中鐵九局集團(tuán)第五工程有限公司 116600

摘要：本文結(jié)合某地鐵工程線路的工程概況，分析了隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)方法，旨在為今后類似工程指導(dǎo)借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵；隧道盾構(gòu)法；施工技術(shù)

一、工程概況

某地鐵站有效站臺寬度14米，有效站臺長度118米，車站主體結(jié)構(gòu)總長213米。本工程起點(diǎn)里程CK12+145.180，終點(diǎn)里程CK14+383.350，區(qū)間全長2238.17雙線米。

區(qū)間地質(zhì)情況：0-495環(huán)為全斷面圓礫土；496-645環(huán)為粗砂，加少量中砂；646環(huán)-810環(huán)為粗砂，頂部有少量粉質(zhì)粘土；811-1455環(huán)為粗砂、中砂、礫砂、斷面范圍內(nèi)有2m厚粉質(zhì)粘土；1456-1867環(huán)為礫砂、圓礫土。

二、盾構(gòu)推進(jìn)施工準(zhǔn)備

1盾構(gòu)安裝與調(diào)試驗收

先將盾構(gòu)后配套的6節(jié)臺車依次吊裝下井，拖至第二層的車站結(jié)構(gòu)內(nèi)，然后將盾構(gòu)分段吊入井下，并在井下盾構(gòu)基座上進(jìn)行正確組裝就位，完成后由專業(yè)技術(shù)人員對整機(jī)調(diào)試驗收。

2后盾拼裝（拼裝負(fù)環(huán)管片、鋼支撐）

盾構(gòu)的鋼后靠應(yīng)滿足盾構(gòu)推進(jìn)所需要的強(qiáng)度、剛度和平整度。鋼后靠由鋼立柱、后座基座、環(huán)形調(diào)整環(huán)、負(fù)環(huán)襯砌、反力架組成。負(fù)環(huán)管片根據(jù)實際情況，隨盾構(gòu)的推進(jìn)逐環(huán)拼裝。為保證管片點(diǎn)位的準(zhǔn)確，拼裝第-9環(huán)負(fù)環(huán)管片時一定要精確控制好標(biāo)準(zhǔn)的位置，確保施工的安全。

三、盾構(gòu)始發(fā)

1鑿除洞門混凝土

盾構(gòu)調(diào)試完成并確保盾構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、盾構(gòu)就位姿態(tài)準(zhǔn)確的情況下，開始鑿除洞門混凝土。

在洞門混凝土鑿除時開三個Φ50mm的觀察洞，驗證土體加固效果，如土體加固效果未達(dá)到要求，應(yīng)采取注漿補(bǔ)強(qiáng)措施。

2盾構(gòu)出洞

①盾構(gòu)初期掘進(jìn)時前期出土及管片下井由車站預(yù)留出土孔進(jìn)行，這個位置由一臺32T門吊進(jìn)行垂直運(yùn)輸。當(dāng)掘進(jìn)100～200環(huán)后，出土及管片下井轉(zhuǎn)至端頭井開口環(huán)處進(jìn)行。

②當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)入洞圈立即進(jìn)行洞圈簾布的整理工作。刀盤距加固區(qū)約20cm～30cm時，通過螺旋機(jī)反轉(zhuǎn)向土倉內(nèi)加泥，以建立開挖面的初始平衡。

③初出洞時盾構(gòu)要迅速上靠，用刀盤切削土體。初出洞時，由于位于加固區(qū)域內(nèi)，土體較硬，為控制軸線、保護(hù)刀盤，土壓力應(yīng)略低于理論值，保持在0.2MPa，推進(jìn)速度不宜過快，宜小于2.0cm/min；并在推進(jìn)時按土體加固的情況在盾構(gòu)的正面加入發(fā)泡劑，以減少刀盤所受扭矩，降低總推力，改善刀盤受力情況，同時改良正面土體，便于土體排出。出加固區(qū)后為防止盾構(gòu)“磕頭”，將平衡土壓力值設(shè)定稍高于理論值；盾構(gòu)推進(jìn)軸線略大于設(shè)計坡度。同時根據(jù)地層變形量等監(jiān)控信息對平衡壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)及時調(diào)整。

