李 路，徐 韜，何邦亮，陳華軍

（中鐵上海工程局城軌分公司，上海市 201900）

0 引言

目前，盾構(gòu)法在城市地鐵隧道的修建方法中，以施工安全性高、對地下管線及地面建（構(gòu)）筑物的影響較小、不影響地面交通與河道通航、不受氣候條件的影響等特點得到廣泛應(yīng)用。

地鐵車站或盾構(gòu)井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，常規(guī)的盾構(gòu)法隧道始發(fā)前需要人工拆除盾構(gòu)端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)，破除過程中可能發(fā)生涌水、涌砂分析。洞門出部分鋼筋采用玻璃纖維筋替代后，利用全鋼套筒密閉始發(fā)技術(shù)后，可使盾構(gòu)機(jī)直接進(jìn)行磨樁推進(jìn)，有效地消除這個過程極易發(fā)生的涌砂、涌水等風(fēng)險，減少對周圍環(huán)境的影響，提高了盾構(gòu)始發(fā)過程中安全保障。

在研究常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步鉆研洞門切削、外置注漿管路穿越地墻、鋼套筒密閉始發(fā)后，在福州地鐵5 號線1 標(biāo)4 工區(qū)實施了富水地層下外置烏龜殼式常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)無障礙始發(fā)技術(shù)，保障盾構(gòu)始發(fā)的安全性。

1 工程概況

福州地鐵5 號線金華路站為地下三層島式車站，與2 號線換乘，采用明挖法施工。

盾構(gòu)井設(shè)置在車站北端頭，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1 m 厚地墻，采用水下C 35 混凝土。端頭處盾構(gòu)隧道埋深約16.9～23.1 m，地層為（含泥）粗中砂，屬強(qiáng)透水層，水量充沛，水位受閩江漲幅影響，穩(wěn)定水位在隧頂上方16.5 m 處，隧頂水壓力約0.17 MPa，車站區(qū)域地下水詳細(xì)情況見表1。

表1 車站區(qū)域內(nèi)地下水情況

2 盾構(gòu)始發(fā)輔助措施

2.1 玻璃纖維筋地墻的使用

2.1.1 玻璃纖維筋地墻的優(yōu)勢

通過抗拉和抗拔試驗數(shù)據(jù)，對鋼筋與玻璃纖維筋的主要性能進(jìn)行比較，特性如下：（1）鋼筋與混凝土的錨固力較高；（2）鋼筋的橫向抗剪性能較強(qiáng)；（3）玻璃纖維筋的軸向抗拉強(qiáng)度較高。針對玻璃纖維筋的特性，對洞門處的墻體進(jìn)行局部弱化[1]。

為了規(guī)避洞門人工破除，使軟土盾構(gòu)刀盤能夠直接切削車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為在洞門范圍內(nèi)的地墻的背土側(cè)使用鋼筋，迎土側(cè)使用玻璃纖維筋進(jìn)行結(jié)構(gòu)弱化。這樣即消除了洞門涌水、涌砂等高發(fā)風(fēng)險，也降低了對周圍環(huán)境的影響，提高盾構(gòu)始發(fā)的安全性。

2.1.2 玻璃纖維筋地墻的設(shè)置

洞門及洞門上下1.2 m 范圍內(nèi)設(shè)置玻璃纖維筋，鋼筋與玻璃纖維筋縱向搭接2 m，采用U 形螺栓縱向緊固連接，洞門處地墻采用7.5 m 寬墻幅確保大于洞門直徑。

2.2 鋼套筒始發(fā)技術(shù)

洞門處局部采用玻璃纖維筋地墻弱化后，盾構(gòu)機(jī)可直接穿越，但由于墻外高達(dá)20 m 的孔隙潛水壓力，為此增加全鋼套筒密閉始發(fā)技術(shù)保障盾構(gòu)安全始發(fā)。

鋼套筒是一端開口的筒狀鋼結(jié)構(gòu)，其主要由筒體、后鋼環(huán)、過渡環(huán)組成，比盾構(gòu)機(jī)略大，使用常規(guī)反力架做反力體系，見圖1。

圖1 鋼套筒始發(fā)技術(shù)示意圖

鋼套筒拼裝完成形成密閉空間后，通過上部下料口中填充混合料并利用盾構(gòu)機(jī)氣體保壓系統(tǒng)施加略大于外部的水土壓力，從而實現(xiàn)鋼套筒內(nèi)部與掘進(jìn)地層的內(nèi)外水土壓力平衡。盾構(gòu)在鋼套筒內(nèi)正常掘進(jìn)，有效的避免了涌砂、涌水風(fēng)險的發(fā)生，降低了對周圍環(huán)境的影響，保障盾構(gòu)始發(fā)安全[2]。

3 施工技術(shù)

