洪開榮，路耀邦，梁奎生，劉洪震

(1.中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009;2.中鐵隧道集團有限公司技術(shù)中心，河南洛陽 471009;3.中鐵隧道股份有限公司，鄭州 450003)

0 引言

隨著我國地下空間開發(fā)利用步伐的不斷加快，盾構(gòu)施工作為隧道、地鐵、城市管線、越江和跨海等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一種主要方法得到了廣泛地應(yīng)用，隧道與地下工程建設(shè)的高潮在21世紀(jì)已全面來臨［1］。盾構(gòu)到達技術(shù)是制約盾構(gòu)順利出洞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是困擾盾構(gòu)法施工的難點［2］。到達技術(shù)主要包括端頭加固、安裝接收基座、盾構(gòu)機靠上圍護結(jié)構(gòu)、管片連接、洞門鑿除和安裝洞門密封裝置等［3］。目前關(guān)于泥水盾構(gòu)到達施工技術(shù)的研究有很多，如:康寶生等［4］結(jié)合南京地鐵某區(qū)間介紹了盾構(gòu)進出洞端頭土體加固方案的選擇，以及到達掘進的施工流程及施工難點控制;趙運臣［5］分析了不同盾構(gòu)到達方法的特點，以及如何根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)類型和洞門密封形式等選擇合適的到達方法，并提出施工過程中需注意的問題;唐忠［6］結(jié)合現(xiàn)場施工過程中泥水盾構(gòu)的始發(fā)與到達施工技術(shù)，對泥水盾構(gòu)深井下組裝始發(fā)與到達施工各工序進行了介紹;呂寶偉［7］結(jié)合大直徑盾構(gòu)和小曲線半徑到達接收工程實例，對大直徑盾構(gòu)曲線接收技術(shù)進行探討;李奕等［8］通過工程實例介紹了一種連續(xù)墻+接收鋼套筒的盾構(gòu)到達施工新技術(shù)，不僅有效地降低了盾構(gòu)到達施工的風(fēng)險，而且因接收鋼套筒可重復(fù)使用而大幅度降低了施工成本。

然而，對于盾構(gòu)機雖順利掘進(盾構(gòu)成功抵達)，而接收工作井尚未完成盾構(gòu)提前到達技術(shù)的研究還是一片空白。鑒于盾構(gòu)到達技術(shù)的成敗對隧道的安全快速施工有著重大的影響，本文結(jié)合施工現(xiàn)場盾構(gòu)接收井爆破開挖施工進度滯后、盾構(gòu)機到達接收井時，其底部開挖高程仍高于隧洞頂部高程的實際情況，對盾構(gòu)提前到達技術(shù)進行歸納和總結(jié)。

1 工程概況

1.1 工程位置及概況

廣東臺山核電站位于臺山市赤溪鎮(zhèn)腰古村的腰古咀，東面為黃茅海，其余三面環(huán)山。核電站循環(huán)冷卻水通過1，2#機組取水隧洞穿越海底，在東南約5 km處的大襟島南側(cè)引入核電廠區(qū)。1，2#取水隧洞平面軸線為2條平行直線，北西－南東向平行展布。隧洞中心間距29.2 m，建筑長度4 330.6 m/條，主要采用大斷面泥水盾構(gòu)施工，兩側(cè)部分巖石段采用鉆爆法施工，最大埋深約55.75 m。盾構(gòu)區(qū)間隧洞總長8 119 m(1#洞4 061 m，2#洞4 058m)。隧洞采用盾構(gòu)管片和二次襯砌復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，其中，盾構(gòu)管片厚0.4 m，作為隧洞的主體結(jié)構(gòu)，二次襯砌厚0.3 m。該工程為我國第一條大斷面長距離的海底盾構(gòu)隧洞工程。

鑒于大襟島側(cè)取水構(gòu)筑物施工延遲，進而導(dǎo)致豎井施工進度嚴(yán)重滯后，盾構(gòu)掘進至原礦山法施工里程(距豎井140.6 m)時，豎井開挖標(biāo)高至隧底標(biāo)高還有近30 m，為保證工期，決定采用盾構(gòu)掘進代替原礦山法施工。

