蘆興磊

（中交三航（廈門(mén)）工程有限公司，福建廈門(mén) 361000）

福州地鐵4號(hào)線(xiàn)林浦站―城門(mén)站區(qū)間中間（三環(huán)快速路南側(cè)）設(shè)置一個(gè)明挖中間風(fēng)井，其余均為單線(xiàn)單洞盾構(gòu)區(qū)間。林城區(qū)間林浦站―中間風(fēng)井段北起4號(hào)線(xiàn)林浦站大里程端頭，下穿福泉連接線(xiàn)、連坂村民房、10#污水接收井、黃山汽車(chē)考訓(xùn)場(chǎng)、省農(nóng)業(yè)科學(xué)稻香研究所、三環(huán)快速路，進(jìn)入中間風(fēng)井。左線(xiàn)設(shè)一個(gè)長(zhǎng)鏈12.094m，左線(xiàn)長(zhǎng)1355.773m；右線(xiàn)設(shè)一長(zhǎng)鏈0.822m，右線(xiàn)長(zhǎng)1357.483m。林城區(qū)間中間風(fēng)井―城門(mén)站段北起中間風(fēng)井大里程端頭，側(cè)穿殘疾人康復(fù)中心，下穿城門(mén)山、城門(mén)村民房，進(jìn)入城門(mén)站大里程端頭。左線(xiàn)長(zhǎng)812.465m，右線(xiàn)長(zhǎng)801.298m。區(qū)間隧道覆土最大厚度約為42.8m，最小厚度約為17.2m。區(qū)間兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)從4號(hào)線(xiàn)林浦站大里程端頭始發(fā)，通過(guò)中間風(fēng)井繼續(xù)掘進(jìn)至城門(mén)站小里程端頭接收吊出。

1.區(qū)間風(fēng)險(xiǎn)源概況

1.1 側(cè)穿三環(huán)快速路福廈高架樁基

隧道設(shè)計(jì)左線(xiàn)為5.57‰上坡，R900圓曲線(xiàn)右轉(zhuǎn)；右線(xiàn)為5.578‰的直線(xiàn)上坡。盾構(gòu)下穿三環(huán)快速時(shí)隧道所處地層主要為微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，隧頂埋深約24.1m。

1.2 側(cè)穿殘疾人康復(fù)中心地下室

隧道設(shè)計(jì)為4.235‰下坡及R1200（圓曲線(xiàn)18m、圓緩36m）左轉(zhuǎn)。盾構(gòu)側(cè)穿殘疾人康復(fù)中心地下室時(shí)隧道所處地層主要為微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，隧頂埋深約41.3m。右線(xiàn)隧道距地下室最小水平凈距為24.99m，故不涉及側(cè)穿殘疾人康復(fù)中心地下室。殘疾人康復(fù)中心采用一層地下室，多層框架，基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)。地下室距隧道最小水平凈距約4.82m。

1.3 下穿城樓村居民房

左線(xiàn)隧道設(shè)計(jì)為4.235‰下坡（550m）和20.7‰上坡（200m）；伴有R900（33.5m）、R1200（116.4m）及R450（238.9m）的轉(zhuǎn)彎半徑。盾構(gòu)下穿城樓村居民房時(shí)隧道所處地層主要為中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r、微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，隧頂埋深：17.3m～42.43m。

右線(xiàn)隧道設(shè)計(jì)為4‰下坡（550m）和21‰上坡（190m）；伴有R900（131.7m）、R1200（113.9m）及R450（242m）的轉(zhuǎn)彎半徑。盾構(gòu)下穿城樓村居民房時(shí)隧道所處地層主要為中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r、微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，隧頂埋深：17.3m～38.42m。

該處居民房多為1～5層，大部分為埋深約1.5m～2.0m的條形基礎(chǔ)，部分為樁基礎(chǔ)。

2.雙模盾構(gòu)機(jī)TBM模式穿越重大風(fēng)險(xiǎn)源的施工工藝

2.1 施工前準(zhǔn)備

（1）現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)準(zhǔn)備。施工前需要充分了區(qū)間地質(zhì)情況，制定施工方案并提交給業(yè)主和監(jiān)理，提前聯(lián)系建構(gòu)筑物及居民房的產(chǎn)權(quán)單位和產(chǎn)權(quán)人，需提前做好溝通配合以確保各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。針對(duì)施工的特點(diǎn)，向施工隊(duì)伍進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)安全技術(shù)教育。

