盾构始发试掘进施工技术探析

摘要：在地铁施工中，始发试掘进作为盾构工法的关键工序，不仅仅关系到周边建筑及施工的安全，而且还直接影响到施工的质量、进度、安全以及经济效益。文章依托厦门市轨道交通1号线一期工程盾构始发，通过对盾构始发施工的技术研究，重点介绍盾构分体、整体始发、试掘进关键技术。

关键词：盾构始发；试掘进施工技术；地铁施工；盾构机；轨道交通

中图分类号：TU941 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0089-04

随着社会的不断进步与发展，地铁的施工技术也逐渐进步，随着我国地铁掘进技术的发展，始发试掘进施工技术已经被我国的地铁界认可。现在多数城市的地铁施工都采用这种技术，始发试掘进作为盾构工法的关键工序，不仅仅关系到周边建筑及施工的安全，而且还直接影响到施工的质量、进度、安全以及经济效益。

1 工程概况

厦门市轨道交通1号线一期工程集美中心站～诚毅广场站区间起于集美中心站，沿在建纵八路南北敷设，经新洲路、下穿在建钟楼后到达诚毅广场站。区间南端局部位于在建市民公园，北端位于纵八路下，为单一断面，不含配线。沿线现状为在建公园、在建高层房屋，下穿有新洲路共同沟、钟楼。

2 盾构分体、整体始发

2.1 集美中心站～诚毅广场站场地设施布局

集美中心站～诚毅广场站区间施工设置施工队和项目部，施工队和项目部房屋本着安全适用、布局合理、标准统一的原则进行建设布置。

在车站北侧设置临时堆土区，在车站顶板处设置集土坑，用于盾构出土堆放；在车站顶板设置管片场和消耗材料区，用于满足盾构推进消耗；在盾构始发井西侧设置拌合站和砂场，用于满足盾构同步注浆。

2.2 盾构机选型

本区间盾构掘进范围内地基土主要<3-1-2>全新统冲洪积可塑状黏土、<3-4-3>全新统冲洪积砾砂、<11-1-3>残积硬塑状砂质粘性土、<17-1>全风化花岗岩层，由于其自立性差、透水性好，且有遇水软化特性，考虑地层的复杂性，盾构宜采用复合式盾构。可将盾构施工的地面变形控制在-3～+1cm范围内，满足环境保护

要求。

2.3 盾构始发

集美中心站～诚毅广场站盾构始发应进行的工作包括：端头井外土体加固，洞门改良后土体质量检查，安装盾构机发射架，盾构机下井前轨道铺设，盾构机就位、组装，安装反力架，洞门破除，安装洞门密封帘布橡胶板，盾构机验收，拼装负环管片，盾构机加压贯入作业面和掘进。

2.3.1 端头井外土体加固：诚毅广场站盾构始发前进行端头井加固作业，端头土体加固采用外侧三边素混凝土墙+内部三管旋喷桩进行加固，旋喷桩桩径800mm，咬合200mm，孔位偏差不得大于50mm，垂直度不得大于1%。内部设置3口管井+1口水位检查井，检查井必要时进行降水。

2.3.2 洞门改良后土体质量检查：加固后的土体有良好的均匀性、自立性、密封性，加固体无侧限抗压强度不小于0.8MPa，渗漏系数不大于10-7cm/sec始发之前进行取芯检验，位置选择有代表性的桩心和搭接处，数量取1%且不得少于3点。

2.3.3 安装盾构机发射架：盾构机组装前，依据隧道设计轴线与洞圈预埋钢环中心位置，定出盾构始发姿态的空间位置，根据联络通道及始发里程计算出首环管片的里程，并根据工作井的平面尺寸及首环管片的里程决定发射架的平面位置，然后反推出发射架的空间

位置。

2.3.4 盾构机下井前轨道铺设：（1）站台轨道铺设：根据前面确定发射架的中线位置，采用全站仪放样法在站台上分别确定台车轨道及电瓶车轨道的中线位置，然后铺设轨道加以固定，考虑到站台及发射架之间的高差，铺轨时加入了一个渐变的坡度。（2）发射架临时轨道铺设：为了便于台车及电瓶车吊装下井，事先得在发射架上铺设临时轨道以便和站台轨道连接上，台车、电瓶车吊装下井后于临时轨道上组装完毕再利用电瓶车动力拉入站台内。具体铺设时采用工字钢做T型支架，然后在上面直接铺轨，长度要求以台车在工作井内安全放置为宜。

