任光躍

（中鐵建重慶投資集團(tuán)有限公司，重慶 400000）

1 引言

在應(yīng)用盾構(gòu)法施工時(shí)，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程條件做合理的技術(shù)優(yōu)化，把控好盾構(gòu)法應(yīng)用全流程中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，加強(qiáng)安全管控和質(zhì)量管控，以便施工的順利進(jìn)行。為此，必須加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)法的分析，明確技術(shù)要點(diǎn)，做到有效施工。

2 工程概況

某地鐵區(qū)間隧道起訖里程DK25+572.583～DK26+235.076，全長(zhǎng)662.493 m，采用盾構(gòu)法施工，適配土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。根據(jù)施工安全、質(zhì)量、效率等方面的要求，規(guī)劃盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行路線，從南端頭左線始發(fā)，推進(jìn)至北端頭后開(kāi)始調(diào)頭，進(jìn)入右線；而后，到達(dá)南端頭后轉(zhuǎn)至北端頭。

3 進(jìn)出洞地層的加固處理

豎井擋土墻拆除后，端頭土體的作用荷載和應(yīng)力較之前期產(chǎn)生變化，考慮到安全和穩(wěn)定性要求，需要對(duì)出洞及進(jìn)洞地層的土體做加固處理，以期達(dá)到如下效果：避免臨時(shí)墻拆除過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的振動(dòng)作用；避免開(kāi)挖面壓力不合理而誘發(fā)坍塌現(xiàn)象；維持地表的穩(wěn)定性，避免該處發(fā)生沉降。

3.1 加固方法的選擇

地層加固的可選方法很多，包含高壓旋噴注漿法、砂漿回填法、化學(xué)注漿法等。具體至本工程，區(qū)間進(jìn)出洞均有連續(xù)墻，拆除此部分耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，為維持地層的穩(wěn)定性并確保該部分與擋土墻穩(wěn)定黏結(jié)，較為適宜的是高壓旋噴注漿法或深層攪拌法。為確保區(qū)間各進(jìn)出洞端頭均得到有效的加固處理，以深層攪拌法為主，在此前提下，輔以旋噴加固的作業(yè)方法，保證深層攪拌樁與連續(xù)墻間隙的嚴(yán)密性。通過(guò)多項(xiàng)措施的應(yīng)用，使加固土體的強(qiáng)度超過(guò)2 MPa[1]。

3.2 深層攪拌樁施工細(xì)節(jié)

深層攪拌樁施工時(shí)，需注重以下幾點(diǎn)：

1）準(zhǔn)確測(cè)量放樣與施工，要求攪拌軸垂直度偏差不超過(guò)1.0%，樁位對(duì)中誤差不超過(guò)2 cm。

2）按照0.45～0.55的水灰比拌制水泥漿，單次拌和時(shí)間至少達(dá)到3 min，確保漿液有足夠的均勻性。

3）鉆進(jìn)至隧道底以下3 m的位置，鉆進(jìn)到位后開(kāi)啟灰漿泵，在噴漿的過(guò)程中同時(shí)攪拌、提升。

4）為使水泥漿與現(xiàn)場(chǎng)土體均勻混合，按照自下而上的順序依次攪拌。

4 盾構(gòu)區(qū)間南端頭始發(fā)

4.1 始發(fā)臺(tái)的安裝

鋼結(jié)構(gòu)始發(fā)臺(tái)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，可承受盾構(gòu)機(jī)的重力和推進(jìn)的摩擦力。在始發(fā)臺(tái)兩側(cè)按1.5 m的間距依次布設(shè)工字鋼，作為橫向支撐裝置，確保始發(fā)臺(tái)始終維持穩(wěn)定。于始發(fā)基座軌道涂抹黃油，采取此項(xiàng)措施的目的在于提升盾構(gòu)推進(jìn)的順暢程度，以免因摩擦阻力過(guò)大而無(wú)法正常推進(jìn)。

4.2 反力架的安裝

反力架用于提供盾構(gòu)推進(jìn)所需的反力，為維持穩(wěn)定，采用鋼結(jié)構(gòu)。安裝時(shí)，先清理底板上附著的雜物，再準(zhǔn)確安裝到位。安裝后，檢測(cè)反力架的姿態(tài)和穩(wěn)定程度，需無(wú)誤。反力架的高程偏差需在±5 mm以內(nèi)，左右、上下的偏差均要在±10 mm以內(nèi)。盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線的水平趨勢(shì)偏差、豎直趨勢(shì)偏差分別控制在±3‰、2‰以內(nèi)[2]。