1.2 工程地質(zhì)及水文條件

工程區(qū)在大地構(gòu)造上位于華南褶皺系(I級)，粵東北—粵中坳陷帶(II級)，永梅—惠陽坳陷帶(III級)北部。地質(zhì)構(gòu)造總體上以北東向構(gòu)造為主，北西向構(gòu)造次之，此外還有零星出露的東西向及南北向構(gòu)造，他們相互切割、復(fù)合，構(gòu)成了本區(qū)構(gòu)造的基本格架。盾構(gòu)到達段圍巖屬中等風(fēng)化粉砂巖，呈10～30 cm塊狀，局部塊徑達40 cm。層面走向與隧洞軸線近于正交，傾角30～40°，節(jié)理發(fā)育程度中等。此外，到達段區(qū)域共發(fā)育1條斷層f6，破碎帶平面延伸長度大于30 m，寬約3 m，主要由輕微碎裂巖、碎裂巖組成，走向與隧洞軸線近于正交。上覆巖體厚40～50 m，地下水位高于隧洞頂板30 m左右，圍巖屬中等—弱透水巖體。

依據(jù)含水介質(zhì)類型和含水孔隙特征，將到達段地下水類型分為基巖裂隙水和海積孔隙水?；鶐r裂隙水接受大氣降水通過巖石裂隙滲入補給，地下水的徑流方向主要依地勢由高往低徑流，水力坡度與地形條件有關(guān)，多以潛流或泉的形式向鄰近溝渠或南海排泄，部分作為地下水側(cè)向補給松散巖類孔隙水;海積孔隙水賦存于第四系松散堆積層中，主要接受基巖裂隙水側(cè)向補給，同時向南海排泄。到達段的詳勘地質(zhì)情況如圖1所示。

2 總體施工方案

根據(jù)總體施工進度安排，原計劃對1#隧洞大襟島側(cè)DK4+220～+360.6(140.6 m)巖石段采用礦山法爆破開挖，由于豎井施工進度嚴(yán)重滯后，為保證工期，決定采用盾構(gòu)掘進代替原礦山法施工。為盡量減小豎井爆破開挖產(chǎn)生的震動對管片的影響，同時又最大限度地不延誤工期，結(jié)合到達段為硬巖的地質(zhì)情況，將盾構(gòu)機掘進至大襟島接收井終點里程5m(DK4+355.6)處停機。施工方案調(diào)整為:盾構(gòu)掘進至距接收井前5 m停機+預(yù)留5 m段礦山法開挖［3］+錨噴支護+管片襯砌相結(jié)合的施工方法［9］，即當(dāng)盾構(gòu)機掘進至距大襟島接收井終點里程5 m(DK4+355.6)位置時停機保壓?？紤]到接收井爆破開挖產(chǎn)生的爆破震動會對盾構(gòu)機和管片帶來不利影響，將刀盤后退掌子面0.7 m，待豎井爆破開挖至設(shè)計出洞標(biāo)高后，再對預(yù)留5 m的隧道進行爆破開挖，然后將盾構(gòu)機空推入接收井進行拆機，并及時對鄰近洞門20環(huán)以內(nèi)管片補注雙液漿和縱向拉緊。

3 盾構(gòu)提前到達技術(shù)控制措施

3.1 貫通前測量及盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整

當(dāng)盾構(gòu)推進至距接收井200 m時，對盾構(gòu)機的位置進行測量以明確成洞中心軸線與設(shè)計中心軸線之間的關(guān)系，確定盾構(gòu)機的貫通姿態(tài)及掘進糾偏計劃。在100 m和50 m處對VMT導(dǎo)向系統(tǒng)進行復(fù)核測量，進一步加強盾構(gòu)姿態(tài)和管片測量，根據(jù)復(fù)測結(jié)果逐步糾正偏差［6］?？紤]盾構(gòu)到達時掘進速度較慢，因此，貫通前30 m可逐漸將盾構(gòu)姿態(tài)抬高10～30 mm，可根據(jù)具體情況進行適時調(diào)整，確保盾構(gòu)機按設(shè)計線路到達工作井。

3.2 到達前盾構(gòu)掘進控制措施

3.2.1 適時更換刀具

地質(zhì)資料表明:自里程DK4+110開始，在強度為30～70 MPa的中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖逐漸侵入掌子面，軟巖刀具(羊角刀)已逐漸不能滿足巖石強度要求，因此需選擇合適的位置進行滾刀刀具更換，以滿足地層條件的要求。

3.2.2 泥漿性能控制

盾構(gòu)到達前的鄰近環(huán)應(yīng)嚴(yán)格控制泥漿性能，降低泥漿比重，調(diào)整好泥漿黏度，使其具有良好的泵送能力及攜帶渣土的能力，同時，在泥漿循環(huán)運輸過程中做好泥漿流量及流速控制。

