構側穿殘疾人康復中心地下室時隧道所處地層主要為微風化熔結凝灰巖，隧頂埋深約41.3m。右線隧道距地下室最小水平凈距為24.99m，故不涉及側穿殘疾人康復中心地下室。殘疾人康復中心采用一層地下室，多層框架，基礎為獨立基礎。地下室距隧道最小水平凈距約4.82m。

1.3 下穿城樓村居民房

左線隧道設計為4.235‰下坡（550m）和20.7‰上坡（200m）；伴有R900（33.5m）、R1200（116.4m）及R450（238.9m）的轉彎半徑。盾構下穿城樓村居民房時隧道所處地層主要為中風化熔結凝灰巖、微風化熔結凝灰巖，隧頂埋深：17.3m～42.43m。

右線隧道設計為4‰下坡（550m）和21‰上坡（190m）；伴有R900（131.7m）、R1200（113.9m）及R450（242m）的轉彎半徑。盾構下穿城樓村居民房時隧道所處地層主要為中風化熔結凝灰巖、微風化熔結凝灰巖，隧頂埋深：17.3m～38.42m。

該處居民房多為1～5層，大部分為埋深約1.5m～2.0m的條形基礎，部分為樁基礎。

2.雙模盾構機TBM模式穿越重大風險源的施工工藝

2.1 施工前準備

（1）現場生產準備。施工前需要充分了區間地質情況，制定施工方案并提交給業主和監理，提前聯系建構筑物及居民房的產權單位和產權人，需提前做好溝通配合以確保各項工作的順利進行。針對施工的特點，向施工隊伍進行進場安全技術教育。

（2）技術準備。施工前組織相關技術人員在現場進行勘察，對施工方案進行復核和補充完善，確保施工方案對施工的指導性。同時，做好技術、安全等方面的交底，并組織施工人員進行相關的學習和培訓。

（3）盾構機的選擇。根據施工計劃安排及施工現狀，結合林城區間地質情況選擇2臺中鐵裝備生產的TBMEPB雙模盾構機進行施工。

2.2 盾構掘進管理

（1）推進及姿態控制。應用自動導向系統對千斤頂進行合理編組，分別為A、B、C、D 4組，而當盾構轉向不同時各組千斤頂的伸長量也不意義，當盾構分別向左、向右、向上、向下轉動時要保障最大的千斤頂伸長量分別為：向左B組最大；向右D組最大；向上C組最大；向下A組最大。

在推進過程中實時進行測量，并于計算的三維坐標進行校核及時做出調整，緩和曲線、圓曲線段X、Y偏差控制在50mm以內。

根據自動導向系統顯示的盾構機轉動方向調整盾構機刀盤的旋轉方向，具體方式為盾構機與刀盤的轉動方向相反。

（2）確定盾構掘進的主要參數。根據本標段工程地質、水文條件及以往的施工經驗，保證勻速、快速掘進通過，每天地面沉降量和累計沉降量應符合相關規范。主要參數見表1。

表1 盾構主要掘進參數

在施工過程中，盾構的速度要進行嚴格控制，確保勻速推進，使出渣速度、豆礫石填充及注漿速度與其相匹配，在推進過程中保持穩定，每日推進5環左右。同時，盾構出渣量也要嚴格控制，保持出土量與土壓力值一樣，以免影響地面沉降。

2.3 豆礫石充填與回填灌漿

掘進過程中必須保障豆礫石以及漿液的注入量及時機，防止管片出現位移變形等情況；有效避免因地下水流失而造成的地下水損失；保障防水功能的有效性；避免或減緩地下水對管片的侵蝕；傳遞管片與圍巖間的壓力，為隧洞的結構穩定提供保證[1]。

（1）豆礫石回填施工。回填時，在TBM后配套2#臺車一側布置水泥凈漿攪拌機1臺、注漿泵2臺；3#臺車一側布置豆礫石噴射機2臺；4#臺車一側布置皮帶上料機1臺；6#臺車一側布置空壓機2臺；8#臺車一側布置儲漿罐1臺、活塞式液壓注漿泵2臺。

設計管片注漿孔（兼吊裝孔）內徑為8cm的PVC管，能滿足豆礫石吹填要求。為了方便施工組織，按照拼裝點位進行選擇充填與灌漿。當需要注入豆礫石時，打開豆礫石罐氣動閥門，豆礫石由波紋擋邊帶式輸送機輸送至分料螺機，可將豆礫石分送至兩個豆礫石泵，通過豆礫石注入系統將豆礫石注入到管片背后。

填充的順序為拱底、次兩側、后拱頂，同時按照先下后上的原則，一次進行充填，并進行壓實保障沒有架空的情況出現。

豆礫石粒徑為5mm～10mm，普通硅酸鹽水泥強度等級為P042.5。水泥漿配合比為（0.7～1）:1，注漿壓力≤0.5MPa，注漿終孔控制以注漿壓力為主，以注漿量為輔。

直線段每隔60m（曲線段每隔30m）施做一道止水環，材料采用水泥―水玻璃雙液漿，配比為C：S=1:0.6～ 1:1（體積比），水玻璃模數2.6～3.0，水玻璃波度為30～40Be°，注漿壓力為0.3MPa～0.5MPa。

（2）水泥漿填充施工。注漿時按照量控為主，壓力為輔的雙控原則，進行壓灌。注漿順序與豆礫石充填順序一致，先下后上。

水泥漿配合比按設計要求兩側、頂拱270°水泥漿灌注；配合比遵循滿足設計要求和實際情況為原則，并通過現場試驗來確定。灌漿孔封堵采用與管片同等級微膨脹混凝土實施封孔，灌漿孔要保持清潔干凈，封堵后表面要平整，并進行定期養護。