4.3 負(fù)環(huán)管片的安裝

負(fù)環(huán)鋼管片起著連接負(fù)環(huán)管片與反力架的作用，同時(shí)此連接構(gòu)件還可滿足反力架姿態(tài)的微調(diào)要求。安裝時(shí)，分片依次組裝鋼管片，將下半部鋼環(huán)吊運(yùn)下井，再根據(jù)該部分的位置吊裝上半部鋼環(huán)并予以調(diào)節(jié)，使兩部分精準(zhǔn)對(duì)接；此后，適配適量螺栓以便將管片穩(wěn)定連接至反力架，負(fù)環(huán)管片與鋼管片也用螺栓連接。

4.4 輔助裝置的安裝

1）防扭裝置。刀盤(pán)切削土體時(shí)伴有較強(qiáng)的扭矩，由于此部分力的作用，盾構(gòu)機(jī)殼體可能在始發(fā)臺(tái)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。為避免該問(wèn)題，以焊接的方法在盾構(gòu)殼體處穩(wěn)定設(shè)置防扭裝置，具體如圖1所示。隨著工程建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，待該裝置臨近洞門(mén)密封時(shí)，不具備利用的價(jià)值，可予以割除。

圖1 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)臺(tái)及輔助裝置

2）負(fù)環(huán)管片支撐。在始發(fā)臺(tái)基礎(chǔ)上設(shè)置三角支撐、配套螺栓，以便與始發(fā)臺(tái)穩(wěn)定連接，用工字鋼連接每側(cè)的三角支撐，使其更加可靠地支撐負(fù)環(huán)管片。經(jīng)過(guò)各主要構(gòu)件的安裝后，局部可能存在間隙，例如，工字鋼及始發(fā)臺(tái)與負(fù)環(huán)管片間，針對(duì)此問(wèn)題，可在該處墊入合適規(guī)格的木楔。此外，向負(fù)環(huán)管片間增設(shè)槽鋼，維持管片的穩(wěn)定性，避免其出現(xiàn)位移。

4.5 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)核

盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)到達(dá)始發(fā)里程時(shí)，及時(shí)檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)并根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果做相應(yīng)的調(diào)整，直至各項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與設(shè)計(jì)值的誤差均在許可范圍內(nèi)為止。例如，設(shè)備平面位置誤差＜±10 mm，中心軸線的坡度誤差＜2‰，高程誤差＜±5 mm。

4.6 洞門(mén)混凝土鑿除

施作厚度為600 mm的地下連續(xù)墻，作為車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。車站端頭土體用攪拌樁做加固處理，及時(shí)加強(qiáng)對(duì)加固區(qū)土體的防護(hù)，避免由于暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。為保證施工安全，刀盤(pán)進(jìn)入預(yù)留洞門(mén)前應(yīng)鑿除少量的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。具體而言，先鑿除500 mm厚度，割除外層的鋼筋；隨著工程施工進(jìn)程的推進(jìn)，待最后一層鋼筋被割除后，方可將剩余的圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除干凈。對(duì)于鑿除后產(chǎn)生的雜物，需及時(shí)清理。第二次鑿除前，先準(zhǔn)備適量?jī)?yōu)質(zhì)的噴漿料和噴漿機(jī)，以便及時(shí)噴漿封閉掌子面[3]。

4.7 洞門(mén)密封裝置的安裝

在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，將洞門(mén)密封裝置設(shè)置到位，避免漿液經(jīng)由縫隙處流出。洞門(mén)密封采用簾布橡膠材料，要求其在硬度、整體性等方面均達(dá)到要求。提前加工簾布橡膠的螺栓孔，依次將簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形壓板、防翻板安裝到位，檢查各裝置的安裝位置和穩(wěn)定程度，均要無(wú)誤。在外圍刀盤(pán)和簾布橡膠板外側(cè)涂抹潤(rùn)滑油，此舉有利于盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的順暢運(yùn)行，防止刀盤(pán)刮破簾布橡膠板。盾尾通過(guò)后，隨即安排壁后注漿，通過(guò)漿液的注入增強(qiáng)穩(wěn)固性；對(duì)開(kāi)挖面加壓，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，逐步進(jìn)入土壓平衡模式。

