城际轨道交通地下区间盾构施工工艺

卜红旗

(1.南京重大路桥建设指挥部，南京 210039；2.南京市地下铁道工程建设指挥部，南京 210039)

随着城市地下轨道交通建设的不断深入，盾构法以其安全、可靠、快速和环保等优点越来越收到人们的青睐[1-3]。由于地下管网和已建隧道越来越密集，盾构施工地质条件越来越复杂，使得盾构施工难度和风险越来越大。随着国内外专家的不断深入研究以及工程经验的积累，越来越多的盾构施工难题被解开，为盾构施工积累了大量的财富。本文结合宁和城际轨道交通一期工程天河路站～新梗街站区间盾构工程对盾构施工中最关键的盾构始发与接收施工技术进行了阐述，并详述了盾构在正常掘进过程中的施工工艺，希望能在类似工程中推广运用。

1 工程概况

宁和城际轨道交通一期工程线路全长约37.64 km，其中高架线23.04 km，地下线14.2 km，地面线0.1 km，敞开段0.3 km，共设18座车站。线路最大站间距12 331 m，最小站间距792 m。工程拟采用B型车，设计时速100 km/h。天河路站～新梗街站区间最小曲线半径R=350 m，左右线间距为13.5～18.5 m。区间全长1 537.40 m。盾构区间隧道左、右线采用2台土压平衡盾构机掘进。线路最大纵坡12.1％，最小纵坡10％。隧道拱顶覆土8.9～12.4 m。根据地下水赋存条件，场区地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，松散岩类孔隙水有孔隙潜水及孔隙承压水。工程平面示意图如图1所示。

2 正常段盾构掘进施工

在正常推进条件下，盾构推进的要点是控制土层损失率，防止引起的地面沉降影响周围建筑物和地下管线的安全。

(1)地面沉降控制(信息化动态施工管理)

每环推进过程中，严格控制土压力，波动范围控制在20 kPa以内，使切口正面土体保持稳定状态，以减少对土体的扰动程度。现场建立数字化监测信息交流系统，使盾构在推进过程中参数更为合理和准确，地面沉降在可控范围之内。

图1 工程总平面示意图

(2)盾构推进主要参数设定

盾构推进需进行土仓内土压力P、千斤顶推力F、刀盘转速n1、刀盘扭矩T、掘进速度V、注浆压力P2、注浆量V1、左右推进千斤顶行程差ΔS、盾构机俯仰角α、盾构机滚转角β、管片与盾尾的间隙δ～δ4等参数的设定。

(3)渣土改良

天河路站至新梗街站区间隧道断面涉及土层主要为砂层和淤泥质粉土，掘进过程中较容易产生“铁板沙”现象和螺旋机“喷涌”现象，在掘进过程中防止“铁板沙”现象和螺旋机“喷涌”的产生将是本工程的重中之重。

(4)盾构掘进方向控制

由于多种复杂因素的影响，包括地层不均、曲线隧道和隧道坡度变化以及盾构操控等，使得盾构推进实际轴线与设计轴线可能会产生一定的偏差。为防止实际轴线偏差超过一定限界使隧道衬砌侵限、管片局部受力恶化，在盾构施工中必须及时有效纠正掘进偏差。

(5)盾尾油脂的压注

为了能安全并顺利地完成隧道的掘进任务，配备良好的盾尾密封系统并切实地做好盾尾油脂的压注工作至关重要。本工程采用盾构机的盾尾密封系统具有良好的可靠性和耐久性，施工过程中可在各道密封刷之间利用自动供给油脂系统压注高止水性油脂，确保穿越河道、深覆土及岩层段掘进的止水可靠性。

(6)盾构管片拼装

本工程管片采用错缝拼装，每环隧道衬砌由6块预制钢筋混凝土管片(1块小封顶块、2块邻接块和3块标准块)拼装而成，成环形式为小封顶纵向插入式。管片在拼装过程中需要注意许多关键问题：如控制衬砌环面的平整度、环面的超前量、椭圆度、管片成环后的间隙等。具体控制措施如下：①先对管片的环面、端面进行清理，然后再进行防水橡胶条的粘贴，再对管片进行防水处理。②在管片拼装过程中要注意先清除盾尾处拼装部位的垃圾和杂物，第一块管片的定位十分重要，要确保定位精确。③管片拼装的姿态需根据管片的高程和平面的测量报表及管片间隙及时做出调整。④在一环管片拼装结束后，利用千斤顶控制到所需的顶力，进行下一管片的拼装，这样逐块进行完成一环管片的拼装。⑤在使用千斤顶时需注意当管片拼装完成后要及时调整千斤顶的顶力，防止盾构姿态突变。⑥自负环管片做起，需要一环一环的检查，严格控制管片环面的平整度，保证每块管片的环面不能凸出相邻管片，以免管片接缝处碎裂。⑦施工中为严格控制管片环面与隧道设计轴线的垂直，需要抽检管片圆环环面与隧道设计轴线的垂直度。⑧相邻环高差控制：管片在拼装过程中需要严格控制环高差，不超出允许范围。因为相邻环高差量的大小直接影响到建成隧道轴线的质量以及隧道有效断面。⑨成环管片纵、环向螺栓连接的紧密程度将直接影响到隧道的整体性能和质量。因此在每环衬砌拼装结束后需及时拧紧连接衬砌的纵、环向螺栓；在下一环推进过程中，利用千斤顶顶力的作用，复紧纵向螺栓；当成环管片推出车架后，再次对纵、环向螺栓进行复紧。

