淺析盾構隧道掘進施工技術及安全保證措施

張彥寧

（中鐵二十局集團南方工程有限公司，廣州 深圳 518000）

0 引言

當前，城市軌道交通的建設要求越來越高，建設條件越來越復雜，全新的盾構式隧道掘進施工技術應運而生，這種施工技術在實際應用中具備安全性高、施工快、對周圍環境影響小等優勢[1]。這離不開盾構式隧道掘進施工技術科學的施工流程，離不開其施工過程完善的安全保證措施。本文以西安地鐵六號線建設項目為例，針對地鐵盾構隧道掘進施工流程及安全保證措施展開討論。

1 西安地鐵工程概況

西安地鐵六號線建設項目分為鐘樓站—大差市站區間和大差市站—長樂門站區間，共兩部分組成。其中，鐘樓站—大差市站區間隧道盾構法施工段位于區間右線，盾構機在大差市站后配套過站，并從鐘大區間淺埋暗挖法隧道始發，于鐘樓站吊出，盾構始發里程為YDK35+284.255，沿東大街南側快車道、慢行道向西展布，下穿端履門過街通道，側穿東大街南側商業門面房，最終到達鐘樓車站，盾構終點里程為YDK34+664.889，最小曲線半徑R=1000m。盾構區間從大差市站西端以2‰的下坡出站，以20.37‰的坡度下行至區間線路最低點后，以5‰的坡度上行，最終以2‰的下坡進入鐘樓站。盾構區間的軌面最低點位于里程YDK35+006.574（軌面埋深約24.6m，隧道拱頂埋深約19.8m），軌面最高點在大差市西端盾構法與淺埋暗挖法分界處YDK284.255（軌面埋深約20.2m，隧道拱頂埋深約15.4m）。大差市站—長樂門站區間線路從大差市站東端以線間距16.85m 出發，沿東大街左右線分別下穿東岳廟廣場商廈和東方國金中心，然后一起從左右下穿長樂門，然后同時左右線下穿護城河和環城東路，再左右線分別下穿大香港鮑翅酒樓和中國華融資產西安辦事處后，走行到長樂門進入長樂門站[2]。大差市站—長樂門站區間從大差市站東端接出，先以2‰，上坡下穿東大街，之后左和右線以25‰和5‰下坡，然后左和右線先以10%上坡，之后左線以27.494‰上坡，右線以27.731‰上坡，最后左線和右線以2‰上坡，進入長樂門站西端。表1 為項目覆蓋范圍內地鐵沿線建構筑物匯總表。

表1 項目覆蓋范圍內地鐵沿線建構筑物匯總表

鐘樓站—大差市站區間場地現地形平坦，隧道在Z（Y）CK34+900～Z（Y）CK34+970 附近,下穿東大街～端履門過街通道，過街通道埋深6.65m，距隧道結構約20.80m。大差市站—長樂門站區間位于東大街市政道路下，沿線分別穿越東岳廟廣場商廈、東方國際中心、大香港鮑翅酒樓、中國華融資產管理公司西安辦事處等商業建筑物[3]。區間左、右線下穿環城東路下穿立交。

2 地鐵盾構隧道掘進施工

2.1 盾構始發

盾構始發是地鐵盾構隧道掘進施工中的關鍵步驟，其具體的施工流程如圖1 所示。

圖1 盾構始發流程示意圖

結合上述盾構始發施工流程，針對本工程項目的施工條件，按照大長區間風機房基坑降水平面布置設計圖，風機房沿基坑外側布設降水井8 口，井間距約12～24m，井直徑0.8m，井深45m。大差市站—長樂門站區間隧道盾構始發加固里程為：Y（Z）DK35+836.290～Y（Z）DK35+844.290，左線加固區域位于區間風機房一期圍擋內，右線加固區域位于區間風機房二期圍擋內。左右線加固范圍分別為：8m（長）×12m（寬）×12m（深），即沿線路方向加固長度為8m。采用三重旋噴樁加固，樁徑0.8m 樁，間距0.6m，梅花形布置。在完成上述操作后，對洞門進行破除施工[4]。洞門破除前，對洞門位置進行水平探孔，觀察地下水位高度，探孔深度為3m，探孔位置如圖2 所示。