圖1 到達段地質(zhì)情況圖Fig.1 Geological conditions of shield arriving section

3.2.3 同步注漿控制

到達前20環(huán)的注漿配合比中應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量，縮短漿液的凝固時間，同時增加注漿量，每環(huán)不小于10 m3。確保每環(huán)注漿達到密實均勻，嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿泵設(shè)定的最高注漿壓力不大于0.65 MPa，在掘進過程中根據(jù)現(xiàn)場情況進行適時調(diào)整，以達到管片壁后同步注漿充填密實的效果。

3.2.4 到達前施工參數(shù)控制

盾構(gòu)機距預(yù)留段里程前50 m時，豎井開挖至隧洞頂標(biāo)高僅有5 m，掘進過程中，應(yīng)適當(dāng)降低壓力以及刀盤轉(zhuǎn)速［10－11］，并密切關(guān)注泥水倉壓力和液位變化。盾構(gòu)到達前主要掘進參數(shù)為:泥水倉壓力0.12～0.06 MPa，總推力800 ～1 000 t，刀盤轉(zhuǎn)速 1.0 ～0.8 r/min。在距離預(yù)留5 m段端頭1 m時，逐漸將推進速度降低至4～5 mm/min，泥水倉壓力降至0.05 MPa。當(dāng)?shù)侗P掘進至預(yù)留段里程(DK4+355.6)時，通過泥水循環(huán)逐步將泥水倉內(nèi)渣土排空，并觀察氣墊倉液位上漲情況，保證切口壓力穩(wěn)定。

3.3 管片安裝及拉緊控制

在盾構(gòu)即將到站之前，管片受到盾構(gòu)機油缸推力變小。為避免管片拼裝后橫向受力突然減小而導(dǎo)致環(huán)與環(huán)之間接縫變大，進而產(chǎn)生漏水現(xiàn)象［12］，在盾構(gòu)機提前到站之前的最后20環(huán)管片上，每環(huán)安裝4道橫向型鋼進行縱向拉緊，環(huán)與環(huán)之間的型鋼進行錯位布置;保證管片間的防水條壓縮到位，并及時緊固管片的連接螺栓。

3.4 管片壁后二次注漿

盾構(gòu)接收井地處大襟島，地下水比較豐富，在盾構(gòu)機抵達DK4+355.6里程后(距接收井差5m)，為截斷盾尾后部可能存在的地下水通道，進一步固結(jié)管片，防止管片松弛，需將管片壁后建筑空隙充分回填密實。除借助管片預(yù)留的注漿孔對脫出盾尾的幾環(huán)管片加固外，同時實施整環(huán)二次注漿，注漿材料選用水泥－水玻璃雙液漿，注漿效果如圖2所示，注漿后及時檢查效果，判斷是否需要補注。

圖2 二次注漿效果示意圖Fig.2 Effect of secondary grouting

4 爆破開挖控制措施

4.1 豎井爆破開挖控制措施

在豎井爆破開挖過程中，選擇合適的掏槽方式，適當(dāng)增加空孔數(shù)量或增大空孔直徑以增大臨空面，并嚴(yán)格控制單段最大藥量和一次起爆最大藥量，采用微差爆破技術(shù)，配合排間距和孔間距有效降低爆破震動效應(yīng)。為控制爆破震動對豎井圍巖、盾構(gòu)設(shè)備及已拼裝管片的影響，盾構(gòu)機抵達預(yù)留段后，豎井爆破開挖時在洞內(nèi)進行爆破震動測試。爆破震動測試內(nèi)容主要包括質(zhì)點振動速度、質(zhì)點振動位移和質(zhì)點振動加速度［13］。我國新頒布的爆破安全規(guī)程規(guī)定:對于條件尚不成熟的水工隧道、交通隧道，只采用振動速度單一指標(biāo)。由此，在豎井爆破開挖時對脫出盾尾的管片進行質(zhì)點振動速度跟蹤測試。圖3和圖4為同一測點2個方向的質(zhì)點振動速度。爆破振動速度均小于15 cm/s，符合水工隧道爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 預(yù)留5 m爆破開挖控制措施

待豎井爆破開挖至隧底標(biāo)高時，對預(yù)留5 m段進行爆破開挖處理。為盡量降低預(yù)留段爆破對洞門、盾構(gòu)設(shè)備和管片的影響，采用光面爆破技術(shù)，主要技術(shù)參數(shù)如下。