（2）技術(shù)準(zhǔn)備。施工前組織相關(guān)技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，對(duì)施工方案進(jìn)行復(fù)核和補(bǔ)充完善，確保施工方案對(duì)施工的指導(dǎo)性。同時(shí)，做好技術(shù)、安全等方面的交底，并組織施工人員進(jìn)行相關(guān)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。

（3）盾構(gòu)機(jī)的選擇。根據(jù)施工計(jì)劃安排及施工現(xiàn)狀，結(jié)合林城區(qū)間地質(zhì)情況選擇2臺(tái)中鐵裝備生產(chǎn)的TBMEPB雙模盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。

2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)管理

（1）推進(jìn)及姿態(tài)控制。應(yīng)用自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)對(duì)千斤頂進(jìn)行合理編組，分別為A、B、C、D 4組，而當(dāng)盾構(gòu)轉(zhuǎn)向不同時(shí)各組千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量也不意義，當(dāng)盾構(gòu)分別向左、向右、向上、向下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要保障最大的千斤頂伸長(zhǎng)量分別為：向左B組最大；向右D組最大；向上C組最大；向下A組最大。

在推進(jìn)過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，并于計(jì)算的三維坐標(biāo)進(jìn)行校核及時(shí)做出調(diào)整，緩和曲線(xiàn)、圓曲線(xiàn)段X、Y偏差控制在50mm以?xún)?nèi)。

根據(jù)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)顯示的盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向調(diào)整盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向，具體方式為盾構(gòu)機(jī)與刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

（2）確定盾構(gòu)掘進(jìn)的主要參數(shù)。根據(jù)本標(biāo)段工程地質(zhì)、水文條件及以往的施工經(jīng)驗(yàn)，保證勻速、快速掘進(jìn)通過(guò)，每天地面沉降量和累計(jì)沉降量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范。主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 盾構(gòu)主要掘進(jìn)參數(shù)

在施工過(guò)程中，盾構(gòu)的速度要進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保勻速推進(jìn)，使出渣速度、豆礫石填充及注漿速度與其相匹配，在推進(jìn)過(guò)程中保持穩(wěn)定，每日推進(jìn)5環(huán)左右。同時(shí)，盾構(gòu)出渣量也要嚴(yán)格控制，保持出土量與土壓力值一樣，以免影響地面沉降。

2.3 豆礫石充填與回填灌漿

掘進(jìn)過(guò)程中必須保障豆礫石以及漿液的注入量及時(shí)機(jī)，防止管片出現(xiàn)位移變形等情況；有效避免因地下水流失而造成的地下水損失；保障防水功能的有效性；避免或減緩地下水對(duì)管片的侵蝕；傳遞管片與圍巖間的壓力，為隧洞的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定提供保證[1]。

（1）豆礫石回填施工?；靥顣r(shí)，在TBM后配套2#臺(tái)車(chē)一側(cè)布置水泥凈漿攪拌機(jī)1臺(tái)、注漿泵2臺(tái)；3#臺(tái)車(chē)一側(cè)布置豆礫石噴射機(jī)2臺(tái)；4#臺(tái)車(chē)一側(cè)布置皮帶上料機(jī)1臺(tái)；6#臺(tái)車(chē)一側(cè)布置空壓機(jī)2臺(tái)；8#臺(tái)車(chē)一側(cè)布置儲(chǔ)漿罐1臺(tái)、活塞式液壓注漿泵2臺(tái)。

設(shè)計(jì)管片注漿孔（兼吊裝孔）內(nèi)徑為8cm的PVC管，能滿(mǎn)足豆礫石吹填要求。為了方便施工組織，按照拼裝點(diǎn)位進(jìn)行選擇充填與灌漿。當(dāng)需要注入豆礫石時(shí)，打開(kāi)豆礫石罐氣動(dòng)閥門(mén)，豆礫石由波紋擋邊帶式輸送機(jī)輸送至分料螺機(jī)，可將豆礫石分送至兩個(gè)豆礫石泵，通過(guò)豆礫石注入系統(tǒng)將豆礫石注入到管片背后。

填充的順序?yàn)楣暗?、次兩?cè)、后拱頂，同時(shí)按照先下后上的原則，一次進(jìn)行充填，并進(jìn)行壓實(shí)保障沒(méi)有架空的情況出現(xiàn)。

豆礫石粒徑為5mm～10mm，普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為P042.5。水泥漿配合比為（0.7～1）:1，注漿壓力≤0.5MPa，注漿終孔控制以注漿壓力為主，以注漿量為輔。

直線(xiàn)段每隔60m（曲線(xiàn)段每隔30m）施做一道止水環(huán)，材料采用水泥―水玻璃雙液漿，配比為C：S=1:0.6～ 1:1（體積比），水玻璃模數(shù)2.6～3.0，水玻璃波度為30～40Be°，注漿壓力為0.3MPa～0.5MPa。