④盾構(gòu)出洞要注意盾構(gòu)推進(jìn)力不能大于后靠的結(jié)構(gòu)承受力，要觀察鋼后靠的變形情況，如發(fā)現(xiàn)變形較大要及時采取措施，以免管片上浮。負(fù)環(huán)管片間加襯石棉橡膠板緩沖墊。

⑤洞口洞圈環(huán)形鋼板上預(yù)留開啟的2#閥門1只。當(dāng)盾尾全部出洞時，固定好扇形板，啟動盾尾注漿，填充盾尾后空腔，待閥門出漿后關(guān)閉閥門，開始掘進(jìn)且同步注漿。

⑥當(dāng)盾尾脫出工作井壁后，調(diào)整洞圈止水裝置中的圓環(huán)板并與洞門特殊管片焊接成一體，防止水、土的流失造成地面塌陷或下沉。

3盾構(gòu)100米試推進(jìn)

區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)，盾構(gòu)推進(jìn)過程中，要根據(jù)不同地質(zhì)、覆土厚度、地面建筑情況并結(jié)合地表隆陷監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整設(shè)定土倉壓力，推進(jìn)速度要保持相對平穩(wěn)，控制好每次的糾偏量，減少對土體的擾動，為管片拼裝創(chuàng)造良好的條件。同步注漿量要根據(jù)推進(jìn)速度、出碴量和地表監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整，將施工軸線與設(shè)計軸線的偏差及地層變形控制在允許的范圍內(nèi)。

根據(jù)施工要求，出洞口100m范圍作為試掘進(jìn)段，此段施工要對推進(jìn)參數(shù)認(rèn)真控制，將推進(jìn)的各項技術(shù)參數(shù)（如推力、推進(jìn)速度、出土量、正面土壓力）和地面沉降結(jié)合起來進(jìn)行收集、統(tǒng)計、分析，掌握適應(yīng)地層的盾構(gòu)合理的推進(jìn)參數(shù)，以科學(xué)地指導(dǎo)后續(xù)施工。

1）土倉壓力值P的選定

P值應(yīng)能與地層土壓力和靜水壓力相平衡，設(shè)刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為PO，PO=γ·h（γ—土的平均重度，h—刀盤中心至地表的垂直距離），則P=K·PO（K—土的側(cè)向靜止土壓力系數(shù)）。

盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中據(jù)此取得平衡壓力的設(shè)定值，具體施工時根據(jù)盾構(gòu)所在位置的埋深、土層狀況及地表監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，地表隆陷與工作面穩(wěn)定的關(guān)系以及相應(yīng)技術(shù)對策見表。

地表隆陷與工作面穩(wěn)定關(guān)系以及相應(yīng)對策表

地表沉降信息工作面狀態(tài)P與PO關(guān)系措施與對策備注

下沉超過基準(zhǔn)值工作面坍塌與失水Pmax

隆起超過基準(zhǔn)值支撐土壓力過大，土倉內(nèi)水進(jìn)入土層Pmin>PO減小P值

2）出碴量的控制

每環(huán)理論出碴量（每實方）為：

[（π×D2）÷4]×L=[（π×6.252）÷4]×1.2=36.88m3/環(huán)

盾構(gòu)推進(jìn)出碴量控制在98%～100%之間，即36.12m3/環(huán)～36.88m3/環(huán)。

3）推進(jìn)速度

盾構(gòu)出洞在試驗段推進(jìn)速度在正常情況下應(yīng)為20～40mm/min，并根據(jù)地面測量數(shù)據(jù)及時調(diào)整盾構(gòu)正面中心土壓力。

4）盾構(gòu)軸線及地面沉降控制

初期地面沉降量控制目標(biāo)是在管片脫出盾尾時在-15mm～+10mm范圍內(nèi)。盾構(gòu)軸線偏離設(shè)計軸線不大于±50mm，地面隆陷控制在-30mm～+10mm。