1)掏槽孔采用3級楔形掏槽、集中裝藥的形式，孔深3.2 m，預(yù)留1.8 m保護層，如圖5所示。采用1，3，5段孔內(nèi)微差爆破，1級掏槽孔單孔裝藥長度為0.6 m;2級掏槽孔單孔裝藥長度為1.2 m;3級掏槽孔單孔裝藥長度為2.0 m。

2)為防止不同段別炸藥爆炸后產(chǎn)生的爆破震動進行疊加，輔助眼和崩落眼應(yīng)選用間隔大于0.1 s的7，9 段雷管。

3)為減小爆破對洞門圍巖的影響，結(jié)合到達段巖石強度情況，參閱相關(guān)資料［14］，周邊眼孔深5 m，炮孔間距0.5m，光爆層厚0.55m，線裝藥密度為0.18kg/m。

圖5 3級掏槽區(qū)炮眼布置形式與起爆順序示意圖(單位:cm)Fig.5 Layout of blasting holes and ignition sequence in 3-level cut section(cm)

爆破后采用人工清除渣石，復(fù)測洞門尺寸，修出隧道輪廓線，及時立設(shè)拱架，噴漿封閉圍巖裂隙進行隧道初期支護。

5 關(guān)鍵技術(shù)及控制要點

5.1 主機步進控制措施

隧洞貫通后再次對出洞位置進行復(fù)核測量，及時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。盾構(gòu)步進前，將接收弧形導(dǎo)臺表面清理干凈，交叉使用豎直和水平位置2組推進油缸頂進管片為盾構(gòu)提供反作用力，同時，密切注意盾構(gòu)機刀盤周邊與初期支護、成環(huán)管片與盾尾間的間隙，使其始終處于良好狀態(tài)。此外，在弧形導(dǎo)臺上步進時，為確保盾構(gòu)機按照已確定的線路順利通過，推進過程中應(yīng)及時調(diào)整千斤頂?shù)男谐滩睢４芷囱b完成后安裝洞門密封環(huán)，并及時做好豎井結(jié)構(gòu)二次襯砌，封閉洞門。

5.2 管片拼裝控制措施

在空推過程中進行管片拼裝，由于盾構(gòu)正面無土壓力作用，易造成管片環(huán)縫間隙較大，粘貼在管片上的止水條擠壓不充分、防水效果不佳，因此，在刀盤前方堆放土體以加大阻力來提供盾構(gòu)推進時的反力。管片安裝遵循自下而上的原則，從下部開始安裝標(biāo)準(zhǔn)塊或鄰接塊，而后依次對稱安裝，最后安裝封頂塊。當(dāng)管片安裝成環(huán)時，連接螺栓進行初擰，脫出盾尾時進行同步注漿和螺栓二次緊固，安裝后續(xù)3環(huán)管片時再次進行復(fù)緊。此外，對鄰近洞門的20環(huán)管片，每環(huán)采用4道型鋼進行縱向拉緊，環(huán)與環(huán)之間的型鋼進行錯位布置。

5.3 到達段管片上浮控制措施

鑒于管片拼裝后與隧道初期支護之間的空隙大小不均，注漿時難度較大，管片頂部漿液難以填充密實，導(dǎo)致管片上下壓力不均而引起管片上浮和側(cè)移。在空推過程的同時向管片與圍巖之間噴射摻有速凝劑的豆礫石(粒徑為5～10 mm)，待管片脫出盾尾時及時用雙液漿進行同步填充。根據(jù)現(xiàn)場變形情況，可適時通過管片注漿孔進行二次注漿。

6 結(jié)論與體會

盾構(gòu)到達技術(shù)是繼盾構(gòu)始發(fā)之后的又一技術(shù)難題，通過對臺山核電站1#取水隧洞盾構(gòu)提前到達技術(shù)的分析研究可得出如下結(jié)論。

1)盾構(gòu)提前到達盾構(gòu)井預(yù)留5 m的安全距離，并將盾構(gòu)后退掌子面0.7 m的方案是可行的，既保證了工期，又能有效地保護盾構(gòu)設(shè)備，取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

2)盾構(gòu)到達預(yù)留段前采用“小推力、低轉(zhuǎn)速”的掘進原則，通過合理地設(shè)置掘進參數(shù)、二次注漿及管片拉緊措施，有效地控制了管片上浮、錯臺和接縫處漏水等現(xiàn)象。

3)預(yù)留5 m段采用“爆破開挖+錨噴初期支護+管片二次襯砌”相結(jié)合的施工方法，保證了盾構(gòu)安全順利地出洞，避免了地層加固和破除施工，不但降低了成本，還加快了施工進度。

