地铁盾构掘进机施工技术分析

李金鑫LI Jin-xin；符卫东FU Wei-dong

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450000）

0 引言

随着我国城市城市建设工作的不断推进，城市轨道交通建设工程大幅增加，为满足地下工程施工质量要求，地跌盾构掘进机被广泛应用在城市地跌施工中。城市地铁施工复杂，在地下掘洞时会遇多种多样地质结构，需穿过建筑群的地下施工时常发生，对地铁工程施工标准要求更加严格，为保障上层建筑群的安全性与稳定性，应强化地铁盾构掘进机的施工技术水平，最大程度减少地铁施工质量问题的出现。基于此，本文以深圳地铁12号线一期工程土建施工五工区洲石路站-钟屋站区间线路施工为例，分析地铁盾构掘进机施工技术的施工难点与重点，满足地下工程施工质量需求。

1 工程概述

洲石路站～钟屋站左线起点里程为ZCK21+969.716，终点里程为ZCK23+487.729，左线隧道长1519.973m（含长脸1.960m）；右线起点里程为YCK21+969.716，终点里程为YCK23+487.735，右线长1518.019m。

洲石路站～钟屋站隧道区间顶板深埋11.4～28m，最大纵坡为29‰，隧道右CK22+460.000处设有联络通讯道一座，最低点右CK22+950.000处设有联络通道及水泵房一座，二者俱采用矿山法施工；根据总体施工计划，洲石路站～钟屋站线路区间，由洲石路站始发下穿多栋钟屋工业区厂房及黄田钟屋人行天桥后，沿广深公路敷设，下穿黄田人行天桥，到达钟屋站。

2 施工周边环境

2.1 地形地貌

洲石路站～钟屋站线路区间始发洲石路站，需沿西北方向掘进，再沿西向掘进，将经过钟屋工业区24栋、52栋、60栋、49栋、46栋、48栋、13栋，侧穿61栋、50栋、45栋、12栋，在穿黄田钟屋人行天桥，沿北向广深公路至钟屋站。地形大致平坦，横跨区间的管线主要有埋深2.65m的给水管（砼Ø600），埋深7.80m的污水管（砼Ø1200），埋深5.35m的雨水管（砼Ø1500），110kV，埋深2.06m的电力管（砼1400×1600），埋深3.04m的雨水管（砼Ø1500）等。

2.2 地质分析

对洲石路站～钟屋站线路进行详细地质勘探，区域存在两条发育断裂，但均为非活动性断裂，对本次地铁施工影响较小。在补充勘探时，未发现断层存在，岩土层基本稳定，未发现不良情况。施工周边滑坡、泥石流。地面塌陷、地裂缝等地质灾害表现为不发育。主要不良地质可分为以下几种：

①人工填土。经实际施工环境勘探发现，该施工路段人工填土范围较大，且填土成分多样复杂，主要填土物质为粘性土，伴有砂土、石块等物质，导致施工环境土质不均，土质厚度变化很大。路面表层为混凝土路面或垫层。人工填海区与现状道路地段存在大量人工填石层，且填石大小不均，最大填石超过1.0m，对地下掘进施工存在较大影响。施工区间部分路段为杂填区，主要填物为建筑垃圾与生活垃圾，物质成分复杂多样，存在施工崩塌危险影响施工。另海上田园区正在进行填土施工，填土成分成分主要为工业废料，存在造成地表水污染和场土地污染，需重点关注。

②残积土。经勘探发现，残积土主要为粗粒花岗岩、混合花岗岩、变质岩的残积土，土质呈不均匀状，易崩解且渗透系数较大，在掘进施工时，易引起涌泥、涌砂、围岩崩塌事件。

③风化岩。风化岩的风化层不均是影响地铁施工的重要因素，该路段施工的风化层不均主要表现为风化界面起伏差异较大、风化孤石、部分风化层缺失等，在工程施工中要重点关注分析，尤其是风化孤石的判断。

④有害气体。对该线路的软土层分析发现，该线路的有害气体主要为CO、NO、SO2、H2S及CH4等有害气体，在软土层是施工时要主义通风，以免造成施工安全事件。

2.3 区间地质分析

洲钟区间地质详勘报告及补勘报告揭示洲钟区间盾构段的主要地层有：素填土、杂填土、粉质黏土、含砂黏性土、砂质黏性土、全～微风化片麻状混合花岗岩。区间隧道穿越的地层主要是中～强风化片麻状混合花岗岩地层。如图1所示。