盾構(gòu)掘進(jìn)時，對鄰近的建筑物、構(gòu)筑物、地面應(yīng)加設(shè)沉降和變形觀測點(diǎn)。盾構(gòu)推進(jìn)時，進(jìn)行同步跟蹤測量和監(jiān)控。

5）盾構(gòu)推進(jìn)中的碴土改良

理論上碴土在土壓平衡工況模式下支撐介質(zhì)碴土應(yīng)具有以下特征：①良好的流塑狀態(tài)；②良好的粘—軟稠度；③低的內(nèi)摩擦力；④低的透水性。

當(dāng)碴土滿足不了這些要求時，需通過向刀盤、土倉及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑對碴土進(jìn)行改良，采用的添加劑種類主要是泡沫和泥漿。

a、泡沫劑的使用

泡沫通過盾構(gòu)機(jī)上的泡沫系統(tǒng)注入。

泡沫溶液的組成：泡沫添加劑3%，水97%。

泡沫組成：90～95%壓縮空氣和5～10%泡沫溶液混合而成。

泡沫的注入量按開挖方量計算：300～600L/m3。

b、泥漿的使用

在粉性土中推進(jìn)時要考慮在土倉注入泥漿。

其配合比為：

水：膨潤土：粉煤灰：添加劑=4：1：1：0.1，加泥量為5～20%出土量。注入壓力與盾構(gòu)的土倉壓力一致或略高。

4盾構(gòu)正式推進(jìn)

初期掘進(jìn)較長一段距離后，在滿足盾構(gòu)推進(jìn)所需反力的前提下可拆除臨時管片和后靠，在端頭井內(nèi)布置軌道，隨后轉(zhuǎn)入正常施工掘進(jìn)。

4.1盾構(gòu)掘進(jìn)

⑴盾構(gòu)正式掘進(jìn)中加強(qiáng)施工監(jiān)測，隨時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，不斷完善施工工藝，控制地表最大變形量在-30～+10mm范圍內(nèi)。

⑵掘進(jìn)推進(jìn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向，確保隧道實際中線與設(shè)計偏差在上、下、左、右均小于50mm。同時應(yīng)勤糾偏，坡度和方向不能突變，隧道軸向和折角變化不能大于0.4%。在緩和曲線、圓曲線段應(yīng)根據(jù)里程控制掘進(jìn)方向和偏轉(zhuǎn)角度。

⑶盾構(gòu)推進(jìn)速度正?？刂圃?～4cm/min范圍，穿過建筑物或與地下構(gòu)筑物很近時推進(jìn)速度應(yīng)適當(dāng)減緩，以防推進(jìn)造成周圍土體較大的擾動。

⑷推進(jìn)出土量控制

每環(huán)出土量在98～100%間，即36.4～36.8m3

4.2管片拼裝

盾構(gòu)施工的區(qū)間隧道，管片襯砌是隧道防水的重要環(huán)節(jié)。管片拼裝的質(zhì)量直接影響到隧道壽命及永久防水能力，因此嚴(yán)格控制管片安裝質(zhì)量至關(guān)重要。

⑴質(zhì)量要求

根據(jù)招標(biāo)文件及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，管片的拼裝精度見下表另外，要求管片表面不得出現(xiàn)裂縫、破損、掉角等現(xiàn)象。