（3）特殊情況處理。通常情況下，灌漿不能輕易中斷如出現特殊情況中斷，則中斷時間要保持在2h，如若超過2h，則要做好灌漿泵清洗以及灌注孔的清理工作。

（4）二次補漿。若回填密實性差，出現滲漏甚至地表沉降等情況，則要進行二次補強注漿。二次注漿采用盾構機自備的二次注漿泵進行，其目的是補強，材料一般采用水泥漿進行，能夠加固和填充管片周圍的地層。如果地下水較多則需要進行封堵，必要時可采用水泥加水玻璃雙液漿。

3.盾構施工保障措施

3.1 盾構機的維修保養

為使盾構機的性能得以充分發揮，防止事故、故障于未然，對盾構機實行日常和定期的維護和保養，認真執行“清潔、檢查、緊固、潤滑、調整”十字方針。檢查項目根據各種機械的特性及現場情況，在盾構機組期間完成盾構機各系統設備的《操作和維修保養規程》，必須依檢查項目切實進行，不應遺漏[2]。

成立專門的盾構狀態診斷小組，隨時監控、分析盾構機的狀態，同時加大配件的儲存，加強保養的力度和質量，確保盾構機正常運轉。

在盾構機穿越之前對盾構機實行整機檢修、保養，確保在下穿過程中掘進的連續性。

3.2 刀具檢查及管理

3.2.1 檢查及換刀措施

刀具的檢查由換刀班組按相關技術要求進行，由設備技術員確認，原則上在破碎地層、掌子面不穩地段不進行刀具更換工作。每次開倉檢查刀具時，要詳細記錄每把刀具的磨損量、磨損情況刀座號等信息。每把更換下的刀具在修理車間要詳細檢查潤滑油、啟動扭矩、刀體磨損量、密封、軸承等刀具配件情況，并做好記錄。刀盤刀具的檢查要求如下：

（1）滾刀的磨損情況、漏油情況；刀圈情況，包括松動、脫落、裂紋等；螺栓以及保護帽的情況等。

（2）刮刀的合金崗和耐磨層的缺損和磨損以及刀座的變形情況。

（3）刀盤以及刀盤牛腿的開裂、磨損等情況。

（4）攪拌棒耐磨層的完好情況。

（5）刀具緊固均采用自緊螺栓。

每次開倉檢查刀盤刀具時，要對艙內氣路上的油水分離器進行檢查，根據檢查結果進行加油或放水以保證油水分離器的正常工作，確保氣動扳手進行螺栓緊固時有足夠的氣壓。

在施工過程中加強刀具管理，避免刀具非正常損壞，并結合先期換刀檢查情況，統計刀具磨損數據，總結規律，及時對后續換刀計劃進行調整以保證刀具使用的計劃性和經濟性。

3.2.2 換刀作業

換刀時具有很強的危險性，所以必須要嚴格按照制定的換刀流程進行作業，保障換刀工作的安全性。

換刀之前必須做好準備工作，包括使用的工具、更換的刀具、制定應急預案、應急小組隨時待命等。在進倉作業前，觀查倉內情況，確保掌子面足夠穩定才能夠進行下一步工作。一般情況下，換刀作業必須不能中斷盡快完成，同時，還要配備對掌子面監控人員，保障整個換刀過程的安全。

3.2.3 刀具的維修

刀具維修是保障盾構機能夠順利進行施工作業的基礎，其內容包括刀具的清理、拆解、更換、組裝等，同時還要對刀具的使用情況進行判定，需要專業人員才能操作。由于刀具維修的內容較多，步驟復雜，為了確保維修的質量，需要嚴格按照流程進行，做好記錄工作并備案。為了防止刀具混淆，需要對維修過的刀具進行噴漆標識。

3.3 盾構掘進質量保障措施

盾構掘進特別注意防止以下質量缺陷：管片裂縫，管片過量錯臺，管片破損，隧道軸線偏移超限，盾構隧道后期下沉、上浮、水平位移超限，盾構隧道不均勻旋轉。

首先，建立盾構機管理領導組織體系，制定詳細的維護保養制度，使用操作施工手冊，定人定崗定責，強化盾構機的管理。

其次，制定平面控制網測設的措施以及技術要求。以項目工程師為責任人設立專業測量小組，按照要求對測量基準點進行有效保護，防止撞擊、毀壞等情況的發現。在施工過程中要對基準點定期進行復核，實時掌握其發生位移的情況。為了保障測量結果的準則下測量觀察點必須牢固穩定。掘進路線的參數要提前進行設計，在操作過程中嚴格按照設計的參數進行，若發生特殊情況應立刻停止操作并上報，等待新的方案。在掘進過程中要嚴格控制盾構機的姿態，保障糾偏幅度不超過盾構直徑的0.4%，同時，每推進一環就要對盾構機的姿態和距離軸線的偏差進行測量一次。

采用地面沉降監測與注漿量、注漿壓力及管片混凝土內力監測相結合的辦法控制盾尾注漿質量。

按設計要求控制襯砌制作、安裝精度，管片出盾后對所有螺栓復緊一次，任何時候緊固螺栓時用規定的力矩緊固，且不損壞已組裝好的管片。管片在盾尾拼裝時，管片外弧面與盾殼間至少留30mm的間隙，以確保拼裝精度。

4.結語

在雙模盾構機TBM模式穿越重大風險源盾構施工時，必須根據實際情況制定科學合理的施工方案，并嚴格按照施工方案執行，要隨時進行檢測，遇到突發情況即停止掘進調整方案。同時，采用同步注漿和二次補漿控制措施，利用管片預埋注漿孔及時進行徑向補注漿并輔以嚴格的施工監控量測措施，確保盾構安全順利地穿過重大風險源。