劉振國

中交一公局第三工程有限公司 北京 101102

1 工程實例中軟土地層概況

本工程區(qū)間隧道在里YCK18+187.000～YCK18+341.000處雙線正下穿繞城高速路基段，最小豎向凈距約23.8m。盾構(gòu)穿越過程中施工重、難點如下：

（1）本風(fēng)險源段高速公路為低路堤，由于穿越段路基是在軟土地層填筑而成，對沉降敏感度較高，隧道上方土體易在盾構(gòu)掘進(jìn)的擾動、由路基傳遞至基底原狀土的車輛動荷載及路基土自重引起的恒荷載的結(jié)合作用下產(chǎn)生較大沉降。進(jìn)而引起路基沉降和路面開裂等情況；

（2）穿越繞城高速時盾構(gòu)機及其他配套設(shè)備的運行狀況是影響盾構(gòu)正常掘進(jìn)的一大因素；

（3）盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及同步注漿量控制直接影響著盾構(gòu)上方土體的沉降、隆起情況。

2 盾構(gòu)法隧道軟土地層盾構(gòu)進(jìn)出洞施工技術(shù)

2.1 穩(wěn)定正面土體

2.1.1 洞口狀況調(diào)查

大同站（原順風(fēng)村站）～石羊站盾構(gòu)區(qū)間隧道在里程YCK18+918.600～YCK18+977.00處雙線下穿地鐵9號線正線及入場線，最小豎向凈距為3.278m，穿越地層為中風(fēng)化泥巖。9號線正線外徑為6.7m，內(nèi)徑6m的盾構(gòu)隧道，入線外徑6m，內(nèi)徑5.4m區(qū)間的盾構(gòu)隧道，目前已經(jīng)洞通。

考慮到隧道埋深較淺，盾構(gòu)機采用泥水平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)機配置兩臺ZWG-16/30型泥水平衡式盾構(gòu)機，其總推力約為8.14 kN，刀盤扭矩為8300N·m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，盾構(gòu)機在進(jìn)入洞門前進(jìn)行了空載試驗，時總推力為3263.48 kN，刀盤扭矩為4356N·m，在進(jìn)出洞過程中，刀盤扭矩一直在8300N·m左右波動，同時盾構(gòu)機在進(jìn)入洞口前未進(jìn)行同步注漿[1]。

2.1.2 對洞門外土體進(jìn)行加固或穩(wěn)定處理

（1）降水

在隧道開挖前，必須對盾構(gòu)進(jìn)出洞處的前方土體進(jìn)行加固處理，通常采用地面降水的方式對其進(jìn)行加固。地表降水是利用井點系統(tǒng)和井點降水井，在井點系統(tǒng)上埋設(shè)管道，使地下水從井點系統(tǒng)的井中排出，達(dá)到降低地下水位的目的。根據(jù)降水深度、結(jié)構(gòu)的不同，可以采用井點系統(tǒng)法進(jìn)行降水。在開挖隧道前，先在隧道周圍布置一圈直徑約為30m的井點系統(tǒng)，并通過一根直徑約為3m的出水孔將水排至地面。井點降水井的深度不小于10m，并將出水管線埋入地下，在井點降水井的頂部設(shè)置集水坑，利用水泵將地下水抽至集水坑中，再由集水坑中的管道將地下水排至地面。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，可采用潛水泵抽水，將地下水排至地面。

（2）地基加固

根據(jù)已有的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計資料，結(jié)合本工程現(xiàn)場實際情況，在盾構(gòu)機推進(jìn)至距隧道洞口約50m范圍內(nèi)，采用高壓旋噴樁對隧道洞口及洞門土體進(jìn)行加固。

旋噴樁加固范圍包括：隧道洞口四周30m范圍內(nèi)的土體；在地表設(shè)置鋼筋混凝土支撐，支撐采用50 cm×50 cm的方木，支撐間距為30m；在地表設(shè)置20 cm×20 cm的混凝土墊層。加固完成后，在隧道洞口及洞門土體外側(cè)施作一圈混凝土樁板進(jìn)行加固。由于本工程的特殊性，盾構(gòu)機采用了小直徑螺旋鉆機進(jìn)行土體開挖，螺旋鉆機最大鉆進(jìn)速度為5m/min，最大扭矩為350 kN·m。

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，當(dāng)螺旋鉆機在洞門范圍內(nèi)連續(xù)鉆進(jìn)時，應(yīng)采取以下措施：①采用人工配合風(fēng)鎬開挖；②對于較大的地層應(yīng)分次開挖，每次開挖厚度控制在30 cm左右；③對盾構(gòu)機進(jìn)出洞門位置的地層采取有效加固措施。