（2）水泥漿填充施工。注漿時(shí)按照量控為主，壓力為輔的雙控原則，進(jìn)行壓灌。注漿順序與豆礫石充填順序一致，先下后上。

水泥漿配合比按設(shè)計(jì)要求兩側(cè)、頂拱270°水泥漿灌注；配合比遵循滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況為原則，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定。灌漿孔封堵采用與管片同等級(jí)微膨脹混凝土實(shí)施封孔，灌漿孔要保持清潔干凈，封堵后表面要平整，并進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)。

（3）特殊情況處理。通常情況下，灌漿不能輕易中斷如出現(xiàn)特殊情況中斷，則中斷時(shí)間要保持在2h，如若超過(guò)2h，則要做好灌漿泵清洗以及灌注孔的清理工作。

（4）二次補(bǔ)漿。若回填密實(shí)性差，出現(xiàn)滲漏甚至地表沉降等情況，則要進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。二次注漿采用盾構(gòu)機(jī)自備的二次注漿泵進(jìn)行，其目的是補(bǔ)強(qiáng)，材料一般采用水泥漿進(jìn)行，能夠加固和填充管片周?chē)牡貙?。如果地下水較多則需要進(jìn)行封堵，必要時(shí)可采用水泥加水玻璃雙液漿。

3.盾構(gòu)施工保障措施

3.1 盾構(gòu)機(jī)的維修保養(yǎng)

為使盾構(gòu)機(jī)的性能得以充分發(fā)揮，防止事故、故障于未然，對(duì)盾構(gòu)機(jī)實(shí)行日常和定期的維護(hù)和保養(yǎng)，認(rèn)真執(zhí)行“清潔、檢查、緊固、潤(rùn)滑、調(diào)整”十字方針。檢查項(xiàng)目根據(jù)各種機(jī)械的特性及現(xiàn)場(chǎng)情況，在盾構(gòu)機(jī)組期間完成盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)設(shè)備的《操作和維修保養(yǎng)規(guī)程》，必須依檢查項(xiàng)目切實(shí)進(jìn)行，不應(yīng)遺漏[2]。

成立專(zhuān)門(mén)的盾構(gòu)狀態(tài)診斷小組，隨時(shí)監(jiān)控、分析盾構(gòu)機(jī)的狀態(tài)，同時(shí)加大配件的儲(chǔ)存，加強(qiáng)保養(yǎng)的力度和質(zhì)量，確保盾構(gòu)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

在盾構(gòu)機(jī)穿越之前對(duì)盾構(gòu)機(jī)實(shí)行整機(jī)檢修、保養(yǎng)，確保在下穿過(guò)程中掘進(jìn)的連續(xù)性。

3.2 刀具檢查及管理

3.2.1 檢查及換刀措施

刀具的檢查由換刀班組按相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行，由設(shè)備技術(shù)員確認(rèn)，原則上在破碎地層、掌子面不穩(wěn)地段不進(jìn)行刀具更換工作。每次開(kāi)倉(cāng)檢查刀具時(shí)，要詳細(xì)記錄每把刀具的磨損量、磨損情況刀座號(hào)等信息。每把更換下的刀具在修理車(chē)間要詳細(xì)檢查潤(rùn)滑油、啟動(dòng)扭矩、刀體磨損量、密封、軸承等刀具配件情況，并做好記錄。刀盤(pán)刀具的檢查要求如下：

（1）滾刀的磨損情況、漏油情況；刀圈情況，包括松動(dòng)、脫落、裂紋等；螺栓以及保護(hù)帽的情況等。

（2）刮刀的合金崗和耐磨層的缺損和磨損以及刀座的變形情況。

（3）刀盤(pán)以及刀盤(pán)牛腿的開(kāi)裂、磨損等情況。

（4）攪拌棒耐磨層的完好情況。

（5）刀具緊固均采用自緊螺栓。

每次開(kāi)倉(cāng)檢查刀盤(pán)刀具時(shí)，要對(duì)艙內(nèi)氣路上的油水分離器進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行加油或放水以保證油水分離器的正常工作，確保氣動(dòng)扳手進(jìn)行螺栓緊固時(shí)有足夠的氣壓。

在施工過(guò)程中加強(qiáng)刀具管理，避免刀具非正常損壞，并結(jié)合先期換刀檢查情況，統(tǒng)計(jì)刀具磨損數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律，及時(shí)對(duì)后續(xù)換刀計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整以保證刀具使用的計(jì)劃性和經(jīng)濟(jì)性。

