盾构平衡始发与到达施工技术解析及风险控制对策

冯明辉 中铁七局集团武汉工程有限公司

在地铁隧道建设的过程中，使用盾构法施工具有以下几种优势：高度机械化的施工设备、对周围环境的破坏小、施工安全系数高而且施工效率快。盾构始发与到达是整个地铁隧道盾构施工中所需承担风险较大的环节，只有全面分析该环节面临的各种风险，并为之制定相关的解决对策，才能保障隧道建设的安全稳定性，进而提升整个工程的建设质量。

1.工程概况

某地铁站所需修建的双线隧道长度可达到830.19m，整个施工区间采用盾构施工技术。始发地点设立在隧道的南端，位于左线区，到北端之后紧跟着掉头驶入右线区，这也是第二次始发的地点。之后转入北端，参照上述施工路线。

2.盾构平衡始发与到达施工技术

2.1 密闭始发与到达

如图1所示，密闭始发到达工作的原理实质上是借助于盾构的始发与到达的平衡作用，将密封性能良好的钢套筒或者是钢套筒钢筋混凝土箱体埋设在盾构的始发和到达的洞内，由此增强盾构机的始发和到达拍的密封指数，进而延长盾构的始发与到达的路程，使之可以正常的进洞、出洞，避免影响施工进度。

当地质条件并不允许常规端头加固的方式来分担盾构施工始发与到达的风险时，可以使用这种方式。此外当加固施工没有适当的施工场地或地下管线较多时，也适合用上述方法。

图1 密闭钢套筒

2.2 水土中始发与到达

如图2所示，水土中始发与到达的工作原理依然是平衡，主要是确保洞内和洞外之间的水土压力可以达到平衡状态。一般情况下会采用如下的三种方式来实现：（1）浇筑钢筋混凝土墙，其浇筑的位置选在盾构施工的井内；（2）采用恰当的隔离方式进行隔离；（3）回填砂、土，其回填位置也选在盾构施工的井内。这样一来就避免出现盾构机进洞或出洞时所带来的涌水涌沙现象，提升盾构施工的安全系数。

图2 盾构机示意图

该方法具体的操作流程如下所述：（1）将导台设置在盾构机始发的井内，并与车站进行隔离，同时浇筑好混凝土墙，修建一座反力墙；（2）下井之后组装好盾构机，并对其进行调试，上述步骤完成之后开始第一环负环管片的安装，在盾尾推出该管片之后，使之和混凝土墙相连，并做好密封；（3）凿除始发的洞门，在洞门的掌子面处放置盾构机的刀盘装置，之后用砂、土回填材料，再用混凝土盖板对水土进行隔离；（4）利开启盾构机的同步注浆系统，对管片的内部和壁后部位进行同步注浆；（5）上述步骤完成之后，盾构机掘进工作开始展开，随着掘进的深入也产生了土舱压力，确保其掘进状态正常。

3.盾构平衡始发与到达风险及技术控制

3.1 密封失效

密封风险的表现情况综述如下：（1）钢套筒本身的缺乏严谨的密封性能；（2）缝隙导致的，其位置在于钢套筒和洞门预埋环板或负环管片之间；（3）接缝密封不严实引起的，主要是混凝土箱体和施工井内的接缝处。上述问题可能导致筒体或箱体的压力向外泄露，造成水土压力失衡，进而引发地表产生沉降，严重会产生塌陷。

对应的技术控制手段如下所述：（1）将钢套筒进行分块，在各块的连接处添加橡胶垫圈，及时修复螺连接面的变形部位，检查其数量是否有缺失。（2）增设预压千斤顶，其位置设立于反力架和环梁之间。该设备可以施加预压，可以使得钢套筒与洞门环板之间贴合更为紧密。但需对洞门环板的受压状态进行实时监控。（3）在环梁和负环管片的连接部位增加止水橡胶圈，密封时使用双液浆将缝隙处理妥当。

3.2 洞门凿除

没有加固的端头会在洞门凿除时，随着工程的推进，洞门逐渐变薄从而无法受住来自于门外的水土压力，导致有可能出现渗漏或坍塌。

对应的技术控制手段如下所述：（1）玻璃纤维筋是洞门维护的主要材质，使用盾构机的破岩功能凿除洞门。（2）当盾构机没有破岩功能时，增设加固体用来抵抗来自门外的水土压力。

3.3 盾构机栽头

盾构机栽头，可能出现钢套管的拉裂，造成渗漏。对应的技术控制如下所述：（1）在掘金轴线的中心处，超出实测洞门中心的20～30mm的距离作为盾构机进洞的高度。（2）顶推托轮组可安装在接收的钢套筒内，便于在施工中及时调整掘进姿态。

3.4 钢套筒或混凝土箱体拆除

在这一环节施工过程中，如果注浆无法达到密实程度，也不饱满时，很容易在洞门的地方增加涌水涌砂风险。可采取如下的技术控制手段来规避风险：（1）加大同步注浆量，注意施工时机。最好选在盾构机快要到达洞门或到达洞门的时间段，再使用双液浆填充管片的空隙处。（2）注入双液浆，其施工位置选在洞门口的地表处，待止水注浆施工之后，观察是否还存有渗漏，若有，则继续注浆，直到没有渗漏为止。之后可执行拆除施工。

4.水土中始发与到达风险技术措施

4.1 水土压力不平衡

当洞内的水土压力无法与盾构井内的回填厚度维持平衡状态时，有可能会出现地表的沉降或坍塌的风险。技术控制如下所述：（1）计算出盾构机的进洞、出洞产生的水土压力值，使之小于标准范围内回填的厚度或水深状态下产生的压力值；（2）填充砂、水之前需注意材料的密度是否符合规范的要求。

4.2 盾构机破除洞门

破除洞门的车站围护结构是水土中始发与到达施工的必经环节。其风险参照3.2节所述。

技术控制内容如下所述如下：（1）玻璃纤维筋是洞门维护的主要材质，使用盾构机的破岩功能凿除洞门。（2）在施工之前要确保整个刀具的各项指标符合规定要求，尤其是检查边缘滚刀，使之工作性能处于良好的状态，以免出现卡刀盘，使得扭矩变高。

4.3 工作井土方开挖

在这一环节施工过程中，如果注浆无法达到密实程度，也不饱满时，很容易在洞门的地方增加涌水涌砂风险。可采取如下的技术控制手段来规避上述风险：（1）在盾构机的进洞、出洞的时间段控制好同步注浆量和注浆压力，并随时参照周边的地层产生的空隙比调整注浆量。当上述参照指标较大时，注浆量应是正常状态下的1.8～2倍左右，在注浆中，土舱的压力要始终大于注浆的压力。（2）将双液浆注入到洞门位置的地表，以此来增强洞门的止水能力。（3）抓好使用小型机械或人工开挖的时机，一般说来，当工作井内回填土到洞门时就可使用上述施工方式进行继续开挖施工。

5.结束语

综上所述，本文所介绍的盾构平衡技术是在无法在端头加固施工的前提下，确保盾构设备在水土压保持平衡的状态下开始掘进施工的一种区别于传统盾构施工的技术。这种施工技术可以有效地应对盾构机始发与到达施工的产生的风险，具有重要的研究推广价值。