采用小直徑螺旋鉆機對盾構(gòu)進(jìn)出洞門地層進(jìn)行加固后，對土體進(jìn)行了三軸攪拌樁加固，并在洞門上方設(shè)置鋼筋混凝土支撐。旋噴樁和鋼筋混凝土支撐均采用50 cm×50 cm的方木，支撐間距為30m，并且采用C25混凝土進(jìn)行澆筑。施工前根據(jù)實際地層情況設(shè)置好各層旋噴樁的漿液配比、注漿壓力和注漿量，并通過試驗確定各項參數(shù)。

2.1.3 對井內(nèi)或洞門口采取的措施

（1）外封門形式

針對不同的井身結(jié)構(gòu)，采用不同的封門形式，采用了以下封門形式：

①平移式封門：盾構(gòu)掘進(jìn)至與井內(nèi)頂板設(shè)計位置時，在井身結(jié)構(gòu)底部設(shè)置外封門，外封門與地面頂板平移90°，再利用管片施工時預(yù)留的預(yù)留孔及管片外口封堵板對管片進(jìn)行封堵。

②組合式封門：盾構(gòu)掘進(jìn)至與井內(nèi)設(shè)計位置時，在井身結(jié)構(gòu)底部設(shè)置組合式封門。該封門形式施工工藝要求：1）盾構(gòu)掘進(jìn)至井內(nèi)設(shè)計位置，在井身結(jié)構(gòu)底部設(shè)置一道臨時封門，封門與地面頂板平行；2）管片施工時預(yù)留的管片外口封堵板對管片進(jìn)行封堵；3）盾構(gòu)掘進(jìn)至與井內(nèi)設(shè)計位置時，采用鋼管支撐進(jìn)行支撐[2]。

③井內(nèi)采用鋼板樁封死。該封門形式施工工藝要求：1）基坑開挖至底板后，在井內(nèi)設(shè)置兩道混凝土固定梁，并將井內(nèi)所有結(jié)構(gòu)封閉，形成一道臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)；2）在臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)采用C30混凝土進(jìn)行封固，并采用鋼支撐進(jìn)行支撐；3）施工中嚴(yán)格控制封門后的地下水，采用降水設(shè)備對井內(nèi)進(jìn)行降水；4）封門施工完畢后進(jìn)行基坑開挖，開挖完成后及時拆除臨時圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鋼支撐。

（2）內(nèi)封門形式

內(nèi)封門形式一般由兩種結(jié)構(gòu)組成：在盾構(gòu)機艙蓋上設(shè)置的門結(jié)構(gòu)和在井內(nèi)設(shè)置的門結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用內(nèi)封門形式時，應(yīng)根據(jù)地面和地下工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等因素進(jìn)行分析，對其結(jié)構(gòu)形式、強度及穩(wěn)定性等進(jìn)行驗算。盾構(gòu)機艙蓋內(nèi)封門結(jié)構(gòu)形式一般為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，施工前應(yīng)對其進(jìn)行加固，加固方式一般有兩種：①注漿加固；②注漿加固體。根據(jù)現(xiàn)場情況，確定采用哪種方式進(jìn)行加固。由于盾構(gòu)機正面土體的穩(wěn)定性較差，為確保盾構(gòu)機正面土體的穩(wěn)定，通常采用注漿加固體形式。注漿加固體分為：注漿體、注漿管、注漿孔和止水塞等。

2.2 基座設(shè)置

2.2.1 基座設(shè)置前的準(zhǔn)備

基座的設(shè)計尺寸應(yīng)與隧道中線控制點的位置一致，但基坑開挖完成后，在基坑開挖面范圍內(nèi)設(shè)置基座時，應(yīng)考慮到該基座是為了解決盾構(gòu)進(jìn)出洞時的側(cè)向支撐而設(shè)置的，其結(jié)構(gòu)強度不應(yīng)小于其所受豎向荷載，設(shè)計應(yīng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，同時設(shè)置在基坑開挖面以下?；闹误w系應(yīng)能承受盾構(gòu)進(jìn)出洞施工過程中的側(cè)向力；基座基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)片應(yīng)采用間距為400 mm×400 mm的鋼筋網(wǎng)片；基座底部及兩側(cè)鋪設(shè)厚度不小于100 mm的C25混凝土墊塊；基座底部及兩側(cè)設(shè)置縱向及橫向盲溝，以方便進(jìn)行盾構(gòu)進(jìn)出洞期間的地面降水作業(yè)[3]。

2.2.2 基座軸線測定

（1）用全站儀進(jìn)行基座中心軸線的測定，在隧道出口及進(jìn)出口處設(shè)3個全站儀測量點，并在進(jìn)出洞洞口的直線段和曲線段設(shè)置4個點位，分別為：A、B、C、D。

