中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司沈陽(yáng)地鐵項(xiàng)目部 110024

摘要：本文結(jié)合沈陽(yáng)市地鐵九號(hào)線工程線路的工程概況，詳細(xì)分析了汪曹區(qū)間盾構(gòu)法施工技術(shù)難點(diǎn)與措施，旨在為今后類(lèi)似工程指導(dǎo)借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)；技術(shù)難點(diǎn)；對(duì)策

1、工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

汪河路站-曹仲站區(qū)間全長(zhǎng)2240.8雙線米，區(qū)間中段下穿渾河，采用1臺(tái)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)先施工左線，轉(zhuǎn)場(chǎng)再施工右線。區(qū)間共設(shè)置4個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，其中，1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)聯(lián)絡(luò)通道均采用冷凍法+礦山法施工，3號(hào)聯(lián)絡(luò)通道結(jié)合區(qū)間風(fēng)井設(shè)置，采用明挖法施工。

圖1.1 區(qū)間平面布置圖

1.2工程地質(zhì)

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)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。

1.3 工程水文條件

勘察期間地下水水位埋深為7.10～9.40m，標(biāo)高29.62～30.31m，水位、水量隨季節(jié)變化，水位季節(jié)性變幅在為0～2.00m。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，含水層滲透性強(qiáng)，滲透系數(shù)一般在28～80m/d之間，水力坡度約1%左右。

2、盾構(gòu)施工準(zhǔn)備

2.1泥水盾構(gòu)的選型

地質(zhì)是基礎(chǔ)，設(shè)備是關(guān)鍵，盾構(gòu)機(jī)選型（適應(yīng)性）對(duì)于工程的成敗至關(guān)重要。盾構(gòu)機(jī)選型與設(shè)計(jì)之前，應(yīng)充分掌握工程地質(zhì)情況，以及施工中可能遇到的所有的工程重難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；應(yīng)緊扣工程地質(zhì)情況和工程重難點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；分析應(yīng)當(dāng)選用何種盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)當(dāng)具備何種功能。

本項(xiàng)目針對(duì)于盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)、刀具、進(jìn)排泥漿管路、泵站、環(huán)流系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研討并制定了以下盾構(gòu)機(jī)選型配置。

⑴泥水盾構(gòu)刀盤(pán)選型

①結(jié)構(gòu)：輻條式；開(kāi)口率：48%；材料：Q345C

②進(jìn)渣口采用錐形，進(jìn)渣口部位的支撐筋板采用Z字形設(shè)計(jì)，特殊的設(shè)計(jì)有利于泥漿順暢地流入開(kāi)挖艙，避免進(jìn)渣口堵塞。

③刀盤(pán)外圈攪拌棒盡量靠近前盾殼體；

④刀盤(pán)中心采用大流量沖刷，防止渣土在刀盤(pán)中心區(qū)域堆積，同時(shí)加快泥漿在開(kāi)挖艙中心部位的混合，增強(qiáng)泥漿的流動(dòng)性，極大降低中心結(jié)泥餅的可能；

⑤刀盤(pán)面板焊有12.5mm厚度的復(fù)合耐磨板，適用于各種復(fù)雜的地層。刀盤(pán)外圈焊有鑲嵌合金耐磨板，是在優(yōu)質(zhì)鋼板上鑲嵌合金塊，性能接近于耐磨刀具，除具有耐磨功能外，還能保證刀盤(pán)體的直徑。刀盤(pán)邊緣過(guò)渡區(qū)、刀盤(pán)進(jìn)渣口、刀盤(pán)背部加焊致密耐磨網(wǎng)格，提高刀盤(pán)整體的耐磨性能。

⑵泥水盾構(gòu)開(kāi)挖艙內(nèi)破碎機(jī)及攪拌器的選取

區(qū)間地質(zhì)報(bào)告表明無(wú)巖層及大粒徑卵石，但區(qū)間400m斷面內(nèi)存在粉質(zhì)粘土，破碎機(jī)不但不利于大粘土塊的輸出，而且經(jīng)過(guò)破碎機(jī)擠壓容易形成新的泥餅，所以盾構(gòu)機(jī)取消破碎機(jī)和格柵設(shè)計(jì)，但為了防止排渣口有堆積堵塞現(xiàn)象發(fā)生，在此部位安裝了攪拌器，防止渣土沉淀。

