小半徑曲線盾構過區間中間風井施工技術

方亮亮

（安徽金聯地礦科技有限公司，安徽合肥 230088）

在城市軌道交通線路密度日益增加的背景下，由于受到了規劃和現有建筑的限制，城市軌道交通的線形日益復雜，為避開建（構）筑物的影響和保證長區間隧道通風的要求，通常將線路較長的地鐵隧道中設置的中間風井平面線型設計成小半徑曲線，造成盾構進出風井方向存在夾角，加大了盾構過風井的施工難度[1-2]。

1 工程概況

合肥市軌道交通3號線南延線青年路站—云谷路站區間（簡稱“青云區間”）為雙洞單線圓形隧道，采用盾構施工，線間距12.03～14.15 m，隧道左線長2 141.143 m，右線長2 141.345 m。在中間最低處設置1座中間風井兼做聯絡通道及泵房，該風井主體結構為地下5層三跨鋼筋混凝土箱型框架，外包總長34.1 m（其中主體部分長25 m，附屬結構長9.1 m），寬26.0 m，底板埋深35.93 m。主體圍護結構地下連續墻厚度為1 m（洞門范圍內的端頭圍護結構鋼筋采用玻璃纖維筋替代），主體結構內襯墻厚度為1.2 m，洞門直徑為6.8 m，盾構最大外徑為6.44 m。青云區間隧道過中間風井平面曲線上為450 m的小曲線半徑段，縱斷面上先以8.3‰ 下坡在中間風井接收，然后以9‰ 上坡在中間風井二次始發。

1.1 工程地質

隧道在穿越中間風井時，盾構在450 m曲線段掘進的巖性主要為中風化泥質砂巖，掘進段上部主要為強風化泥質砂巖，下部為中風化泥質砂巖。盾構過中間風井區域巖層總體呈單斜狀，地質構造簡單。

1.2 水文地質

中間風井施工區域水文地質條件簡單，地層之間水力聯系較弱，區內地下水主要為上層滯水、承壓水和基巖孔隙水、裂隙水。淺層地下水以人造充填物為主體，以表層滯留水占主導地位，其含水量較??；承壓水主要賦存于粉土、粉砂、中砂層中，基巖孔隙水主要賦存在完全風化泥質砂巖中，含水量不大，但在局部粉土或粉砂透鏡體夾層中水量可能較集中。

2 施工工藝流程

盾構機過中間風井是指從盾構機順利進洞到弧形混凝土導臺上，拼裝負環空推到盾構從風井導臺上二次始發出洞的整個施工過程。其工作內容包括：施工準備、盾構接收、盾構空推過站、盾構機檢修及刀具更換、盾構始發等內容。具體施工流程如圖1所示。

圖1 施工順序流程圖

3 盾構過風井施工技術

3.1 盾構割線接收與二次始發

因盾構機剛體為直線型，不能很好地符合隧道設計曲線，因此，在施工過程中，盾構機均需沿直線進行施工。青云區間盾構過中間風井段為450 m的小半徑曲線，若盾構沿著中間風井接收和始發洞門中心點連成的直線推進，待盾構機整個剛性盾體進入土體后，刀盤在半徑450 m曲線上的中心線已向線路中線外偏180 mm，水平偏差值遠大于掘進過程中的規范允許偏差±50 mm（圖2）。

為滿足隧道成型質量要求且使盾構機在出、進洞前5 m的姿態偏差最小，區間盾構掘進在風井段采用割線接收與二次始發的方式，充分利用盾尾鉸接調整盾構姿態，保證盾構順利接收和二次始發。在盾構到達風井前，提前用軟件模擬盾構出、進洞的軌跡并施作好混凝土弧形導臺。盾構在到達前就開始向曲線圓心相反方向偏離48 mm，待盾構刀盤頂到洞門圍護結構時盾構中線剛好與隧道設計中心線重合；二次始發時，由于盾體與圍護結構有一定的夾角，為保證盾體順利進洞且使盾構中線與隧道設計中心線的偏差在規范允許范圍內，在始發端使刀盤中心線與洞門中心線重合，盾尾中心線偏離隧道設計中心線23 mm，但盾體沿著這條直線完全進洞后，刀盤中心線偏向圓心方向36 mm（圖3）。

圖3 改進后的盾構機過450 m半徑曲線段示意圖（單位：m）

3.2 盾構到達中間風井施工

盾構到達風井前，要根據前段掘進參數優化接收前的掘進參數，在最后20環盾構機應當勻速推進施工，速度控制在2 cm/min為宜。為控制盾構施工的精度，盾構施工過程中，不能出現過大變形，其變形量不能超過10 mm （高程和平面），每一次盾構的變坡量不能超過1‰。當盾構刀盤距貫通路段不超過10 m時，應在中間風井接收洞門處安排專門的人員，負責隨時觀測洞口的變化。如果洞門處地下連續墻發生較大的振動，甚至是發生了裂縫，那么就應該及時通知主司機，讓盾構推力、刀盤轉速和推進速度再減小一些，以免因為推力過大而導致洞門倒塌，或者地表沉陷。