（2）測量方法：采用全站儀對3個測點進(jìn)行坐標(biāo)測量，然后用軟件對測量結(jié)果進(jìn)行擬合，得到A、B、C、D點的坐標(biāo)。

（3）采用全站儀對3個測點進(jìn)行坐標(biāo)測量，然后將擬合結(jié)果帶入3個測點的坐標(biāo)中，根據(jù)3個測點的坐標(biāo)計算出3個測點的實際位置。

2.2.3 導(dǎo)向軌設(shè)置

根據(jù)測量結(jié)果，確定出基座安裝軸線，在盾構(gòu)進(jìn)出洞段采用水平鋼導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，可有效避免因水平導(dǎo)軌不垂直而產(chǎn)生的盾構(gòu)姿態(tài)偏差。

（1）確定出基座安裝軸線后，首先在進(jìn)出洞段采用水平鋼導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，對安裝過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對導(dǎo)軌長度進(jìn)行調(diào)整。將出、入洞段導(dǎo)向軌的兩個端頭與基座的預(yù)留鋼軌進(jìn)行焊接，焊接完成后再將出、入洞段導(dǎo)向軌與基座進(jìn)行焊接，這樣可有效避免因?qū)蜍壎祟^焊接位置不在同一平面內(nèi)而產(chǎn)生的水平導(dǎo)軌不垂直問題。

（2）設(shè)置水平鋼導(dǎo)軌前需先將基座中預(yù)留的鋼軌按照要求進(jìn)行打磨、焊接及防腐處理，處理完成后再根據(jù)測量結(jié)果確定出導(dǎo)向軌長度。鋼軌焊接完成后，將出、入洞段導(dǎo)向軌焊接于基座中預(yù)留的鋼軌上，水平鋼導(dǎo)軌與出完成后再將其與基座焊接，這樣可有效避免因出、入洞段導(dǎo)向軌不在同一平面內(nèi)而產(chǎn)生的水平導(dǎo)軌不垂直現(xiàn)象。

（3）安裝水平鋼導(dǎo)軌時應(yīng)注意以下幾個方面：①將導(dǎo)向軌兩端焊接于基座中預(yù)留的鋼軌上；②在安裝過程中應(yīng)隨時檢查，確保其垂直度滿足要求；③按要求對其進(jìn)行防腐處理。

2.3 后座設(shè)置

2.3.1 后靠

在盾構(gòu)進(jìn)出洞施工過程中，后靠的設(shè)置需根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行合理布置，既能滿足盾構(gòu)的正常推進(jìn)，又能對地表沉降起到有效控制。

本區(qū)間采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，故在盾構(gòu)的推進(jìn)方向上有一對斜井。為避免盾構(gòu)機在斜井內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時滿足盾構(gòu)推進(jìn)的需要，在斜井內(nèi)設(shè)置后靠。后靠采用H型鋼焊接而成，主要作用是使盾構(gòu)機在推進(jìn)方向上能保持水平、穩(wěn)定的狀態(tài)，并通過自身的連接螺栓與后靠橫梁連接。后靠橫梁采用Φ200 mm×10 mm鋼筋焊接而成，在每節(jié)后靠中間部位預(yù)留1m左右的空間，便于安裝后靠橫梁，連接螺栓為Φ70 mm×10 mm的高強螺栓，采用雙螺母緊固。后靠橫梁安裝在斜井內(nèi)，可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，每節(jié)后靠均需進(jìn)行預(yù)拼裝，每節(jié)后靠的兩個端頭均需設(shè)置連接螺栓，為Φ60 mm×10 mm的高強螺栓，連接螺栓采用雙螺母緊固。后靠安裝完成后需進(jìn)行相應(yīng)的檢查與調(diào)整，保證其水平度和垂直度符合要求[4]。

2.3.2 頂力傳遞

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，為防止盾構(gòu)盾尾與掌子面間的相對位移，需根據(jù)盾構(gòu)的推進(jìn)速度控制好土倉壓力，即以掘進(jìn)速度為主要控制指標(biāo)。由于本工程采用的是小直徑盾構(gòu)機，且對土倉壓力的要求不高，故以掘進(jìn)速度為主要控制指標(biāo)。

當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)到某一環(huán)（即盾構(gòu)進(jìn)出洞）時，需通過人工的方式來控制盾構(gòu)機的前進(jìn)方向，即通過測量人員在盾構(gòu)機頭上方架設(shè)千斤頂來調(diào)整盾構(gòu)機頭向線路方向的推進(jìn)速度。具體做法為：將一臺小型千斤頂安裝在機頭上方，并用鋼繩固定在機頭上，將另一臺千斤頂安裝在機頭后方，并用鋼繩連接兩臺千斤頂。