優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)裝置位于常壓環(huán)境，便于維修；相對(duì)于破碎機(jī)來(lái)說(shuō)降低了維修風(fēng)險(xiǎn)。

攪拌器主要性能參數(shù)：左右攪拌器葉輪理論直徑1020mm，輸出扭矩不小于7KNm，輸出轉(zhuǎn)速0～40r/min（可調(diào)），液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)功率30kw，液壓系統(tǒng)工作壓力20Mpa，具體情況詳見(jiàn)圖2.1攪拌器裝置。

圖2.1 攪拌器裝置

⑶ 泥水盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)選型

①泥漿管路直徑選擇

根據(jù)管路對(duì)比和借鑒其它工地施工經(jīng)驗(yàn)，為了提高掘進(jìn)效率，本項(xiàng)目選用DN300管徑，在實(shí)際施工中效果非常好，能夠以掘進(jìn)速度55～60mm/min長(zhǎng)時(shí)間掘進(jìn)，提高了施工進(jìn)度。

②泥水環(huán)流系統(tǒng)泵站選擇

根據(jù)區(qū)間埋深、線路特性、泥漿管直徑、泥漿管路彎頭數(shù)量、泥漿環(huán)流安裝閥體數(shù)量及形式、泥漿運(yùn)行阻力系數(shù)以及實(shí)際泥漿指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)排泥漿泵型號(hào)及數(shù)量的計(jì)算選型。最終確定了進(jìn)漿泵1臺(tái)，排漿泵3臺(tái)，高壓沖洗泵1臺(tái)；施工過(guò)程當(dāng)中，由于漿液指標(biāo)難以保證，進(jìn)漿能力稍顯不足，為保證掘進(jìn)效率，增加了1臺(tái)進(jìn)漿泵。圖2.2環(huán)流系統(tǒng)泵站選擇。

圖2.2環(huán)流系統(tǒng)泵站選擇

③泥水盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)采石箱的選擇

前述工程地質(zhì)情況中已經(jīng)表明整個(gè)區(qū)間圓礫土地層占了26%，比例相對(duì)較大，其中卵石粒徑在20mm～250mm之間；泥水盾構(gòu)施工掘進(jìn)不僅卵石會(huì)堵塞磨損泥漿管路和排漿泵；粘土地層也會(huì)帶來(lái)危害。所以此臺(tái)泥水盾構(gòu)環(huán)流系統(tǒng)中在排漿泵前方設(shè)置了一個(gè)采石箱進(jìn)行大粒徑砂卵石和大塊粘土的過(guò)濾，避免造成對(duì)排漿管路、排漿泵的堵塞和磨損。

在實(shí)際的施工過(guò)程中采石箱的確起到了非常重要的作用，后面施工重難點(diǎn)中會(huì)詳細(xì)闡述。

2.2 泥水盾構(gòu)驗(yàn)收

⑴廠內(nèi)調(diào)試驗(yàn)收

①人艙、氣墊艙保壓情況，3bar壓力下30分鐘壓力降低不超過(guò)0.3bar。

②泥漿管路延伸系統(tǒng)（初步），含管路吊機(jī)與延伸系統(tǒng)配合，動(dòng)作是否連貫流暢，無(wú)干涉；

③刀盤(pán)尺寸、刀具焊接質(zhì)量、軌跡符合性及正反轉(zhuǎn)速度；④攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，無(wú)干涉；正反轉(zhuǎn)及調(diào)速連貫流暢；

⑤主控室內(nèi)操作系統(tǒng)的信號(hào)聯(lián)機(jī)調(diào)試；

⑥管片拼裝機(jī)、吊機(jī)限位行程、速度、管片固定情況；

⑦主推系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)試，是否有漏油、不同步、壓力不足等現(xiàn)象。

