地鐵盾構掘進機施工技術分析

李金鑫LI Jin-xin；符衛東FU Wei-dong

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000）

0 引言

隨著我國城市城市建設工作的不斷推進，城市軌道交通建設工程大幅增加，為滿足地下工程施工質量要求，地跌盾構掘進機被廣泛應用在城市地跌施工中。城市地鐵施工復雜，在地下掘洞時會遇多種多樣地質結構，需穿過建筑群的地下施工時常發生，對地鐵工程施工標準要求更加嚴格，為保障上層建筑群的安全性與穩定性，應強化地鐵盾構掘進機的施工技術水平，最大程度減少地鐵施工質量問題的出現。基于此，本文以深圳地鐵12號線一期工程土建施工五工區洲石路站-鐘屋站區間線路施工為例，分析地鐵盾構掘進機施工技術的施工難點與重點，滿足地下工程施工質量需求。

1 工程概述

洲石路站～鐘屋站左線起點里程為ZCK21+969.716，終點里程為ZCK23+487.729，左線隧道長1519.973m（含長臉1.960m）；右線起點里程為YCK21+969.716，終點里程為YCK23+487.735，右線長1518.019m。

洲石路站～鐘屋站隧道區間頂板深埋11.4～28m，最大縱坡為29‰，隧道右CK22+460.000處設有聯絡通訊道一座，最低點右CK22+950.000處設有聯絡通道及水泵房一座，二者俱采用礦山法施工；根據總體施工計劃，洲石路站～鐘屋站線路區間，由洲石路站始發下穿多棟鐘屋工業區廠房及黃田鐘屋人行天橋后，沿廣深公路敷設，下穿黃田人行天橋，到達鐘屋站。

2 施工周邊環境

2.1 地形地貌

洲石路站～鐘屋站線路區間始發洲石路站，需沿西北方向掘進，再沿西向掘進，將經過鐘屋工業區24棟、52棟、60棟、49棟、46棟、48棟、13棟，側穿61棟、50棟、45棟、12棟，在穿黃田鐘屋人行天橋，沿北向廣深公路至鐘屋站。地形大致平坦，橫跨區間的管線主要有埋深2.65m的給水管（砼?600），埋深7.80m的污水管（砼?1200），埋深5.35m的雨水管（砼?1500），110kV，埋深2.06m的電力管（砼1400×1600），埋深3.04m的雨水管（砼?1500）等。

2.2 地質分析

對洲石路站～鐘屋站線路進行詳細地質勘探，區域存在兩條發育斷裂，但均為非活動性斷裂，對本次地鐵施工影響較小。在補充勘探時，未發現斷層存在，巖土層基本穩定，未發現不良情況。施工周邊滑坡、泥石流。地面塌陷、地裂縫等地質災害表現為不發育。主要不良地質可分為以下幾種：

①人工填土。經實際施工環境勘探發現，該施工路段人工填土范圍較大，且填土成分多樣復雜，主要填土物質為粘性土，伴有砂土、石塊等物質，導致施工環境土質不均，土質厚度變化很大。路面表層為混凝土路面或墊層。人工填海區與現狀道路地段存在大量人工填石層，且填石大小不均，最大填石超過1.0m，對地下掘進施工存在較大影響。施工區間部分路段為雜填區，主要填物為建筑垃圾與生活垃圾，物質成分復雜多樣，存在施工崩塌危險影響施工。另海上田園區正在進行填土施工，填土成分成分主要為工業廢料，存在造成地表水污染和場土地污染，需重點關注。

②殘積土。經勘探發現，殘積土主要為粗粒花崗巖、混合花崗巖、變質巖的殘積土，土質呈不均勻狀，易崩解且滲透系數較大，在掘進施工時，易引起涌泥、涌砂、圍巖崩塌事件。

③風化巖。風化巖的風化層不均是影響地鐵施工的重要因素，該路段施工的風化層不均主要表現為風化界面起伏差異較大、風化孤石、部分風化層缺失等，在工程施工中要重點關注分析，尤其是風化孤石的判斷。