鋼繩通過連接的兩臺千斤頂之間的連接處連接，當(dāng)千斤頂與鋼繩連接后，將千斤頂安裝在鋼繩上，使其受力均勻，以保證千斤頂受力均勻。千斤頂安裝完成后，將千斤頂?shù)膬蓚€支點之間的距離調(diào)整至合適的距離，即中間距離約為1.2m左右。

盾構(gòu)進(jìn)洞時，測量人員在千斤頂后方鋪設(shè)一塊枕木，枕木之間用鋼絲繩連接并固定在鋼軌上。盾構(gòu)推進(jìn)到設(shè)定的位置后，測量人員通過測量儀器記錄盾構(gòu)的推進(jìn)速度、土倉壓力、出土量等信息。當(dāng)盾構(gòu)機到達(dá)指定位置后，測量人員通過觀察鋼軌上的讀數(shù)變化情況來判斷盾構(gòu)的掘進(jìn)速度是否符合要求。

2.4 洞口間隙密封技術(shù)

2.4.1 出洞時間隙密封

為確保盾構(gòu)進(jìn)出洞期間的隧道安全，必須在盾構(gòu)機掘進(jìn)過程中對洞口間隙進(jìn)行密封，以確保盾構(gòu)機安全通過。針對本工程洞口的地層特性，盾構(gòu)機在掘進(jìn)過程中采取以下措施進(jìn)行洞內(nèi)密封：

（1）掘進(jìn)過程中對盾構(gòu)機進(jìn)行跟蹤觀測，判斷盾構(gòu)機的掘進(jìn)姿態(tài)，保證掘進(jìn)方向與隧道軸線一致，避免出現(xiàn)偏磨。

（2）對盾構(gòu)機進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機處于良好的工作狀態(tài)。在盾構(gòu)機掘進(jìn)過程中，每隔2個小時檢查一次盾構(gòu)機的各項參數(shù)，如刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、出土量、土艙壓力等，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理，確保盾構(gòu)機各項參數(shù)正常。通過盾構(gòu)機參數(shù)監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)問題，保證隧道安全。

（3）在盾構(gòu)機出洞前提前對管片進(jìn)行拼裝，防止管片錯臺；盾構(gòu)機出洞前進(jìn)行管片拼裝檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理；在盾構(gòu)機出洞時進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2.4.2 進(jìn)洞時間隙密封

（1）盾構(gòu)推進(jìn)至距離洞口約30～40m時，調(diào)整刀盤中心距洞口的距離，將刀盤中心距洞口的距離控制在20～25m，以保證盾構(gòu)在進(jìn)入洞門口后與地面保持一定的間隙。

（2）采用3臺全斷面注漿管片（約8環(huán)），從盾尾后注漿孔向洞口后方10～20m范圍內(nèi)注入水泥基注漿液進(jìn)行注漿加固，注漿材料為水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿。

（3）在距離洞口20～30m范圍內(nèi)，沿盾尾后注漿孔向洞門口附近開挖2～3個直徑約為300 mm的小注漿孔，安裝注漿管路，開始注漿施工。

（4）當(dāng)盾構(gòu)通過洞門時，立即停止注漿施工，并將注漿管路的閥門關(guān)閉。

（5）在盾構(gòu)通過洞門后，進(jìn)行地表沉降觀測，測量地表沉降。當(dāng)?shù)乇沓两当O(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值時，立即停止注漿施工，并將注漿管路閥門關(guān)閉。

（6）在盾構(gòu)通過洞門后，對盾構(gòu)管片進(jìn)行切割，同時對洞口進(jìn)行密封處理[5]。

3 結(jié)束語

總而言之，盾構(gòu)法隧道進(jìn)出洞施工是盾構(gòu)法隧道施工過程中的重要環(huán)節(jié)，直接影響隧道工程的質(zhì)量與安全，應(yīng)采取有效的技術(shù)措施加以控制。本文以成都軌道交通30號線一期工程土建二工區(qū)（1分部）大同站～石羊站區(qū)間為例，通過分析盾構(gòu)機姿態(tài)及地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，對盾構(gòu)進(jìn)出洞施工過程中的姿態(tài)變化進(jìn)行了研究，提出了一系列的關(guān)鍵技術(shù)措施，保證了盾構(gòu)機姿態(tài)與地面沉降的協(xié)調(diào)性。并且通過對進(jìn)出洞施工過程中地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，結(jié)合盾構(gòu)機姿態(tài)及地面沉降情況，對進(jìn)出洞施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。