2.3.5 盾构机组装、调试：

第一，集美中心站～诚毅广场站右线盾构始发采用分体始发，右线分体始发包括电瓶车下井：临时轨道铺设完成后，盾构机进场前，用吊车吊起电瓶车车头放到预先铺设好的临时轨道上，再吊装电瓶并进行组装，完成后由电瓶车司机操作驶入站台里。盾构机下井：盾构下井主要包含前盾、中盾、盾尾以及刀盘的安装，均在端头井内吊装、组装。每台设备吊装时必须有明确的岗位分工和岗位职责。各岗位作业人员必须遵守纪律，坚守岗位，服从指挥，各负其责。盾构吊装顺序：螺旋输送机下井及后藏、辅助轨道拆除→中盾下井及后移→前盾下井并与中盾连接→中前盾连接体前移→拼装机下井安装→盾尾下井→螺旋输送机安装→盾尾安装→连接体后移→刀盘安装。

第二，集美中心站～诚毅广场站左线盾构始发采用整机始发，整体始发包括：（1）电瓶车下井：临时轨道铺设完成后，盾构机进场前，用吊车吊起电瓶车车头放到预先铺设好的临时轨道上，再吊装电瓶并进行组装，完成后由电瓶车司机操作驶入站台里。（2）台车组装：台车吊装顺序：6号台车→5号台车→4号台车→3号台车→2号台车→1号台车→连接桥，台车吊下井后，用电瓶车将其拉入车站，然后用销子将其连接。（3）盾构机下井：盾构下井主要包含前盾、中盾、盾尾以及刀盘的安装，均在端头井内吊装、组装。盾体吊装顺序：螺旋输送机下井及后藏、辅助轨道拆除→中盾下井及后移→前盾下井并与中盾连接→中前盾连接体前移→拼装机下井安装→盾尾下井→螺旋输送机安装→盾尾安装→连接体后移→刀盘安装。每台设备吊装时必须有明确的岗位分工和岗位职责。各岗位作业人员必须遵守纪律，坚守岗位，服从指挥，各负其责。（4）调试：盾构机下井后立即进行调试，主要部件安装完毕后，进行各种管道及电缆的安装，注意不要错接、漏接。管道及电缆的安装完毕后，可以通电进行各系统的调试。调试工作按《盾构调试验收大纲》的规定进行，保证各系统的技术性能达到规定的指标。调试过程中，及时做好调试记录。

2.3.6 盾构机现场验收：盾构调试后，应进行盾构机的现场验收，以确保盾构机运转良好，验收主要项目包括盾构壳体、切削刀盘、拼装机、螺旋输送机、皮带运输机、同步注浆系统、集中润滑系统、液压系统、铰接系统、电气系统、渣土改良系统、盾尾密封系统。盾构各系统验收合格并确认正常运转后，方可开始掘进施工。现场验收时，应详细记录盾构运转状况、掘进状况，并进行评估，满足技术要求后，签认验收文件。

2.3.7 安装反力架：在盾构机组装调试完成后进行反力架安装加固，考虑到反力架加固及车站结构和后期出土空间，本次始发设计10环负环管片，并根据首环管片的里程，决定反力架的平面位置。撑钢管与钢板焊接牢固。

2.3.8 洞门破除：（1）洞口槽壁混凝土凿除前，先复核洞门中心坐标及高程，保证满足盾构机始发的要求；同时盾构始发口加固的土体，达到设计所要求的强度、渗透性、自立性等技术指标，经检测达到设计要求后，方可开始洞口槽壁砼的凿除。（2）洞口槽壁砼采用高压风镐凿除，凿除工作须分两层渐进，根据灌注桩厚度，先凿除其外层，外层凿除工作先上部后下部。钢筋及预埋件割除须彻底，以保证预留门洞的直径。

2.3.9 安装洞门密封帘布橡胶板：由于洞口与盾构（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降，因此，须在洞口安装始发装置，始发装置包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈。安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致，并用螺丝攻清理螺孔内螺纹，涂上凡士林。

2.3.10 拼装负环管片：

第一，集美中心站～诚毅广场站右线负10环至负3环采用半环拼装：（1）安装管片定位圆钢；（2）拼装落底块B2；（3）拼装标准块B1、B3；（4）负10环管片后移；（5）三角钢板半环加固；（6）拼装负9环管片；（7）洞门破除完成，盾构始发，拼装负8环至负3环管片。

