地铁隧道盾构掘进施工技术要点分析

刘晓静

中铁十六局地铁工程有限公司 北京 100000

1 工程概况

某地铁隧道工程中甘露园站～定福庄站标段采用盾构法进行施工，该标段沿线总长度设计为3364.551m，该标段内含有一座风井、废水泵房、5 座联络通道。

2 施工准备

（1）正式施工之前，应该先对施工现场的地下管线分布情况进行勘测，清晰掌握管线的具体部位、走向、材质以及埋设深度等相关情况。穿线之前，应该对管线下侧的空洞以及水囊进行探测。对雨水管可以采取内衬处理。

（2）向空洞内注浆加固四周土体的稳定性与牢固性，加固的范围应该控制在施工现场附近建筑物以外2m，具体的加固范围应该结合设计图纸进行确定。

（3）下穿段以及侧穿段应该提升超前注浆量，保证注浆量的合理性，同时还应该保证注浆作业的质量。

3 盾构掘进施工技术

3.1 盾构区间施工准备

（1）盾构始发井。结合该项目的施工特点以及工期要求，第一台盾构设备应该在开始盾构开挖之前完成各个盾构节点的龙门吊轨道量施工，龙门吊拼装以及临时场地的设置，此外还应该完成洞门下的钢环安装，检测盾构始发端的强度。

（2）盾构接收井。接收井的施工内容主要是涉及洞门位置的复核、地层加固、洞门加固、接收基座安装、安装密封圈等。

（3）接收基座的安装。结合施工规范要求来看，隧道的轴线与接收基座的中心轴线应该保持一致，且还应该保证盾构设备的出洞形态。接收基座的底座标高应该与线路保持协调，此外还应该结合实际情况适当的降低20mm，以保证盾构设备便捷的移动至托架。为了确保盾构设备的刀盘具备足够大的反作用力，应该对接收基座进行加固，确保盾构设备顺利移动至接收基座上方。

3.2 盾构始发

3.2.1 始发的形式

（1）确保开挖断面自身的稳定性，然后将盾构机推送至稳定的开挖面中。其是利用多种不同的注浆方法来提高开挖断面的稳定性，或利用稳定地下水压的方式保证地层的稳定性。

（2）借助挡土墙来承受开挖面的侧向土压力，保证盾构机持续性掘进。这种状况有两种方法可选：一是将始发竖井的挡土墙设置为双层，内层挡土墙保证开挖断面不发生塌方现象，盾构机持续掘进，当开挖至指定部位以后，拆除外层挡土墙；二是在始发竖井旁边开挖一个竖井，在回填完成以后继续进行开挖。

（3）使用水泥加固挡土墙，当构筑物施工完成以后，将工字钢取出，并挖除挡土墙，促使盾构机顺利掘进。

（4）不需要拆除临时性的挡土墙，直接破除始发竖井部位的挡土墙，将盾构机推送至作业面以后开始掘进作业，这种施工方法是现阶段使用较为频繁的一种方法。进一步而言，在实际施工过程中，需要兼顾施工环境、安全性、经济性、可行性等多方面因素带来的影响，以保证盾构机施工顺利完成施工任务。

3.2.2 始发端头加固

盾构设备在进洞、出洞时，必须要保证工作面始终保持开放状态，假若为严格按照规范要求进行处理，导致流沙、涌水现象出现，假若情节比较严重则会导致洞门坍塌。为了保证施工过程中的安全性，应该对盾构的端头附近的土体进行加固处理，加固以后应该保证至少进行14d的养护。

（1）始发基座、拼装管片。基座的位置应结合盾构机的高度、作业方向、盾构机的自重、组装作业顺序等因素确定，使用工字钢、钢轨等原材料组装而成。反力架、拼装管片则通过出渣空间的形状确定，反力架的位置根据衬砌位置确定。通常情况下，使用工字钢来安装反力架，临时拼装管片使用便于拆卸的铸铁结构物。临时性管片的安装精准度会对正线管片的正圆度造成影响，施工过程中需要对此高度重视。局部区域盾构施工过程中，可以使用临时负环管片安装下半环，所以可以不设置反力架。

（2）洞口部位的密封装置。其主要是对洞口部位的开挖路段与盾构机之间的缝隙进行封堵，并做防渗漏处理，确保施工过程中的可靠性与安全性，简单而言，在盾构机运行不久以后，开始对开挖断面作加压处理，盾构机端部通过以后，立即开始灌浆作业，及时封堵和稳定洞口。为保证入口部位的上侧不会损坏，应该合理把控进口部位的材质、粒径以及形状。

洞口密封装置由防渗漏材料、压板、铸铁构件共同构成，构筑物始发过程中，其直接被固定在混凝土中。在临时设置始发过程中，利用浇筑洞口部位的混凝土实现加固目的。压板一般使用滑动式，但是需要对盾构机的移动速度进行调整。现阶段，使用较为频繁的方式是扩大压板的数量，降低压板调整短时间，提高盾构机下狭窄环境下的作业效率及施工质量。

3.2.3 始发前准备

结合设计图纸提供的设计轴线确定出盾构设备初始化姿态的具体空间，并计算出始发托架的具体部位。因始发托架的盾构设备始发时需要承受纵向及横向的作用力，所以在盾构始发之前，应该对托架两侧采取加固措施。进一步来看，盾构设备在始发的过程中有很大的可能性会出现“栽头”现象，所以在安装托架的过程中，应该在设计坡比的基础上稍微提升5%，避免出现“栽头”现象。