图1 洲钟区间盾构段地质剖面彩图

3 地跌盾构掘进机下穿、侧穿建筑群的难重点

本次线路设计需通过大量建筑群，包括钟屋工业区的多栋厂房、人行天桥等等，为保障地表层建筑物的安全性与稳定性，需要采用积极保护措施保护上层建筑。根据对周边地质和环境勘探，经研讨制定以下方案保护上层建筑群。

3.1 盾构掘进机下穿建筑群施工措施设计

根据对施工周边环境和地质的勘探，经研究讨论在盾构掘进机下穿建筑群时，应采用以下措施保护上层建筑安全性与稳定性：

①通过强化盾构掘进机控制与姿势调整，根据施工环境变化及时调整施工推进方向，减少盾构掘进机对土层的搅动影响。

②下穿建筑群时，要严格控制盾构掘进机的推进速度，保持推进的匀速性，减少盾构掘进机对土层干扰影响。在穿过厂区时，应保障盾构掘进机的总推力、到盘扭矩和螺旋输送机压力等参数在正常值范围内的情况下，降低推进速度。本次掘进施工计划，采用初始速度为3～5cm/min，总推力控制在14000kN以下，扭矩在3500kN·m以下，在现场施工时，根据信息系统反馈及时调整盾构掘进机的扭矩、总推力及速度。

③严格控制出土量与土压力，避免出土量过多或土压力变化过大，造成地表下陷。在土压力控制上，要结合建筑群附加应力和掘洞上部土体损失状况，设定相应的土压力维持掘洞土压力。在出土量控制上，要对比实际出土量和理论出土量，根据比例变化及时调整盾构掘进机的出土量，保障掘洞土压平衡，有效控制掘洞对土体的扰动。

④强化注浆细节，维持盾构掘进机的匀速推进，避免推进顿挫感影响土层结构。在实际施工下穿建筑群时，应对浆液进行测试，根据实际施工反馈及时调整浆液配比，保障施质量。

⑤施工中需通过向土舱内和刀盘面注料的方法，改善排除渣土性能，保障渣土的流动性和止水性。

⑥加强施工监察，通过信息化动态施工方法，监控施工进程对施工进行及时指导与协调，保障施工顺利进行。

3.2 侧穿建筑群保护措施设计

洲石路站～钟屋站线路区间需侧穿多栋工业厂房，本次施工设计制定以下措施保护侧穿建筑群：

①合理控制盾构掘进机的侧穿参数，减少盾构掘进机推进过程中对土层产生的影响。同时需加大刀盘面和土舱的注料量，有效调整渣土的流动性和止水性，控制前方土体压力。

②采用降低推进速度，增加刀盘转数的方法，减少侧方土体所产生的土压力。同时，在实际施工中，应根据实际出土量和理论出土量的比例变化情况，及时调整渣土出土量，避免超挖或欠挖事件的出现，以免出现横向土基变形。

③加强盾尾注浆控制，避免出现盾尾脱空情况。

④强化同步注浆控制，避免土体出现水平位移。

⑤实施信息化控制，对整个施工过程采用信息化实时监控，一旦出现施工偏差及时调整施工措施。

⑥加强地面构筑物跟踪注浆、袖阀管注浆加固。如下穿建筑群时，若建筑物发生沉降或倾斜，应采用袖阀管注浆方法，对洞体进行加固处理，确保建筑群的稳定性和安全性。在下穿或侧穿建筑群时，需加强洞体与建筑结构的监控，一般为3次/d，若发生异常现象，如地下水位异常变化、地面下沉等，要及时调整土舱压力，加大注浆量和二次注浆量，同时加强监控防止发生水流失，造成地表变化。

4 本次施工的重点、难点分析及措施分析

4.1 下穿建筑群难点与对应措施

施工线路区间存在大量厂房建筑群，盾构掘进机在下穿或侧穿过程中，需要严格控制盾构掘进机系统参数，减少下穿或侧穿对土体压力产生影响，避免建筑群出现下沉等不良事件。根据应对下穿、侧穿建筑群的施工计划，首先要严格控制盾构掘进机的各项参数：