3.2.1 貫通前測量與盾構姿態的調整

在盾構抵達之前50 m段，加大對盾構姿態及管片的檢測頻率，依據重測結果，結合中間風井對洞門鋼環的真實位置，及時調整盾構推進參數，保證盾構機進洞時的姿態與設計路線一致，順利進入到中間風井混凝土導臺上進行接收。因在風井以450 m半徑圓曲線接收，為便于盾構機順利爬上導臺水平出洞，控制盾構機軸線在洞門中線上10 mm范圍內，平面偏差控制在50～80 mm，出洞時注意調整盾構機姿態與管片拼裝姿態。為保證出洞前盾構姿態的穩定和出洞前的安全，對已拼裝的管片及時進行二次注漿，堵住盾尾管片后面的水流，穩定管片的位置，保證自動導引系統準確有效地運行[3]，并對洞門鋼環和接收導引平臺進行再次測量，確認洞口入口的大小，保證出口的凈空；保證盾構機的剛性盾體安全順利爬上中間風井預制的弧形混凝土導臺。

3.2.2 盾構到達掘進參數控制

為及時控制好盾構接收時的姿態，使盾構按照設定的姿態順利接收并推上混凝土弧形導臺，在到達段，要嚴格控制好掘進參數。到達段盾構根據貫通距離和洞門觀察情況及時調整參數，控制土倉的平衡土壓力，使土倉壓力緩慢下降，防止壓力突變；每循環要清空渣土車內的殘余渣土，統計好每環管片的出土量和同步注漿量，為后續洞門封堵時補充的漿液量提供依據；在掘進過程中，及時做好盾尾油脂壓注工作。在盾構機入洞后，為防止過大的推動力對洞門結構區域的土體穩定性造成影響，必須進行有效的糾偏，并減小洞門土體區域的壓力[4]。逐步減小推土機的推力、土倉的壓力，減小掘進速率、刀盤的旋轉速度，控制出土量，并對土倉的壓力進行實時監測。

3.2.3 二次接收

為保證盾構接收安全，盾構到達風井接收采用兩階段接收的方式：①當盾構機上導臺后，盾尾距離洞門1.2 m時停止推進，及時封堵盾體與洞門之間的間隙，洞門圈封堵完畢后，進行壁后填充注漿，同時在盾構機尾部2環位置注雙液漿形成2道環箍堵住后方來水；② 在泥漿固化后，繼續向前推進，直到盾構機完全進入到弧形導向平臺，當盾尾脫離洞門圈的時候，將洞口的門環與管片的縫隙重新封閉起來，并進行洞門的封閉灌漿，結束二次接收。

3.3 盾構機空推過站

3.3.1 弧形導臺設計與施工

中間風井弧形鋼筋混凝土導臺由兩端的直線段和中間450 m半徑的弧形段組成，在中間風井結構隧道底部60°范圍內，修筑寬10 m、高1 m 的鋼筋混凝土結構的縱向過站導臺[5]。為防止在盾構機進洞口之前卡死，在盾構機進洞口附近不設置導向平臺，留出了刀盤旋轉的空間。在導臺鋼筋骨架綁扎時，提前加工好厚20 mm、寬330 mm的鋼板，鋼板下端焊接長540 mm的鋼筋并錨入到混凝土導臺內，沿隧道軸線方向每隔200 mm設置1道，在鋼板面上焊接P43型鋼軌，作為盾構機在風井空推的導軌。為增加導軌的剛度和穩定性，防止盾構機在導軌上空推時導軌斷裂和發生位移，在導軌兩側用厚20 mm、間距50 mm的鋼板予以加固。為增加導臺的整體穩定性，在導臺混凝土面部下方50 mm處增設直徑20 mm、間距150 mm的拉結鋼筋，與兩側導軌下方的鋼筋混凝土導臺結構連接在一起[6-8]。在導向平臺上澆注C30混凝土，在沒有鋼筋的外部，填充C30素混凝土（圖4）。

圖4 導臺剖面及鋼筋示意圖（單位：mm）

鋼筋混凝土導臺施工的質量直接關系到盾構能否順利在中間風井進行接收和二次始發，因此，在導臺及導軌施工中要重點控制以下幾點：

（1）測量人員嚴格按照設計標高和坡度控制好導臺的軸線和軌面標高；

（2）鋼導軌在焊接時由測量人員現場定位后進行焊接，以保證導軌頂面平順；

（3）鋼筋混凝土導臺澆筑前，測量人員要復核模板的弧度與設計隧道軸線是否一致，檢查模板安裝穩固性，確?；炷翝仓r不變形；

（4）考慮到盾構機進洞時可能出現“磕頭”現象，將接收端的導臺及導軌標高比理論值下調20 mm，將在中間風井二次始發端的標高比理論值上抬20 mm；

（5）導臺施工完成后測量人員進行導臺精度的測量，并記錄測量數據。

3.3.2 盾構空推通過導臺

盾構過中間風井空推段長26 m，盾構在導臺上空推時要保證：①根據復測導臺軸線，均衡調整盾構前進推力，推進速度控制在20 mm/min以內，嚴禁刀盤在推進過程旋轉；②為避免盾構機空推時出現自轉現象，在盾體兩側與導軌相交處每隔1 m焊接防滾楔；③為防止在管片拼裝時盾體前移，在導臺上焊接防盾體前移裝置；④為保證脫出盾尾管片的穩定，每環管片在脫離盾尾超過一半后，及時塞進下墊楔形方木[8-9]。