圖2 檢測孔布置示意圖

在完成對檢測孔的布置后，在洞圈外搭設腳手架，并結合實際工程需要鋪設腳手板，輔助開展鑿除工作。在完成破樁工作后，根據以往施工經驗結合實際情況，盾構始發時，始發托架安裝時抬高2cm，以防止始發后盾構機姿態下沉過大，采用175H 型鋼對始發架進行橫、縱向支撐。在對始發托架安裝時，應當按照如下步驟完成：

第一步，在始發井擴大端按“兩縱兩橫”的安裝要求放點，定出始發托架的水平位置；

第二步，在始發井端頭使用25t 汽車吊，配合完成始發托架組裝；

第三步，使用25t 汽車吊，將始發托架吊裝下井，并擺放到安裝位置；

第四步，使用水準儀復核始發托架高程，根據實際情況做出微調；

第五步，使用175H 型鋼加固始發托架。

按照上述流程完成盾構始發，并為后續各項施工工作提供基礎條件。

2.2 盾構掘進施工

根據該工程項目隧道的埋深以及地質情況，確定管片拼裝點位。盾構掘進施工，首先需要完成注漿工作，在開始注漿時，采用同步注漿和二次注漿相結合的方式，在注漿時，根據經驗公式計算及設計要求，注漿量取每環不低于5.3m3，實際注漿量可根據施工時地面沉降情況略微調整。在注漿過程中，出現管片裂縫漏水現象時，若墻面輕度滲水時，不注漿，只注入環氧樹脂進行處理；如滲水較大，在本環或相鄰環進行二次注漿處理[5]。針對施工中的水平運輸，采用北車蘭州機車有限公司制造的45t 電瓶機車，該機車額定牽引力為104kN，最大行走速度為25km/h，軌距900mm，軸距2600mm，制動方式包含電控制動、空氣制動和手制動。為了確保管片結構具備一定的防水性，按照清掃管片→用鋼絲刷刷掉止水槽混凝土斑點、泥點→用毛刷刷掉止水條里的粉塵→在止水條和止水槽表面涂刷粘合劑→粘貼密封墊→用橡膠錘敲打,保證止水條和止水槽粘結緊密的流程，完成密封墊止水條安裝。在施工現場，為保證隧道內運輸安全，機車在洞內的運輸，應指派經過專業培訓的人員操作。在機車啟動前，要求檢查各節機車連接牢靠，在確保沒有任何問題的情況下，統一指揮協調機車組的運輸。當機車到達預定的位置裝卸料時，要將事先加工制作好的防溜器械放在車輛前后軌道上，保證洞內的安全運輸工作。

2.3 盾構機到達與接收

當盾構達到端土體時，需要對其進行加固處理，隧道盾構接收加固里程為：Y（Z）DK36+823.733～Y（Z）DK36+831.733，加固區域位于長樂門站一期圍擋內。左右線加固范圍分別為：8m（長）×12m（寬）×12m（深），即沿線路方向加固長度為8m。采用三重旋噴樁加固，樁徑0.8m 樁，間距0.6m，梅花形布置。同時，還需要按照接收端洞門破除工藝流程：盾構機刀盤靠近維護樁→在接收托架上鋪設鋼板，保護托架和洞門密封裝置→采用挖掘機破除維護樁→割除鋼筋→渣土清運的流程鑿除洞門。在盾構達到施工過程中，還需要注意，由于刀盤進站后管片失去反推力，可能導致管片連接不緊密，出現防水材料壓不實的情況，所以，在到達段最后10 環管片，需利用槽鋼在管片3、6、9、12 點位進行縱向連接，槽鋼兩端用管片拼裝頭緊固到管片注漿孔位置，并做好螺栓復緊工作。