①参数控制。本次工程施工要求隧道埋深为18m，主要通过岩层为3级围岩，掘洞上部填土主要为人工填土，经计算得土舱压力硬控制在0.7±0.1bar范围内，刀盘转数在1.2～1.4r/min范围内，推进速度在20～40mm/min范围内，总推力在7000～9000kN范围，扭矩在1.2～2.0MN·m范围内，贯入度在15～33mm范围内，同步注浆量在6.5～8.1m3/环，注浆压力0.2～0.3MPa，出土量18m3/min，盾尾油脂小于36kg，初始填料注入量在300～500L/m3，以上参数在实际施工中，需要根据实际施工环境变化，及时调整施工参数。其次，需要严格控制盾构掘进机的施工姿态。地铁盾构掘进机的推进方向、速度等姿态会直径影响前方土体的压力变化，对前方土体压力和上层建筑具有较大影响，故此，在地铁盾构掘进机下穿、侧穿建筑群时，要严格控制盾构掘进机的姿态。在控制盾构掘进机姿态调整上，要控制好盾构掘进机的各项参数，将各项参数控制在理论设计范围内；不同填土层、土压环境下要选择相应的千斤顶；当盾构掘进机姿态出现偏差时，可以通过调整千斤顶编组来调整盾构掘进机的推进姿态，若千斤顶组编无法实现可通过盾构铰接装置进行调整；在盾构掘进机推进过程中，若姿态出现偏差时，要缓慢平稳调整姿态，不可采用一次性大范围调整，要采用小范围多次调整的方式，一次调整范围要控制在4mm以下。

②管片拼装。管片拼装漏水是造成地标建筑下沉的主要因素，在管片拼装过程中，要严格控制管片拼装质量。首先，在拼装前要对管片、止水胶带等进行严格检查，确保管片的完整性，一旦管片或止水胶带出现破损情况，要及时进行修复处理，若无法修复需要更换管片或止水胶带。其次，在管片拼装时，要尽量柔和避免管片磕碰损坏管片材料，安装时要注意管片的纵向平整性。拼装完成要拧紧螺栓，整体管片完成拼接后要对所有螺栓进行复紧，确保管片密封性。

③同步注浆及二次补浆措施。同步注浆是加固土体、稳固上层建筑的主要措施，在下穿建筑群时需加强注浆初凝强度，减少浆液初凝时间，本次施工采用表1的泥浆配比方式，将注浆初凝时间控制在8h以内。在管片衬砌完成后，要采用二次注浆的方法填满管片与土层之间空隙。二次注浆浆液采用水∶灰∶水玻璃为1∶1∶1的配比浆液完成注浆，采用先上后下的方式完成二次注浆。注浆过程中要采用信息化系统监控注浆情况，对注浆不足处进行二次、三次补注。

表1 浆液配比表

4.2 施工结果

本次工程施工完成后，对线路区间的建筑群进行检测后，发现建筑群并未受到影响，提示本次盾构掘进机施工未对下穿或侧穿建筑群造成影响，圆满完成工程施工计划。由此可见，在盾构掘进机施工技术中，要根据实际施工地质情况、周边环境及所下穿建筑群情况，合理控制盾构掘进机各项参数，采用科学泥浆配比与注压参数加固掘洞，有效控制地铁盾构掘进机对下穿建筑群的影响。

5 结束语

地铁盾构掘进机施工所面对的施工环境复杂，经常需要下穿或侧穿建筑群，对盾构掘进机施工质量存在较大影响，故此，需要严格控制地铁盾构掘进机下穿建筑群的施工质量。在施工前要对施工周边地质与环境进行详细勘察，结合施工计划合理制定盾构掘进机的各项参数，实际施工中根据现场监控参数变化，及时调整盾构掘进机的各项参数。在管片拼装前，严格检查管片质量，采用柔和方式进行管片拼装避免损坏管片导致漏水事件，完成管片拼装后要进行二次注浆甚至是三次、四次注浆处理，保障管件外充密实避免上层建筑出现下沉事件，保障盾构掘进机的施工质量。