(7)同步注浆

由于管片的直径小于盾构的外径，但是在盾构的推进过程中管片与土体之间将产生建筑空隙。为了能控制盾构施工时对地面沉降的影响需及时填充这些空隙。所以采用盾构一边向前推进，一边对盾构产生的建筑空隙进行及时填充注浆的方法，即同步注浆法。

3 盾构始发与接收

盾构始发与接收是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工工艺的优劣将直接影响到建成后隧道或管道的轴线质量、始发与接收洞口处环境保护的成效及工程施工的成败。下面结合工程实际对盾构的始发与接收施工工艺提出一些建议。

3.1 盾构始发施工

3.1.1 洞门凿除

区间隧道围护结构均采用地下连续墙，在洞门加固取芯强度及抗渗指标满足设计要求及洞门样洞情况良好的条件下，对洞门进行凿除。在洞门凿除前，需要在洞门圈内打探孔，对洞门地基加固情况进行观察，根据实际情况开不小于9个探孔。探孔分布图如图2所示。只有当确定洞门外土体满足施工所需的自立性和止水性要求时方可凿除洞门[4]。

图2 探孔分布图

凿除洞门时先对地下连续墙进行分块，逐步凿除。现场洞门分块凿除情况如图3所示。

图3 凿除洞门

3.1.2 盾构始发

为避免盾构推进过程中刀盘损坏洞口密封装置，可在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。当确定刀盘旋转时不会影响到止水装置以及洞圈上布置的导向轨时，并且盾构刀盘即将靠上正面土体时，方可旋转刀盘使盾构推进建立正面初始平衡。

为保证盾壳顺利进入洞圈，及盾构在前移的过程中盾壳与基座(发射架)接触良好。盾构千斤顶在使用过程中要注意千斤顶的使用基本以下部为主，且千斤顶行程差值需基本保持不变。

3.1.3 检查洞口止水装置

在盾构刀盘靠上洞圈之前需再次检查洞门止水密封装置的效果，确保盾构始发安全。

3.1.4 穿越围护结构和加固区

盾构穿越围护结构和加固区时需注意如下几点：

(1)加密测点并加强监测频率。

(2)根据盾构切削范围及各土层特性严格控制出土量，保持在切削方量的98％～100％为宜。

(3)盾构推进速度宜控制在1 cm/min以内，确保盾构顶进压力及刀盘扭距不至于太大，影响盾构机性能。同时根据需要在盾构正面加入膨润土等，以改良正面的土体。

(4)结合沉降报表和其它施工参数进行分析、调整土压力。

(5)在盾构施工中根据地面监测信息的分析，结合推力、推进速度和出土量以及千斤顶的编组等之间相互关系，为了减少盾构推进对土体的扰动需控制一次纠偏的量，保持盾构推进坡度的相对平稳。

(6)当负环管片脱出盾尾后，周围无约束，在推力作用下易发生变形，为此需采取必要的加固措施(如加横向临时支撑)。

(7)千斤顶总推力控制在适当的范围内，不应超过反力架的设计荷载。

(8)盾构机进入洞门圈时，密切注意洞圈止水装置是否完好，必要时对其采取补加固措施，确保密封效果。

(9)安装负环管片时，保证管片和盾构机下部的合理间隙。为保证盾尾密封效果需保证盾尾油脂的压入量和均匀性。

(10)在进行初始注浆时，注浆压力的设定即需要保证地面沉降在可控范围内，也要考虑洞门密封装置的承压能力。

3.1.5 封堵洞门

当盾尾脱离始发井或车站内壁结构时，进行洞门封堵。即将洞门圈钢板、铰链板与洞口环管片背覆钢板焊接，为防止土体从间隙中流失使地面塌落需保证洞圈止水装置和管片粘结成整体[5-6]。同时，在控制注浆压力的情况下通过洞门预留注浆孔压注止水材料。