3.1 工藝流程

無障礙始發(fā)施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3.2 玻璃纖維筋的定位

（1）在鋼筋綁扎時時，在畫出玻璃纖維筋搭接及安裝位置標(biāo)線，尤其是要標(biāo)出洞門位置，確保玻璃纖維筋的定位精確；

（2）根據(jù)玻璃纖維筋地墻配筋圖,結(jié)合成槽過程中測量的誤差，計算玻璃纖維筋的安裝位置，確保鋼筋不得侵入洞門。

3.2.1 混凝土灌注

（1）安裝導(dǎo)管前進(jìn)行水密承壓和氣密性檢測，確認(rèn)導(dǎo)管密封性。導(dǎo)管內(nèi)部放置隔水塞，底部與孔底距離約600 mm 左右，確保初灌成功率。

（2）混凝土灌注前要在現(xiàn)場測試混凝土坍落度，坍落度不滿足要求時須廢棄。

（3）灌注前再次檢查孔底沉渣，確保沉渣厚度滿足設(shè)計規(guī)范要求。

（4）清底后立即進(jìn)行混凝土灌注，混凝土初灌量應(yīng)進(jìn)行計算，確保導(dǎo)管埋深大于1 m。

（5）由于玻璃纖維筋較輕，在鋼筋籠上浮幾率較大，應(yīng)采取以下措施：灌注前，確保清孔質(zhì)量要滿足要求；灌注中，間斷時間不超過15 min，總停止時間不得超過混凝土初凝時間；灌注時導(dǎo)管要及時上提與拆管，埋深不超過4 m。

3.2.2 洞門安全性檢查

（1）鋼套筒安裝前對洞門內(nèi)層鋼筋進(jìn)行鑿除，鑿除厚度約10 cm，完成后安裝“防栽頭裝置”，再對檢查洞門鋼環(huán)內(nèi)有無凸起部分，避免剮蹭盾構(gòu)機(jī)；

（2）始發(fā)端頭釆用旋噴樁+攪拌樁的方式進(jìn)行加固，在始發(fā)前要進(jìn)行地面抽芯然后再進(jìn)行洞門水平抽芯檢查，檢查合格后進(jìn)行鋼套筒安裝。

3.3 全鋼套筒密閉始發(fā)體系

（1）安裝鋼套筒和反力架

a.首先在端頭井內(nèi)確定出盾構(gòu)始發(fā)中心線，在按放樣的位置安裝鋼套筒；

b.其次進(jìn)行下半部分鋼套筒安裝，第一節(jié)定位最為關(guān)鍵，后續(xù)的筒體對齊螺栓孔為即可，節(jié)段之間粘貼環(huán)向橡膠密封墊，下半部分整體安裝完成后再次核對中心線，確定無誤后將洞門鋼環(huán)與下半部分鋼套筒焊接；

c.反力架的水平位置和標(biāo)高根據(jù)鋼套筒長度、洞門標(biāo)高等確定，與常規(guī)反力架安裝方式一致。

（2）在鋼套筒底部盾構(gòu)機(jī)鋼軌支座之間鋪砂，并超出支座15 mm 左右，之后在筒內(nèi)安裝盾構(gòu)機(jī)主體。同時利用盾構(gòu)機(jī)自重壓實砂層，使其能夠提供一定的摩擦力，用以輔助抵抗盾構(gòu)機(jī)扭轉(zhuǎn)。

（3）盾構(gòu)機(jī)主體組裝完畢后，進(jìn)行鋼套筒上本部分安裝。然后，檢查鋼套筒與洞門鋼環(huán)之間的焊接質(zhì)量和各部件的栓接質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)有隱患，要及時有效處理。

（4）負(fù)環(huán)拼裝及鋼套筒尾部封閉

鋼套筒與反力系統(tǒng)安裝驗收完成后，見圖3，進(jìn)行負(fù)9～負(fù)6 環(huán)拼裝。此時可以通過鋼套筒上部下料口對鋼套筒與盾構(gòu)的之間進(jìn)行填充，同時盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)前移時須加大盾尾油脂的注入量，確保鋼套筒尾部的密封，必要時采用外部設(shè)備壓入[3]。

圖3 全鋼套筒密閉檢測階段（單位：mm）

（5）全鋼套筒耐壓檢測

完成鋼套筒尾部密封后，通過鋼套筒上部閥門進(jìn)行加水至溢出，利用盾構(gòu)機(jī)自帶的氣體保壓系統(tǒng)對鋼套筒進(jìn)行加壓，加壓過程中，并仔細(xì)檢查鋼套筒周邊有無漏滲水現(xiàn)象，并進(jìn)行位移監(jiān)測。出現(xiàn)滲漏、位移過大或應(yīng)變超標(biāo)現(xiàn)象，須立即停止加壓，進(jìn)行卸壓、采取封堵后繼續(xù)試驗，直至滿足加壓泄壓的時間要求為止。