⑵現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試驗(yàn)收（負(fù)載）

①環(huán)流系統(tǒng)在旁通、隔離模式下負(fù)載調(diào)試；開(kāi)挖艙內(nèi)建壓情況下負(fù)載調(diào)試（重中之重）

②同步注漿系統(tǒng)負(fù)載調(diào)試，主要是注漿泵流量及壓力是否滿足？以及注漿管路檢測(cè)是否漏漿，尤其是盾尾內(nèi)被管片覆蓋部分

③氣體保壓系統(tǒng)調(diào)試（供氣不足，空壓機(jī)能否自動(dòng)啟動(dòng)）

④應(yīng)急發(fā)電機(jī)在停電時(shí)發(fā)電模式能否順利啟動(dòng)

⑤泥漿管路延伸系統(tǒng)延伸時(shí)，泄露泥漿能否及時(shí)回收、延伸動(dòng)作連貫等

2.3盾構(gòu)施工重難點(diǎn)分析

2.3.1盾構(gòu)始發(fā)洞門(mén)密封采用特殊設(shè)計(jì)外接環(huán)，降低始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)；

盾構(gòu)始發(fā)拱頂埋深9.8m，自然水位在拱頂以上2米，始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大，采用洞門(mén)密封特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防止洞門(mén)漏漿導(dǎo)致地面坍塌，具體情況見(jiàn)圖2.3泥水盾構(gòu)的洞門(mén)密封裝置，已獲專利《一種泥水盾構(gòu)的洞門(mén)密封裝置》。

圖2.3 泥水盾構(gòu)的洞門(mén)密封裝置

2.3.2 區(qū)間坡度大、上下坡并伴隨小半徑轉(zhuǎn)彎且轉(zhuǎn)換較頻繁，盾構(gòu)施工困難；

⑴線路設(shè)計(jì)情況

縱斷面采用V字坡，線路自汪河路站以19‰和3‰下坡，再以23.0‰、3.178‰及15.30‰上坡，至曹仲站。盾構(gòu)始發(fā)后，線路沿南向呈“S”形前行，左右線平面曲線半徑為600m，線間距為9-10m。

⑵施工問(wèn)題及解決措施

① 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)泥漿與污水難以處理

解決措施：

A分段設(shè)防，砌壩積水；但同時(shí)保證電瓶車(chē)安全通過(guò)；

B選用大功率大揚(yáng)程能夠排泥、排沙的渣漿泵進(jìn)行排漿。

② 管片后續(xù)錯(cuò)臺(tái)及上浮現(xiàn)象解決措施：

A進(jìn)行針對(duì)性局部補(bǔ)注雙液漿；

B并積極利用“克泥效”技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)應(yīng)用。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.4.

圖2.4 克泥效施工圖

2.3.3區(qū)間地層地質(zhì)（圓礫土、中砂、粗砂、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂）過(guò)度頻繁，N值變化大、地層軟硬不均，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)困難；有計(jì)劃的進(jìn)行換刀（416環(huán)、670環(huán)、1221環(huán)）過(guò)河段（560環(huán)～950環(huán)）。地下異物造成刀具異常磨損，過(guò)風(fēng)井后第1221環(huán)掘進(jìn)發(fā)生異常，推力、扭矩極巨上升，速度3mm～5mm。刀具異常磨損（圖2.5）

圖2.5 刀具異常磨損

2.3.4區(qū)間粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土層泥水盾構(gòu)施工困難；

⑴分離設(shè)備難以滿足要求：

在這種地層盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，小于40um太多，多數(shù)20um以下，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)泥水處理的篩分設(shè)備處理能力都無(wú)法滿足，導(dǎo)致泥漿的比重上升很快，廢漿量增大；為降低比重，加入清水，是降低了比重，但同時(shí)粘度很小，加入添加劑無(wú)效果，滿足不了施工需要。（經(jīng)過(guò)分析，此地層的粘土很密實(shí)比重大，但是粘度很小。）為了減少?gòu)U漿量，項(xiàng)目部決定配置一臺(tái)壓濾設(shè)備進(jìn)行處理，已壓濾26000方廢漿。