④有害氣體。對該線路的軟土層分析發現，該線路的有害氣體主要為CO、NO、SO2、H2S及CH4等有害氣體，在軟土層是施工時要主義通風，以免造成施工安全事件。

2.3 區間地質分析

洲鐘區間地質詳勘報告及補勘報告揭示洲鐘區間盾構段的主要地層有：素填土、雜填土、粉質黏土、含砂黏性土、砂質黏性土、全～微風化片麻狀混合花崗巖。區間隧道穿越的地層主要是中～強風化片麻狀混合花崗巖地層。如圖1所示。

圖1 洲鐘區間盾構段地質剖面彩圖

3 地跌盾構掘進機下穿、側穿建筑群的難重點

本次線路設計需通過大量建筑群，包括鐘屋工業區的多棟廠房、人行天橋等等，為保障地表層建筑物的安全性與穩定性，需要采用積極保護措施保護上層建筑。根據對周邊地質和環境勘探，經研討制定以下方案保護上層建筑群。

3.1 盾構掘進機下穿建筑群施工措施設計

根據對施工周邊環境和地質的勘探，經研究討論在盾構掘進機下穿建筑群時，應采用以下措施保護上層建筑安全性與穩定性：

①通過強化盾構掘進機控制與姿勢調整，根據施工環境變化及時調整施工推進方向，減少盾構掘進機對土層的攪動影響。

②下穿建筑群時，要嚴格控制盾構掘進機的推進速度，保持推進的勻速性，減少盾構掘進機對土層干擾影響。在穿過廠區時，應保障盾構掘進機的總推力、到盤扭矩和螺旋輸送機壓力等參數在正常值范圍內的情況下，降低推進速度。本次掘進施工計劃，采用初始速度為3～5cm/min，總推力控制在14000kN以下，扭矩在3500kN·m以下，在現場施工時，根據信息系統反饋及時調整盾構掘進機的扭矩、總推力及速度。

③嚴格控制出土量與土壓力，避免出土量過多或土壓力變化過大，造成地表下陷。在土壓力控制上，要結合建筑群附加應力和掘洞上部土體損失狀況，設定相應的土壓力維持掘洞土壓力。在出土量控制上，要對比實際出土量和理論出土量，根據比例變化及時調整盾構掘進機的出土量，保障掘洞土壓平衡，有效控制掘洞對土體的擾動。

④強化注漿細節，維持盾構掘進機的勻速推進，避免推進頓挫感影響土層結構。在實際施工下穿建筑群時，應對漿液進行測試，根據實際施工反饋及時調整漿液配比，保障施質量。

⑤施工中需通過向土艙內和刀盤面注料的方法，改善排除渣土性能，保障渣土的流動性和止水性。

⑥加強施工監察，通過信息化動態施工方法，監控施工進程對施工進行及時指導與協調，保障施工順利進行。

3.2 側穿建筑群保護措施設計

洲石路站～鐘屋站線路區間需側穿多棟工業廠房，本次施工設計制定以下措施保護側穿建筑群：

①合理控制盾構掘進機的側穿參數，減少盾構掘進機推進過程中對土層產生的影響。同時需加大刀盤面和土艙的注料量，有效調整渣土的流動性和止水性，控制前方土體壓力。

②采用降低推進速度，增加刀盤轉數的方法，減少側方土體所產生的土壓力。同時，在實際施工中，應根據實際出土量和理論出土量的比例變化情況，及時調整渣土出土量，避免超挖或欠挖事件的出現，以免出現橫向土基變形。

③加強盾尾注漿控制，避免出現盾尾脫空情況。

④強化同步注漿控制，避免土體出現水平位移。

⑤實施信息化控制，對整個施工過程采用信息化實時監控，一旦出現施工偏差及時調整施工措施。

⑥加強地面構筑物跟蹤注漿、袖閥管注漿加固。如下穿建筑群時，若建筑物發生沉降或傾斜，應采用袖閥管注漿方法，對洞體進行加固處理，確保建筑群的穩定性和安全性。在下穿或側穿建筑群時，需加強洞體與建筑結構的監控，一般為3次/d，若發生異常現象，如地下水位異常變化、地面下沉等，要及時調整土艙壓力，加大注漿量和二次注漿量，同時加強監控防止發生水流失，造成地表變化。

4 本次施工的重點、難點分析及措施分析

4.1 下穿建筑群難點與對應措施

施工線路區間存在大量廠房建筑群，盾構掘進機在下穿或側穿過程中，需要嚴格控制盾構掘進機系統參數，減少下穿或側穿對土體壓力產生影響，避免建筑群出現下沉等不良事件。根據應對下穿、側穿建筑群的施工計劃，首先要嚴格控制盾構掘進機的各項參數：