第二，集美中心站～诚毅广场站左线负10环至负1环采用整环拼装：（1）安装管片定位圆钢；（2）拼装落底块B2；（3）拼装标准块B1、B3；（4）拼装邻接块L1、L2及封顶块F；（5）负10环管片后移；（6）钢丝绳单环加固；（7）拼装负9环负环管片；（8）洞门破除完成，盾构始发，拼装负8环至负1环管片。

2.3.11 盾构机加压贯入作业面和掘进：在这段区域施工时，土压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快，盾构坡度可略大于设计坡度，待盾构出加固区时，为防止由于正面土压变化而造成盾构突然“磕头”，必须将土压力的值设定成略高于理论值，并在推进时按工况条件在盾构正面加入泡沫剂，以改良正面的土体，施工过程中根据地层变形量等信息反馈，对土压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整。

3 试掘进施工

本区间掘进施工的土压平衡盾构的开挖土仓由刀盘、切口环、隔板、土压传感器及膨润土添加、泡沫注入系统组成。根据本区间隧道地层条件，需选择土压平衡模式进行本区间区间隧道的掘进。土压平衡掘进模式中土仓压力的保持首先需选定土仓压力，掘进过程中通过调整推进力实现推进速度控制、通过调整螺旋输送机转速实现出渣量控制。P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P=F·P0，F一般取1.0～1.3。掘进施工过程中土仓压力可根据试掘进时取得的经验参数并结合盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整与控制。地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对策

3.1 推进速度控制

为保持土仓压力的稳定，掘进速度必须与螺旋输送机的转速相符合，同时必须兼顾注浆，确保浆液能均匀填实管片与地层的空隙，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度控制推进油缸的推力。

3.2 出渣量的控制

每环掘进出渣量根据试掘进段取得的参数进行控制。出渣量控制可通过推进速度与螺旋输送机转速来实现。

3.3 姿态控制

姿态监控系统：盾构姿态监控可通过自动导向系统和人工测量复核进行盾构姿态监测。该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，拟每30～50m进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

3.4 纠偏措施

盾体侧滚纠偏：刀盘切削土体的扭矩主要是由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡，当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时将引起盾构本体的滚动。盾构滚动偏差可通过转换刀盘旋转方向来实现。

竖直方向纠偏：控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与盾构机姿态变化量间的关系非常离散，需要靠人的经验来掌握。当盾构机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的推力，当盾构机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力来进行纠偏。同时还必须考虑到刀盘前面地质因素的影响综合来调节，从而达到一个比较理想的控制效果。

水平方向纠偏：与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时应加大左侧千斤顶的推进压力，右偏时则应加大右侧千斤顶的推进压力，并兼顾地质因素。

3.5 方向控制及纠偏注意事项

在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。

根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，调整掘进方向时设置警戒值与限制值。当盾构姿态接近警戒值时就应该实行纠偏程序。

蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。

推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。

正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。

盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。

4 效益分析

与其他施工法相比，本工法施工场地占用小，适宜在全国各大城市的地铁施工中应用，对周围环境、交通影响小。与传统的施工方法相比，始发试掘进作为盾构工法的关键工序，不仅仅关系到周边建筑及施工的安全，而且还直接影响到经济效益，这种施工方法节省了材料设备，经济效益显著。

5 结语

盾构始发技术是盾构掘进技术比较关键点技术之一，在施工的过程中有效地控制始发的施工环节，在整个的施工过程中始发试掘进技术都是掘进施工的关键点。本文依托厦门市轨道交通1号线一期工程盾构始发，总结出如下：（1）根据施工现场实际的土质情况做好始发掘进参数的选取，做好测量控制防止出现偏差；（2）在破门后，盾构应该迅速与洞门土体衔接，防止出现塌方并及时架设反力架与始发台，确保掘进的安全和顺利；（3）在掘进的过程中应该控制推进速度、出渣量、姿态控制、纠偏，保证掘进的顺利进行；（4）为保证推进方向的准确可靠，每进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确；（5）盾构始发到达时应该进行纠偏和方向控制，应按照始发、到达掘进的有关技术要求操作施工，做好定位测量工作。

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作者简介：范验曾（1973-），男，山东单县人，中铁十二局集团第二有限公司工程师，研究方向：厦门轨道交通工程盾构始发试掘进施工技术（工法）。