3 安全保證措施

3.1 監測監控措施

為了確保施工現場的安全，提出合理的監測監控措施。針對上述施工測量內容，根據施工進展情況，編制施工測量方案，并報上級主管部門審核批準。根據相關施工規范和設計要求，確定地表及地表建構筑物的沉降控制值。同時，結合本地鐵建設項目的實際需要，將預警值設置為70%，將報警值設置為85%，具體監測監控值如表2 所示。

表2 監測控制標準值

施工區域內監測的主要內容包括：地表監測、管線監測（污水、雨水及給水管線）等。根據現場實際情況，將監測預警劃分為三個等級，并用不同顏色進行標記，分別為黃色、橙色和紅色。

3.2 技術保證措施

施工過程中的安全防范要點，主要包括:防止泥餅、噴涌事故；防止地表嚴重沉降事故；防止地表冒漿事故；防止洞門坍塌事故、聯絡通道事故。可根據監測情況及借助盾構隧道方面已有的施工經驗，對隧道掘進（開挖）進行變形預測。以監測為手段，實行信息化施工。根據始發到達地基上不同的地質狀況，采取合適的注漿辦法，保持始發、到達洞口土體自穩性，確保盾構機安全始發到達。對重要建筑物采取樁基托換、預注漿加固等措施進行保護，以控制變形，施工過程中，要對重要建筑物進行監測，根據監測情況采取保護措施。

針對施工現場電瓶車防溜車的安全保障，為防止剎車失靈、施工人員疏忽等問題，在機車前端安裝防溜車鉤。當電瓶車出現剎車故障或者溜車現象時，電瓶車司機在操作室可及時放下防溜車鉤，防溜車鉤被放下后，可直接與軌枕接觸，達到緊急制動的目的。同時，在臺車上加裝防撞梁，在1 號臺車前端加裝防撞梁，當電瓶車在臺車內發生溜車且來不及使用其他防溜車裝置時，防撞梁可阻擋電瓶車進入管片拼裝區，對盾構機核心部件及施工人員造成傷害。盾構下穿城墻前，對城墻采取加固措施。在城墻門洞下方地表沿城墻四周，對城墻基底下方進行袖閥管注漿，注漿采用2 排Ф50 袖閥管。沿洞門環向設置槽鋼，加強縱向聯系，間距為1m。在區間和城墻及甕城之間鉆設Ф1000@1500 鉆孔灌注樁作為隔離樁，同時在距甕城基礎3m 處設置Ф1000@1500 素混凝土樁。

在盾構穿越時，需要對盾構機、洞內運輸電瓶車、龍門吊、攪拌站等設備進行檢查，檢查和維修工作在盾構機下穿城墻前3d 完成，并在下穿前及下穿期間，提高設備檢修頻次，加強設備監控措施，嚴格控制盾尾同步注漿，每環進行二次補漿，補漿點位為3 點、9 點、11點、1 點，填補管片壁后空隙。在始發掘進中，需在負載運行下（100m）,采用靜態檢查方法檢查各系統正常，則盾構完成井下驗收。盾構始發前條件驗收合格，且施工單位將驗收會上各方提出的意見整改完成，并報監理審查合格后，盾構方可始發。

4 結束語

綜上所述，以西安地鐵六號線建設項目為例，針對該工程項目盾構隧道掘進施工段，從施工流程和安全保證措施兩方面，提出了優化建議。在實際施工中，除了按照上述流程完成施工外，還應當嚴格按照驗收要求，完成驗收工作，并針對施工現場突發的緊急事件，采取相應的應急處置措施，在確保施工現場具備更高安全條件的情況下，使施工質量得到進一步提升，促進地鐵后期建設與運營的順利進行。