⑵泥水環(huán)流系統(tǒng)排漿不順暢

本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)未安裝破碎機(jī)，安裝了攪拌器，同時(shí)在排漿泵前方安裝采石箱進(jìn)行大體積渣土清理。

經(jīng)過(guò)1300環(huán)掘進(jìn)，從采石箱內(nèi)取出了大量的混凝土塊、鋼筋、鋼管、大粘土塊等，具體情況見(jiàn)圖2.6。

圖2.6 采石箱開(kāi)箱施工

2.3.5長(zhǎng)區(qū)間（1867環(huán)）盾構(gòu)施工測(cè)量任務(wù)艱巨；

目前國(guó)內(nèi)各城市地鐵盾構(gòu)施工因測(cè)量精度發(fā)生盾構(gòu)隧道調(diào)線、無(wú)法正常進(jìn)洞、出洞事故頻發(fā)，帶來(lái)了不可估量的損失和不良影響。本項(xiàng)目在施工前和施工過(guò)程中十分重視測(cè)量工作，群策群力、積極創(chuàng)新，進(jìn)行很多項(xiàng)測(cè)量設(shè)備及技術(shù)改進(jìn)工作。

此區(qū)間屬于沈陽(yáng)已建或在建地鐵工程中最長(zhǎng)區(qū)間，在全國(guó)地鐵工程中也屬于特長(zhǎng)區(qū)間之一，測(cè)量施工任務(wù)十分艱巨。

采用了長(zhǎng)區(qū)間隧道地面向隧道投點(diǎn)聯(lián)系測(cè)量工法，聯(lián)系測(cè)量目的是為了檢核汪曹區(qū)間左線前期洞內(nèi)導(dǎo)線的精度；風(fēng)井至曹仲站段后期控制網(wǎng)布設(shè)方案提供指導(dǎo)作用，具體情況見(jiàn)圖2.7。

圖2.7地面向隧道投點(diǎn)聯(lián)系測(cè)量

2.3.6泥水盾構(gòu)接收采用特殊工藝保證施工安全；

對(duì)于泥水盾構(gòu)施工中接收的風(fēng)險(xiǎn)巨大，由于其掌子面的保壓特性，在破洞門(mén)時(shí)必然造成內(nèi)外壓力失衡，易造成盾構(gòu)與洞門(mén)圈間隙涌泥涌砂及地表沉降、塌陷事故等國(guó)內(nèi)外頻發(fā)。

（1）風(fēng)井回填過(guò)站施工

由于風(fēng)井（隧道方向14米）所處位置位于渾河邊200米左右，地下水壓高，土體滲透系數(shù)大，綜合施工風(fēng)險(xiǎn)工期采用回填過(guò)站，具體實(shí)施工序見(jiàn)圖2.8。

圖2.8風(fēng)井回填盾構(gòu)穿越施工工序

⑵曹仲站泥水盾構(gòu)接收

由于曹仲站剛剛把接收井做好，后續(xù)結(jié)構(gòu)還未施工完成，像灌水、回填土等無(wú)法實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目部采用一種新式結(jié)構(gòu)進(jìn)行接收。

圖2.9 曹仲站泥水盾構(gòu)接收

三、結(jié)語(yǔ)

汪曹區(qū)間左線全長(zhǎng)2240.8米，從盾構(gòu)始發(fā)到安全接收共用時(shí)160天左右，平均每天掘進(jìn)14.4米，比同類(lèi)工程平均速度（8.4米/天）提高6米每天，本項(xiàng)目通過(guò)適應(yīng)性的設(shè)備選型與改造，提供了設(shè)備使用效率，有效的提高了施工進(jìn)度。獲得相當(dāng)可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈陽(yáng)至地鐵九號(hào)線一期工程汪河路站～曹仲站區(qū)間管片設(shè)計(jì)圖紙，圖號(hào)DT9J12-S-SD-3-01A至DT9J12-S-SD-3-42A，

[2]《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》；（GB50299-2003）

[3]《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50446-2008）