3.2 盾构接收施工

3.2.1 盾构接收井准备

盾构接收井施工完成后，当接收井内封堵材料准备就绪，盾构接收基座安装完成及洞门位置测量确认后，进行盾构接收。

(1)盾构基座安装

根据盾构破除洞门的实际方位，对盾构基座位置进行精确放样。将基座吊入井下并按照测量放样的基线及设计的坡度就位拼装、焊接。基座就位后进行支撑加固，保证盾构基座的整体稳定性。

(2)洞圈止水装置安装

预先在洞圈上安装洞圈止水装置，确保其牢固。

(3)导向轨安放

为了使盾构接收时有良好的导向，防止盾构进入洞圈后产生磕头现象，在洞圈底部安置2根导向轨，超前导向轨道面应略微高于弧形止水钢板。并与盾构基座上的两根导向轨联成整体。

(4)洞圈注浆球阀的布设

为防止盾构接收时泥浆泄露，及时在渗漏点压注双液浆，需在洞圈周围布设6～8个注浆球阀。为了加强注浆效果，注浆球阀后端连接一定长度的1.5寸钢管深入至内道花纹钢板。另外，盾构接收完成封门时，需在隧道内管片壁后注浆，此时注浆球阀还将起到检验洞圈注浆效果作用。

(5)洞圈清理

由于在洞圈内外侧需焊接洞门止水装置及封洞门的弧形钢板等，因此洞圈必须清理干净，确保钢洞圈能与其它铁质装置牢固焊接。

3.2.2 进洞段推进要点

(1)盾构姿态的复核测量

为使盾构以良好的姿态准确就位在接收基座上，要做好盾构贯通前的测量工作：复核盾构所处的方位、确认盾构姿态。盾构接收前的复核测量工作也是拟定盾构进洞段的施工轴线、推进坡度和施工方案等的重要依据。

(2)管片连接

最后10环管片的纵向螺栓用槽钢连接，以防盾尾在脱出管片后，管片环与环之间间隙被拉大，造成渗水或漏泥。

(3)最后10 m的注浆施工

当盾构切口位置离槽壁约8 m时，开始通过盾构机切口环周边的6个注浆孔对外部土体进行注浆，以提高此范围内的土体强度。

3.2.3 盾构接收

在盾构机刀盘破除洞门混凝土后，盾构应尽快推进并拼装管片，尽量缩短盾构接收时间。视洞圈渗漏情况采取不同的施工措施。

(1)若最后一环环管片留在洞圈内。当特殊管片脱出盾尾后，用预先加工的弧形钢板将特殊管片的端面钢板和钢洞圈焊接并注浆。

(2)若最后一环环管片部分伸出洞圈。特殊环管片脱出盾尾后，先将扇形插板插下，紧贴管片外弧面，并焊接牢固，再用双快水泥封闭管片与钢板间的空隙，洞圈注浆采用单液浆(水泥浆)压注。

盾构接收时，如发现渗漏，应以封闭管片与洞圈的间隙为主，并根据实际情况制定相应的措施。在渗漏的过程中，必要时可以压注聚氨脂防水。洞门封闭完成后，再进行注浆加固稳定隧道。

如出现洞圈有一定的渗漏或渗漏较为严重，会影响周边环境时，可采用二次进洞的方案。即当盾壳尾部即将脱离加固区时进行第一次封门，然后进行壁后注浆保证进洞加固段的密封性，确保第二次进洞时的安全性。

4 结束语

本文就盾构掘进始发、接收以及正常段掘进施工工艺进行了阐述，提出了在每个施工阶段的关键点和风险点，并提出了相应的控制措施，为类似工程的盾构施工提供了必要的施工工艺流程。希望今后能类似工程提供参考。

【参 考 文 献】

[1]刘金成，谭健妹，徐瑞华.区域城际轨道交通网络与空间结构适应性评价指标体系研究[J].公路工程，2013，38(3)：137-139+143.

[2]张庆贺，唐益群，杨林德.隧道建设盾构进出洞施工技术研究[J].地下空间，2004，6(1)：124-157.

[3]杨太华.越江隧道大型泥水盾构进出洞施工关键技术[J].现代隧道技术，2005，4(2)：74-89.

[4]赵 骏，戴海蛟.盾构法隧道软土地层盾构进出洞施工技术[J].岩石力学与工程学报，2004，7(1)：110-126.

[5]田 松.盾构机施工法在地铁工程中的设计与应用[D].成都：西南交通大学，2006.

[6]吴 韬.大型盾构进出洞技术及加固土体受力机理分析[D].上海：同济大学，2006.