［1］ 王夢恕.中國鐵路、隧道與地下空間發(fā)展概況［J］.隧道建設(shè)，2010，30(4):351 －364.(WANG Mengshu.An overview of development of railways，tunnels and underground works in China［J］.Tunnel Construction，2010，30(4):351 －364.(in Chinese))

［2］ 楊紀(jì)彥.超大直徑泥水盾構(gòu)到達施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2009，29(5):548－551.(YANG Jiyan.Case study on arriving construction technology of slurry shield machine with super-large diameter［J］.Tunnel Construction，2009，29(5):548 －551.(in Chinese))

［3］ 李大勇，王暉，王騰.盾構(gòu)機始發(fā)與到達端頭土體加固分析［J］.鐵道工程學(xué)報，2006，2(1):87－90.(LI Dayong，WANG Hui，WANG Teng.Analysis of soil reinforcement for the starting and arriving of shield machine in Metro construction［J］.Journal of Railway Engineering Society，2006，2(1):87 －90.(in Chinese))

［4］ 康寶生，陳饋，李榮智.南京地鐵盾構(gòu)始發(fā)與到達施工技術(shù)［J］.建筑機械化，2004(2):25－29.(KANG Baosheng，CHEN Kui，LI Rongzhi.Beginning and end construction technology with shield machine in Nanjing subway engineering［J］.Construction Mechanization，2004(2):25 － 29.(inChinese))

［5］ 趙運臣.盾構(gòu)始發(fā)與到達方法綜述［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008(S):86 －90.(ZHAO Yunchen.Review of the shield launching and arrival methods［J］.Modern Tunnelling Technology，2008(S):86 －90.(in Chinese))

［6］ 唐忠.泥水盾構(gòu)深井下組裝始發(fā)與到達施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2006，26(4):37 －39.(TANG Zhong.Erection，launching and arrival technology of slurry shield machine in deep shafts［J］.Tunnel Construction，2006，26(4):37 －39.(in Chinese))

［7］ 呂寶偉.大直徑盾構(gòu)小半徑曲線段接收技術(shù)探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(11):94－96.(LV Baowei.Receiving technology explore on small radius curve segment of large diameter shield［J］.Railway Standard Design，2010(11):94 －96.(in Chinese))

［8］ 李奕，鐘志全.泥水盾構(gòu)到達施工新技術(shù)［J］.建筑機械化，2010(1):70 － 72.(LI Yi，ZHONG Zhiquan.New technology of slurry shield arriving construction［J］.Construction Mechanization，2010(1):70 －72.(in Chinese))

［9］ 王春河.盾構(gòu)機空推過礦山法段地鐵隧道施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(3):88－91.(WANG Chunhe.Subway tunnel construction technology of the shield through blast tunnel portion［J］.Railway Standard Design，2010(3):88 －91.(in Chinese))

［10］ 趙崗領(lǐng)，王立川.城市地鐵盾構(gòu)通過暗挖隧道施工案例［J］.隧道建設(shè)，2010，30(3):298 －303.(ZHAO Gangling，WANG Lichuan.Case study on shield advancing through mined tunnel section of urban Metro works［J］.Tunnel Construction，2010，30(3):298 － 303.(in Chinese))

［11］ 張學(xué)軍，戴潤軍.盾構(gòu)在礦山成洞段推進技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2006，26(4):25 －27.(ZHANG Xuejun，DAI Runjun.Advancing technology of shield machine through completed drill+blast tunnel portion［J］.Tunnel Construction，2006，26(4):25 －27.(in Chinese))

［12］ 張健.重慶過江隧道盾構(gòu)到達施工技術(shù)［J］.西部探礦工程，2006(2):119－121.(ZHANG Jian.Arrival technology of the shield for across Yangtse river tunnel of Chongqing city［J］.West-China Exploration，2006(2):119 －121.(in Chinese))

［13］ 余永強，路耀邦，楊小林，等.高地應(yīng)力斷裂破碎隧道爆破開挖振動效應(yīng)［J］.工程爆破，2010，16(3):48－51.(YU Yongqiang，LU Yaobang，YANG Xiaolin，et al.Blasting vibration effect on tunnel excavation with high geostress and fraction zones［J］.Engineering Blasting，2010，16(3):48 －51.(in Chinese))

［14］ 楊小林，林從謀，余永強.地下工程爆破［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2009:94－107.(YANG Xiaolin，LIN Congmou，YU Yongqiang.Underground engineering blasting［M］.Wuhan:Wuhan University of Technology Press，2009:94 －107.(in Chinese))