4.8 始發(fā)掘進(jìn)的控制要點(diǎn)

1）盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)控制。受車站結(jié)構(gòu)尺寸的限制，盾構(gòu)機(jī)難以正常始發(fā)，由于控制不當(dāng)而發(fā)生盾構(gòu)姿態(tài)偏差問(wèn)題。為此，通過(guò)如下措施的落實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的有效控制：（1）盾構(gòu)機(jī)主機(jī)與設(shè)備橋連接，于出碴井后面布置拖車；（2）在設(shè)備橋上配套臨時(shí)皮帶輸送機(jī)，通過(guò)此裝置的應(yīng)用來(lái)滿足臨時(shí)出碴作業(yè)要求；（3）管片和碴土均經(jīng)由出碴井起吊，吊裝時(shí)嚴(yán)格控制吊裝姿態(tài)，避免發(fā)生磕碰；（4）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)53環(huán)后，將負(fù)環(huán)管片和反力架拆除；（5）經(jīng)前述拆除作業(yè)后，進(jìn)一步拆除設(shè)備橋臨時(shí)支架和臨時(shí)皮帶輸送機(jī)；（6）向設(shè)備橋連接第一節(jié)配套拖車，再按照順序依次將剩余的幾節(jié)拖車均連接至一體；（7）取出延長(zhǎng)管線，黏結(jié)輸送皮帶，再次將管線連接成型，經(jīng)此處理后盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)將得到有效的控制。

2）掘進(jìn)參數(shù)的控制。從本工程現(xiàn)場(chǎng)施工條件來(lái)看，始發(fā)段的地下水位高、地質(zhì)條件差、覆土較薄，因此宜采取慢速掘進(jìn)的方法，速度控制在10 mm/min以內(nèi)。若出碴口有噴涌的情況，將碴門(mén)開(kāi)啟150～200 mm；不存在噴碴情況時(shí)可適當(dāng)增加，以300～350 mm為宜。若現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)較硬，不利于刀盤(pán)的正常掘進(jìn)，為此采取如下應(yīng)對(duì)方法：（1）正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)刀盤(pán)；（3）在原泡沫劑使用量的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加；（2）經(jīng)由膨潤(rùn)土通道注水，通過(guò)水的應(yīng)用推動(dòng)碴土流動(dòng)。盾構(gòu)機(jī)由加固區(qū)進(jìn)入軟弱地層時(shí)可能由于地質(zhì)條件的差異而導(dǎo)致盾構(gòu)低頭，為此需調(diào)整好盾構(gòu)上下推進(jìn)油缸的壓力差，維持盾構(gòu)姿態(tài)的合理性。

3）背襯注漿控制。在始發(fā)前15環(huán)施工過(guò)程中，可用早強(qiáng)型漿液進(jìn)行背襯注漿。始發(fā)前3環(huán)施工時(shí)，每環(huán)掘進(jìn)時(shí)間達(dá)到7～8 h，但與之相矛盾的是，施工采用的早強(qiáng)型漿液初凝時(shí)間不大于4 h，因此，漿液可能會(huì)在儲(chǔ)漿罐內(nèi)發(fā)生凝結(jié)，為有效避免此問(wèn)題，在尚未達(dá)到正常出碴?duì)顟B(tài)時(shí)單次拌和量以1 m3為宜。

5 盾構(gòu)區(qū)間北端頭到達(dá)的施工要點(diǎn)

5.1 準(zhǔn)備工作及洞門(mén)混凝土鑿除

為保證盾構(gòu)機(jī)順利到達(dá)，先將各項(xiàng)準(zhǔn)備工作落實(shí)到位，包含機(jī)械設(shè)備的配套、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的平整、鋼負(fù)環(huán)及反力架的安裝等。在車站北端頭井內(nèi)先鋪黃砂、再鋪30 mm厚的鋼板，通過(guò)此類措施的落實(shí)，可在一定程度上減小盾構(gòu)平移的摩擦阻力，更加順暢地實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)平移作業(yè)。除了做好準(zhǔn)備工作外，還需鑿除左線和右線的洞門(mén)混凝土。