（6）切削地下連續(xù)墻

全鋼套筒密閉檢測符合要求后開始穿越高強(qiáng)度地下連續(xù)墻，完成地下連續(xù)墻切削后，正常掘進(jìn)與拼裝，在正5 環(huán)拼裝完成后，對洞門封閉，之后為正常掘進(jìn)階段，見圖4、圖5。

圖4 鋼套筒后端密封方式

圖5 鋼套筒密閉始發(fā)（單位：mm）

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 常規(guī)土壓刀盤全軌跡重型撕裂刀配置

在項目工作組的大量調(diào)研與研究下，召開多次技術(shù)交流會，最終選擇對既有刀盤進(jìn)行改造。原薄弱的撕裂刀全部更換為重型撕裂刀，并分兩種刀高，軌跡間距60 mm，同軌跡兩把，全盤負(fù)責(zé)鋼筋混凝土地下連續(xù)墻切削，刮刀不參與混凝土切削工作，見圖6。

圖6 常規(guī)土壓刀盤全軌跡重型撕裂刀軌跡圖

4.2 外置式注漿管路針對性設(shè)計

針對外置注漿管設(shè)置了保護(hù)刀，并進(jìn)行了保護(hù)刀切削混凝土的試驗，僅需3t的力道即可切削C 60混凝土試塊，完全滿足本區(qū)間水下C 35 地下連續(xù)墻的切削（實際強(qiáng)度42 MPa）。同時刀盤開挖直徑略大于盾體外徑40 mm，也為外置注漿管保護(hù)刀切削混凝土地墻創(chuàng)造了臨空面，圖7 為外置注漿管路保護(hù)刀切削試驗照片。

圖7 外置注漿管保護(hù)刀切削試驗

5 應(yīng)用效果評價

5.1 端頭周邊環(huán)境沉降監(jiān)測

始發(fā)前一個月對端頭盾構(gòu)區(qū)間影響范圍內(nèi)布設(shè)監(jiān)測點，定期監(jiān)控沉降變化。除盾構(gòu)機(jī)在連通土體后，未在第一時間針對調(diào)整針對砂層的掘進(jìn)參數(shù)，引起螺旋機(jī)噴涌，造成了一定的土體損失，導(dǎo)致的地表沉隆-5.1 mm，在后續(xù)的施工過程中地表沉隆控制良好，沉降曲線見圖8。

圖8 百環(huán)累計沉隆值變化曲線

5.2 鋼套筒與反力系統(tǒng)位移

為了監(jiān)測鋼套筒與反力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變形情況，分別在鋼套筒前段上、左右兩側(cè)設(shè)置百分表，內(nèi)鋼環(huán)、反力架立柱上下設(shè)置全站儀監(jiān)測點，始發(fā)過程監(jiān)測曲線見圖9、圖10。

圖9 鋼套筒前段累計位移變化曲線（單位：mm）

圖10 鋼套筒內(nèi)鋼環(huán)及反力架累計位移變化曲線（單位：mm）

始發(fā)過程中，鋼套筒主體與外鋼環(huán)基本未發(fā)生位移，內(nèi)鋼環(huán)和反力架存在微小位移，結(jié)構(gòu)變形滿足要求。

6 結(jié)論

以福州地鐵5 號線1 標(biāo)4 工區(qū)金華路站～金山站盾構(gòu)工程應(yīng)用情況為例，得出以下結(jié)論：

（1）常規(guī)軟土盾構(gòu)刀盤在不改造主體結(jié)構(gòu)的情況下可以配備全軌跡重型撕裂刀，且完全可以切削水下C 35 高強(qiáng)度地下連續(xù)墻。在配備針對性設(shè)計的外置注漿管保護(hù)刀后可以做到不用擴(kuò)大開挖尺寸，從而做到安全順利的切削并通過地下連續(xù)墻。

（2）鋼套筒始發(fā)技術(shù)，實質(zhì)上是為盾構(gòu)創(chuàng)建了一個類似于掘進(jìn)地層中的自然施工環(huán)境，使盾構(gòu)在相同的施工環(huán)境下進(jìn)入地層掘進(jìn)，大幅降低了盾構(gòu)始發(fā)的危險性。

（3）全鋼套筒密閉始發(fā)的施工風(fēng)險在盾構(gòu)穿越地連墻后的瞬間，從模擬環(huán)境進(jìn)入富水砂層環(huán)境后，外界的水土壓力接入鋼套筒及穿越地連墻后工況的變化，因此盾構(gòu)在穿越地連墻后需要及時調(diào)整好施工參數(shù)。

（4）鋼套筒前端的密封已有高效的保障措施，后端內(nèi)外鋼環(huán)之間的環(huán)形密封需要格外重視，安裝后應(yīng)通過耐壓試驗檢測密閉性。

通過改進(jìn)的無障礙始發(fā)技術(shù)，在承壓富水地質(zhì)條件下，成功地完成了富水地層下外置烏龜殼式常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)無障礙始發(fā)。相較與常規(guī)盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)，提高了安全保障，加快了施工進(jìn)度，是值得大力提倡的方法。