3.2.2 換刀作業(yè)

換刀時(shí)具有很強(qiáng)的危險(xiǎn)性，所以必須要嚴(yán)格按照制定的換刀流程進(jìn)行作業(yè)，保障換刀工作的安全性。

換刀之前必須做好準(zhǔn)備工作，包括使用的工具、更換的刀具、制定應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急小組隨時(shí)待命等。在進(jìn)倉(cāng)作業(yè)前，觀查倉(cāng)內(nèi)情況，確保掌子面足夠穩(wěn)定才能夠進(jìn)行下一步工作。一般情況下，換刀作業(yè)必須不能中斷盡快完成，同時(shí)，還要配備對(duì)掌子面監(jiān)控人員，保障整個(gè)換刀過(guò)程的安全。

3.2.3 刀具的維修

刀具維修是保障盾構(gòu)機(jī)能夠順利進(jìn)行施工作業(yè)的基礎(chǔ)，其內(nèi)容包括刀具的清理、拆解、更換、組裝等，同時(shí)還要對(duì)刀具的使用情況進(jìn)行判定，需要專(zhuān)業(yè)人員才能操作。由于刀具維修的內(nèi)容較多，步驟復(fù)雜，為了確保維修的質(zhì)量，需要嚴(yán)格按照流程進(jìn)行，做好記錄工作并備案。為了防止刀具混淆，需要對(duì)維修過(guò)的刀具進(jìn)行噴漆標(biāo)識(shí)。

3.3 盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量保障措施

盾構(gòu)掘進(jìn)特別注意防止以下質(zhì)量缺陷：管片裂縫，管片過(guò)量錯(cuò)臺(tái)，管片破損，隧道軸線(xiàn)偏移超限，盾構(gòu)隧道后期下沉、上浮、水平位移超限，盾構(gòu)隧道不均勻旋轉(zhuǎn)。

首先，建立盾構(gòu)機(jī)管理領(lǐng)導(dǎo)組織體系，制定詳細(xì)的維護(hù)保養(yǎng)制度，使用操作施工手冊(cè)，定人定崗定責(zé)，強(qiáng)化盾構(gòu)機(jī)的管理。

其次，制定平面控制網(wǎng)測(cè)設(shè)的措施以及技術(shù)要求。以項(xiàng)目工程師為責(zé)任人設(shè)立專(zhuān)業(yè)測(cè)量小組，按照要求對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行有效保護(hù)，防止撞擊、毀壞等情況的發(fā)現(xiàn)。在施工過(guò)程中要對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)定期進(jìn)行復(fù)核，實(shí)時(shí)掌握其發(fā)生位移的情況。為了保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)則下測(cè)量觀察點(diǎn)必須牢固穩(wěn)定。掘進(jìn)路線(xiàn)的參數(shù)要提前進(jìn)行設(shè)計(jì)，在操作過(guò)程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行，若發(fā)生特殊情況應(yīng)立刻停止操作并上報(bào)，等待新的方案。在掘進(jìn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，保障糾偏幅度不超過(guò)盾構(gòu)直徑的0.4%，同時(shí)，每推進(jìn)一環(huán)就要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和距離軸線(xiàn)的偏差進(jìn)行測(cè)量一次。

采用地面沉降監(jiān)測(cè)與注漿量、注漿壓力及管片混凝土內(nèi)力監(jiān)測(cè)相結(jié)合的辦法控制盾尾注漿質(zhì)量。

按設(shè)計(jì)要求控制襯砌制作、安裝精度，管片出盾后對(duì)所有螺栓復(fù)緊一次，任何時(shí)候緊固螺栓時(shí)用規(guī)定的力矩緊固，且不損壞已組裝好的管片。管片在盾尾拼裝時(shí)，管片外弧面與盾殼間至少留30mm的間隙，以確保拼裝精度。

4.結(jié)語(yǔ)

在雙模盾構(gòu)機(jī)TBM模式穿越重大風(fēng)險(xiǎn)源盾構(gòu)施工時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)合理的施工方案，并嚴(yán)格按照施工方案執(zhí)行，要隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，遇到突發(fā)情況即停止掘進(jìn)調(diào)整方案。同時(shí)，采用同步注漿和二次補(bǔ)漿控制措施，利用管片預(yù)埋注漿孔及時(shí)進(jìn)行徑向補(bǔ)注漿并輔以嚴(yán)格的施工監(jiān)控量測(cè)措施，確保盾構(gòu)安全順利地穿過(guò)重大風(fēng)險(xiǎn)源。