①參數控制。本次工程施工要求隧道埋深為18m，主要通過巖層為3級圍巖，掘洞上部填土主要為人工填土，經計算得土艙壓力硬控制在0.7±0.1bar范圍內，刀盤轉數在1.2～1.4r/min范圍內，推進速度在20～40mm/min范圍內，總推力在7000～9000kN范圍，扭矩在1.2～2.0MN·m范圍內，貫入度在15～33mm范圍內，同步注漿量在6.5～8.1m3/環，注漿壓力0.2～0.3MPa，出土量18m3/min，盾尾油脂小于36kg，初始填料注入量在300～500L/m3，以上參數在實際施工中，需要根據實際施工環境變化，及時調整施工參數。其次，需要嚴格控制盾構掘進機的施工姿態。地鐵盾構掘進機的推進方向、速度等姿態會直徑影響前方土體的壓力變化，對前方土體壓力和上層建筑具有較大影響，故此，在地鐵盾構掘進機下穿、側穿建筑群時，要嚴格控制盾構掘進機的姿態。在控制盾構掘進機姿態調整上，要控制好盾構掘進機的各項參數，將各項參數控制在理論設計范圍內；不同填土層、土壓環境下要選擇相應的千斤頂；當盾構掘進機姿態出現偏差時，可以通過調整千斤頂編組來調整盾構掘進機的推進姿態，若千斤頂組編無法實現可通過盾構鉸接裝置進行調整；在盾構掘進機推進過程中，若姿態出現偏差時，要緩慢平穩調整姿態，不可采用一次性大范圍調整，要采用小范圍多次調整的方式，一次調整范圍要控制在4mm以下。

②管片拼裝。管片拼裝漏水是造成地標建筑下沉的主要因素，在管片拼裝過程中，要嚴格控制管片拼裝質量。首先，在拼裝前要對管片、止水膠帶等進行嚴格檢查，確保管片的完整性，一旦管片或止水膠帶出現破損情況，要及時進行修復處理，若無法修復需要更換管片或止水膠帶。其次，在管片拼裝時，要盡量柔和避免管片磕碰損壞管片材料，安裝時要注意管片的縱向平整性。拼裝完成要擰緊螺栓，整體管片完成拼接后要對所有螺栓進行復緊，確保管片密封性。

③同步注漿及二次補漿措施。同步注漿是加固土體、穩固上層建筑的主要措施，在下穿建筑群時需加強注漿初凝強度，減少漿液初凝時間，本次施工采用表1的泥漿配比方式，將注漿初凝時間控制在8h以內。在管片襯砌完成后，要采用二次注漿的方法填滿管片與土層之間空隙。二次注漿漿液采用水∶灰∶水玻璃為1∶1∶1的配比漿液完成注漿，采用先上后下的方式完成二次注漿。注漿過程中要采用信息化系統監控注漿情況，對注漿不足處進行二次、三次補注。

表1 漿液配比表

4.2 施工結果

本次工程施工完成后，對線路區間的建筑群進行檢測后，發現建筑群并未受到影響，提示本次盾構掘進機施工未對下穿或側穿建筑群造成影響，圓滿完成工程施工計劃。由此可見，在盾構掘進機施工技術中，要根據實際施工地質情況、周邊環境及所下穿建筑群情況，合理控制盾構掘進機各項參數，采用科學泥漿配比與注壓參數加固掘洞，有效控制地鐵盾構掘進機對下穿建筑群的影響。

5 結束語

地鐵盾構掘進機施工所面對的施工環境復雜，經常需要下穿或側穿建筑群，對盾構掘進機施工質量存在較大影響，故此，需要嚴格控制地鐵盾構掘進機下穿建筑群的施工質量。在施工前要對施工周邊地質與環境進行詳細勘察，結合施工計劃合理制定盾構掘進機的各項參數，實際施工中根據現場監控參數變化，及時調整盾構掘進機的各項參數。在管片拼裝前，嚴格檢查管片質量，采用柔和方式進行管片拼裝避免損壞管片導致漏水事件，完成管片拼裝后要進行二次注漿甚至是三次、四次注漿處理，保障管件外充密實避免上層建筑出現下沉事件，保障盾構掘進機的施工質量。