以土压平衡式的盾构机而言，应配备出渣装置、灌浆装置、组件运输装置，在准备以上内容的过程中，保证始发准备就绪。始发作业准备就绪的内容主要包括：准备基座设备、盾构机提前组装、安装洞口密封装置、安装反力架、安装配备装置、盾构机试运行等。在拆除临时挡墙时，应基于开挖断面处于稳定状态下进行，挡墙拆除必须持续性施工，严禁中途间断。所以，各项施工必须具备可靠性。盾构机深入地层以后应进行试运行。盾构机的始发是在端头加固完成以后且达到设计强度的情况下进行作业。

3.2.4 拆除临时墙

对洞口进行测量放线。开凿作业之前，检查端头加固的质量，在检查合格的情况下进行施工。在凿除洞门时，对井字形拉槽进行分割处理，在盾构机调试完成以后，迅速拆除洞口部分的混凝土构件，以保证不会出现坍方、涌水事故。在对围护结构进行施工过程中，可以使用玻璃纤维材料代替钢筋，在盾构机进洞、出洞过程中不需要开凿作业，盾构机直接破洞即可，这样可以大幅度缩短始发时间。考虑到拆除作业过程中可能会出现地层坍塌、地下水涌入等安全事故，所以必须保证拆除作业的效率，避免长时间作业。

3.2.5 反力架安装

当主机部分吊装完成以后，则应该开始安装反力架，因盾构设备始发时必须要穿过加固区，假若加固件的前度过大则会导致移动过程中出现反作用力，且反作用力会随着加固件的强度增大而变大，所以反力系统应该使用混凝土管片受力方式将作用力传递至反力架中，然后由反力架再将作用力传输至主体结构中[1]。

盾构机始发之前，应在轨道上涂刷润滑油，减少盾构机前进的阻力。同时，在刀头及密封装置表面涂刷环氧油脂，保证刀头转动过程中不会出现损坏现象。基座部位的导轨必须保证足够顺直，施工人员严格控制轨道的标高与中心轴线，将误差控制在合理范围以内。第一时间封堵洞圈，保证不会出现漏浆现象。保证盾构机运行过程中不会出现偏移现象，因盾构机与地层之间并不存在摩擦力，所以盾构机出现旋转的可能性非常大，在这种情况下，应对刀盘转动的方向作小幅度的调整。对盾构机的运行状态进行调整，正常情况下，盾构机的中心线与隧道的中心线差距保持在20mm 上下，这样可以避免盾构磕头现象出现。此外，提高盾构机的运行状态精准度。

3.3 盾构掘进

3.3.1 碴土改良

在使用盾构法进行施工的过程中，常常会面临较为复杂的地层，为了确保开挖面的稳定性，应该结合施工现场围岩的实际情况确定添加剂的用量，以保证土方的止水性能满足实际施工的需要。

3.3.2 掘进过程中姿态控制与调整

因隧道曲线及坡度波动会对实际施工造成一定的影响，盾构过程中必然会产生一定的偏差。一旦这种偏差超出了标准范围，那么则可能会导致盾尾部位的缝隙不断变小，相应的管片受力也会不断的恶化，进而措施 地表沉降量不断的增大。

3.3.3 管片拼装

利用运输车将管片运输至隧道内部以后，委派专人检查管片的质量，检查的内容包括管片的型号、外观质量、止水条的黏结效果等，在所有检查项目全部合格的情况下才可以允许原材料入场[2]。对于不合格的原材料应该进行清退处理。使用吊车将管片吊运至输送机上，当开挖作业完成以后，再次使用输送机将管片输送至指定区域。

3.3.4 同步注浆和二次补压浆

（1）同步注浆：利用盾尾的注浆管完成注浆作业。结合施工现场地质条件以及以往施工案例来看，盾构设备在类似工程项目中取得了理想化的施工成效，该项目内的同步注浆使用的浆液主要是水泥砂浆，特殊路段可以特殊对待，实际注浆过程中的注浆压力应该控制在0.3～0.5MPa。在盾构作业时，施工单位应该委派专业负责工作面压降作业的监管，严格管理压降面作业的质量，并对施工过程进行详细的记录。

（2）二次注浆。二次注浆的目的主要是为了降低盾构作业完成以后土体的沉降量。二次注浆使用的浆液为水玻璃双浆液，注浆压力应该保持在0.2～0.4MPa。施工单位应该委派专业负责工作面压降作业的监管，严格管理二次注浆作业的质量，并对施工过程进行详细的记录。结合实际过程中的情况，并不断调整施工参数，以保证二次注浆的质量满足规范要求。

3.4 盾构到达

3.4.1 盾构到达施工流程

盾构设备达到主要是指盾构设备移动至下一个施工节点前侧30m 部位至贯通区间的施工过程。该部分的施工内容主要涉及盾构的定位、洞门位置复核、洞门处理、洞门密封施工等。

3.4.2 盾构到达施工

（1）结合盾构设备的姿态以及土方开挖过程中的偏差纠正方案进行施工，偏差纠正应该是逐步递进，每一个节点的偏差量都应该予以管控。

（2）当盾构设备距离端头墙体50m 时，则应该对施工技术参数进行调整，并降低土方开挖的速度，将盾构设备移动的速度降低至在20mm/ min 以下，以保证端墙的稳定性，同时避免土体坍塌现象出现。

（3）盾构深入达段以后，加大对地表的检测频率，并及时将检测信息反馈给管理系统，以指导盾构设备作业。

（4）当管片深入至加固区域以后，浆液则应该换用快速硬化浆液。