管片拼裝精度要求表

序 號項 目允許偏差（mm）

1拼裝成環(huán)后水平直徑與垂直直徑允許偏差（漿液凝固后）10

2第一片管片定位量允許偏差3

3相鄰管片（環(huán)與環(huán)、塊與塊）間的“踏步”4

4相鄰管片肋面允許不平整度5

4環(huán)縫張開≤2

5縱縫張開≤2

⑵防水等材料的安裝

①彈性密封墊、自粘性橡膠薄板、傳力襯墊的安裝以及石棉橡膠板的使用必須按設(shè)計要求進(jìn)行，避免錯用漏用；②密封墊等材料的安裝要制定專門的作業(yè)指導(dǎo)書，并要求在施工中必須嚴(yán)格執(zhí)行。在彈性密封墊粘貼安裝前應(yīng)清除管片上預(yù)留凹槽接觸面的灰塵，防止安裝后剝離、脫落。安裝時應(yīng)特別注意，彈性密封墊必須精確的粘貼在凹槽的正中位置，以保證管片拼裝時彈性密封墊能以緊大面積接觸；③在存放管片進(jìn)行密封墊粘貼的場地應(yīng)配備防雨、防潮設(shè)備，避免密封墊或軟木傳力襯墊淋雨、受潮而損壞；④在管片拼裝前，若因故導(dǎo)致彈性密封損壞，則必須重新更換彈性密封墊；⑤石棉橡膠的使用必須按工程師的技術(shù)交底進(jìn)行，堅決杜絕使用錯誤。以免引起拼裝困難等不良后果。⑥按設(shè)計本標(biāo)段區(qū)間工程管片均采用錯縫拼裝方式，拼裝時先拼裝底部標(biāo)準(zhǔn)塊，然后按左右對稱順序逐塊拼裝標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊，最后拼裝封頂塊。封頂塊拼裝時先搭結(jié)二分之一環(huán)寬，徑向推上，再縱向插入。

4.3同步注漿和二次注漿

⑴注漿方式和特點(diǎn)

本標(biāo)段區(qū)間隧道穿越及施工影響范圍內(nèi)地層自穩(wěn)能力差，盾構(gòu)掘進(jìn)后受擾動的圍巖不能自穩(wěn)，易產(chǎn)生坍塌變形，從而引起地表沉降，采用同步注漿及時回填，必要時再以二次補(bǔ)強(qiáng)注漿進(jìn)一步填充，確保對盾尾建筑空隙填充密實。

同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓力及土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)同時又不產(chǎn)生劈裂。注漿壓力過大，管片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會使地表變形增大，本標(biāo)段即0.2～0.5Mpa，二次注漿壓力為0.3～0.6Mpa。

⑵注漿材料、漿液配比及性能指標(biāo)

盾構(gòu)施工背襯注漿宜選用具有料源廣、可注性強(qiáng)、經(jīng)久耐用、固結(jié)實體強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計要求、對地下水和周圍環(huán)境無毒性污染、價格低廉等特點(diǎn)的材料。注漿漿液要流動性好，便于盾構(gòu)移動過程中持續(xù)不停的注漿，而一環(huán)注漿結(jié)束后，漿液凝固有較好的強(qiáng)度，具有膨脹性，避免后期收縮變形，二次注漿材料要可注性強(qiáng)，能補(bǔ)充同步注漿的缺陷，對同步注漿起充填和補(bǔ)充作用。

同步注漿、二次注漿初步采用的注漿材料及配比、性能指標(biāo)如表所示。

漿液配比和性能指標(biāo)表

注漿方式水泥（kg）細(xì)砂（kg）粉煤灰（kg）膨潤土

（kg）微膨脹劑

（kg）水灰比性能指標(biāo)

稠度

（cm）比重

（g/cm3）結(jié)石率

（%）凝膠時間（h）1天

抗壓（Mpa）28天

抗壓（Mpa）

同步注漿12～2050～6010～250～2.50～20.7～0.97.5～9.01.7～1.8>97≤6>0.3>5.0

二次注漿5.4～7.5--0.4～0.50～20.7～0.7512.5～13.043～1.55>97<4>0.3>4.5

當(dāng)?shù)叵滤貏e豐富時，需要對地下水封堵。同時為了及早建立起漿液的高粘度，以便在漿液向穿隙中充填的同時將地下水疏干（將地下水壓入地層深處），獲得最佳充填效果，這時需要將漿液的凝膠時間調(diào)整到1～4min，必要時二次注漿可采用水泥-水玻璃雙液漿。

五、結(jié)語

本工程線路的施工中，合理安排施工組織及相關(guān)的協(xié)調(diào)工作。編制詳盡的施工方案、預(yù)案和計劃，嚴(yán)格工序，遵規(guī)守時，使工程項目取得圓滿成功。特發(fā)此文，希望對相關(guān)的工程人員有所幫助。

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