盾構機在風井導臺空推過程中，安排專人在刀盤前方觀察推進情況，密切關注盾體和軌面的貼合狀態，保證盾構姿態與設計相符，觀察人員與盾構司機之間有可靠的通信方式，出現異常情況立即通知盾構司機停止推進。在推進時，要把握好左右2個油缸的推力，并對油缸的伸縮量進行合理的控制，使油缸沿設計路徑前進。

3.3.3 負環拼裝與加固

青云區間盾構過風井采用拼裝負環管片空推過中間風井，進、出風井前，各15環管片每拼裝一環管片就及時在管片上部和兩腰安裝管片縱向拉緊聯系條，使環與環間連成整體。為后續負環管片拆除方便和保證進、出風井以及測量的要求，提前做好管片排版，確保在風井兩端和中部各選一環管片拼裝時不安裝封頂塊，為控制盾構姿態，可在此環管片和相鄰管片間多加幾層軟木襯墊。

盾構空推到洞門后進行二次始發的反力由已拼裝的負環管片提供，為控制好盾構的姿態和防止已拼裝管片破損和錯臺，必須做好脫出盾尾管片的加固。風井段負環管片固定主要為兩側和環管片間的固定2部分，管片支撐分為底部支撐、兩側支撐、兩環管片間的緊固及整環管片固定4部分[10]。

（1）底部支撐。當管片從盾尾脫出后，管片與弧形混凝土導臺鋼軌面間存在的間隙為140 mm，為防止管片下沉，及時在每環管片底部與軌道連接處墊4～6塊木楔。

（2）兩側支撐。為防止風井空推段拼裝的負環管片向兩側側移，在脫出盾尾的管片兩側設置斜向支撐（18a工字鋼鋼管），上部與管片相連，下部與導臺預埋鋼板焊接；在管片兩側腰部設置通長工字鋼，與兩側的墻或柱頂緊。

（3）兩環管片之間的緊固。在盾構機推進過程中，要加大管片螺栓的緊固力度，每環管片螺栓最少要緊固 3次，也就是組裝完畢拆下尾盾后，再拆下3個環扣件。

（4）整環管片固定。為防止管片向上移動，在管片脫出盾尾一半后，立即用鋼絲繩環向拉緊管片。

3.3.4 盾構維修保養

盾構機到達始發端頭，預先不拼裝管片，推進千斤頂油缸全伸，將內側盾尾鋼絲刷全部暴露，對盾構盾尾刷檢查和更換。在中間風井停機階段，對盾構磨損的刀具進行全面的檢修和更換，為盾構機后續穿越肥西排澇站及泥質粉砂巖地層做好相關準備。

3.4 盾構二次始發

中間風井圍護結構地下連續墻施工時采用玻璃纖維筋代替了普通鋼筋，因此，盾構二次始發前，在地面降水井，將地下水位降至設計水位以下并經洞門探孔檢驗合格后即可直接磨洞門進行二次始發。盾構空推過站到達始發端頭后，對盾構姿態重新進行測量，并精確定位，始發段為正常過站拼負環推進段，已拼裝好的負環管片為盾構二次始發提供反力。盾構在二次始發推進過程中必須注意：在盾構機直接磨地下連續墻掘進階段速度控制在1～5 mm/min，緩慢將土倉壓力建至0.7 ～1.5 bar；在盾構機磨穿地下連續墻后至距地下連續墻10 m掘進階段，掘進速度控制在10～30 mm/min，逐漸將土倉壓力穩定到2.0～2.2 bar；推進過程中，千斤頂推力調節應緩慢平穩，嚴禁推力突變；安排專人觀察出洞期間洞門涌水和漏漿情況，及時在洞內進行二次補漿，快速完成洞門封堵，確保洞門處安全。

4 施工效果

施工單位通過超前謀劃，調整施工工序和施工工藝，根據風井結構施工和區間盾構掘進工期安排，制定了科學合理的施工方案，在施工中嚴格落實各項保障措施，最終保障了左右線順利在風井的接收和二次始發，節約了工期。盾構通過后，對進出洞口已成型隧道的管片姿態進行復測，實際管片姿態偏差值均在規范規定的允許范圍內，與方案模擬的理想值相吻合。

5 結論

合肥市軌道交通3號線南延線青云區間中間風井通過設置與隧道軸線一致的弧形鋼筋混凝土導臺、拼裝負環管片，采用割線接收、空推過站和割線二次始發的方法，安全快速地通過中間風井，縮短了工期，減少了施工的風險，節省了施工的費用，確保了施工的質量與安全，可為今后類似工程提供借鑒。