5.2 掘進(jìn)控制措施

1）掘進(jìn)需穿越加固區(qū)時(shí)，刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)的扭矩均較大，不利于刀盤(pán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為此加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的控制，例如，推進(jìn)速度15 mm/min以內(nèi)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.75～0.8 r/min。

2）刀盤(pán)破土?xí)r，原本的土壓平衡模式不復(fù)存在，取而代之的是非土壓平衡模式，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件更為特殊，必須由專員加強(qiáng)對(duì)洞口的觀察，視實(shí)際情況采取針對(duì)性的控制措施。破土?xí)r，推進(jìn)速度放慢至8～12 mm/min，此外，適度降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和推進(jìn)油缸壓力。

3）盾構(gòu)機(jī)接收指的是刀盤(pán)破土至到達(dá)接收架的階段，由推進(jìn)系統(tǒng)負(fù)責(zé)推進(jìn)作業(yè)，此階段速度穩(wěn)定在60～80 mm/min。

6 盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭及始發(fā)作業(yè)要點(diǎn)

1）拆除設(shè)備橋與主機(jī)的連接管線，解除兩者的連接關(guān)系；將設(shè)備橋臨時(shí)支架配套到位，焊接主機(jī)與接收臺(tái)；準(zhǔn)備頂升油缸支座，焊接至盾殼處；拆除固定支撐；頂升主機(jī)，安裝滾珠，適度降低接收臺(tái)的高度；安裝手拉葫蘆拉點(diǎn)，主機(jī)做多次平移和旋轉(zhuǎn)操作，順利進(jìn)入右線，在此前提下適當(dāng)向前移動(dòng)主機(jī)，準(zhǔn)確到位。

2）站臺(tái)內(nèi)鋪軌，設(shè)備橋接收、進(jìn)站；做旋轉(zhuǎn)和平移操作后，使設(shè)備進(jìn)入右線，經(jīng)精細(xì)化調(diào)整后精準(zhǔn)對(duì)接主機(jī)；液壓延長(zhǎng)管線連接；將皮帶、黏結(jié)皮帶安裝到位，完成設(shè)備橋配套裝置的安裝作業(yè)；連接電氣延長(zhǎng)管線。

3）調(diào)試盾構(gòu)機(jī)，檢驗(yàn)其運(yùn)行穩(wěn)定性、精度等，全面評(píng)估盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；將反力架、鋼負(fù)環(huán)安裝到位；左線端頭井接軌，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)入始發(fā)掘進(jìn)環(huán)節(jié)，此階段的裝置分布關(guān)系為“主機(jī)在右線、后配套在左線”，并配套適量的延長(zhǎng)管線，起到連接兩者的作用。

4）隨著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，待其始發(fā)掘進(jìn)達(dá)到53環(huán)后，需要安排延長(zhǎng)管線、端頭軌線、反力架、始發(fā)臺(tái)幾處的拆除作業(yè)；再將后配套接收架安裝到位，解列后配套拖車；調(diào)整各拖車的工作姿態(tài)，其中1號(hào)拖車做平移轉(zhuǎn)向操作，剩余的幾臺(tái)拖車有序調(diào)頭就位。經(jīng)前述操作后，依次連接拖車、后配套與設(shè)備橋、電氣及液壓管線、黏結(jié)皮帶，各部分均連接完成并且皮帶固化后，試運(yùn)行盾構(gòu)機(jī)，檢驗(yàn)其運(yùn)行狀態(tài)，若無(wú)異常則進(jìn)入正式掘進(jìn)環(huán)節(jié)。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，盾構(gòu)法因具有安全可靠、效率高等特點(diǎn)而在地鐵隧道工程中取得廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)本文有關(guān)工程實(shí)例的分析，闡述了地鐵隧道盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，同時(shí)充分關(guān)注盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)掘進(jìn)控制兩大環(huán)節(jié)，考慮到其特殊性，提出相應(yīng)的掘進(jìn)控制措施。在盾構(gòu)施工技術(shù)的妥善應(yīng)用下，各項(xiàng)工作能夠有效開(kāi)展，取得突出的應(yīng)用效果，由此說(shuō)明該工程采用的盾構(gòu)施工技術(shù)具有可行性，可供類似工程參考。