地铁隧道区间盾构始发技术

地铁隧道区间盾构始发技术

尹鹏

尹鹏

中铁四局集团第二工程有限公司江苏苏州

摘要：城市地铁区间隧道一般位于城市繁华路段，周围密集的建筑物及大量的地下管线为施工带来一定的难度，盾构法以其施工速度快、安全、对周围环境影响小等优势在地铁隧道施工中得到了广泛的应用。盾构始发技术是盾构法施工的一大关键环节，也是盾构施工的难点之一。本文详细阐述了地铁区间隧道盾构始发的关键技术。

关键词：地铁；区间隧道；盾构始发掘进；负环管片；姿态控制

ShieldLaunchingTechnologyofInterzoneTunnelinMetro

Xing-ming：YinPeng

（TheSecondEngineeringCompanyofChinaRailwayNo.4EngineeringGroupCo.，LTD，Suzhou，China；）

Abstract：Interzonetunnelinmetroisusuallyseatedinthedowntown.Closedbuildingsandalotofpipelineundergroundimposeddifficultyonconstruction.Shieldappliedtointerzonetunnelconstructionwidelyforitshigh-speed，safety，barelylittleinfluence.Shieldlaunchingtechnologyisthekeyanddifficultyofshieldconstructionmethod.Shieldlaunchingtechnologyofinterzonetunnelinmetrobeexpoundhere.

Keywords：metro，interzonetunnel，shieldlaunching，partialsegment，posturecontrol

常州市地铁1号线一期工程土建14标段工程共有两站（新桥站、嫩江路站）两区间（新桥站～嫩江路站区间、嫩江路站～新龙站区间）。为1号线的先行标段，标段全长2851.523m，呈南北方向沿规划乐山路敷设。区间隧道采用盾构法施工，外径6.2m，内径5.5m，环宽1.2m，分6块，管片整体式衬砌，采用错缝拼装。区间多次始发和接收，本文以新桥站～嫩江路站区间盾构始发为例讲解盾构始发技术。

一、地铁区间隧道盾构始发技术的重要性及难点

1、地铁区间隧道盾构始发技术的重要性

在城市地铁区间隧道施工中，盾构始发是盾构施工的一个必经阶段。盾构机始发是指盾构机在施工竖井内或车站结构内，自盾构机主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进，直至盾构机完全进入区间隧道，洞口反力架与负环管片拆除为止。由于在始发阶段存在以下几种特殊情况：

1）始发推进前需凿除车站的围护结构，凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳；

2）始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能调向；

3）始发阶段姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难；

4）始发期间部分设备包括出渣都不能正常使用，有时也会存在因车站结构的原因而不能整机始发。

综上所述，盾构在初始阶段的施工难度很大，因此盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须全力做好。

2、始发技术的难点分析

盾构机组装调试后，进行试掘进施工，受端头加固质量、设备姿态、反力架的稳定性、对地层的认识等原因的制约存在较多难点，主要如下：

1）端头加固质量控制，洞门围护结构破除后，盾构顶上掌子面前及盾尾完前进入加固体且未进行同步及二次注浆时，端头土体的稳定，完全取决土体的加固质量。

2）始发姿态定位，盾构始发时其姿态不能调整，始发基座定位的准确与否决定了始发时的盾构姿态。反力架的支设稳定，决定负环拼装的质量。

3）地层的熟悉及设备操作的匹配需要一个过程，如可缩短这个过程，至关重要。盾构选型始终把地质因素放在第一位，一旦选型完成，盾构的使用则完全依赖司机对地层及设备的认识，如何通过参数选择、采取渣土改良等措施，始发段数据的摸索及提炼显得至关重要。

二、地铁区间隧道盾构始发的关键技术

1、盾构始发流程图

2、盾构始发前的准备工作

1）端头土体加固

盾构始发前，需对端头土体进行加固处理，再进行洞门施工。盾构始发地层一般可采用搅拌桩+旋喷桩注浆加固的方案，以确保在盾构始发时，凿除车站围护后前方土体有较好的自稳性和防水性能。

2）反力架的安装

在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。安装时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。

3）洞门围护结构凿除

在盾构机下井组装同时，对洞门围护结构打探孔确认了前方地质条件及加固质量，确保不渗漏。如加固质量有缺陷，必须采取补救措施。

洞门围护结构破除必须把握好时机，根据吊装能力、吊装空间对围护结构进行合理分块。外层凿除工作先上部后下部，里层凿除方法是将其分割成9大块，具体做法是，在洞门凿两条竖槽和两条横槽及环槽。然后按照先下后上的顺序逐块割断外排钢筋，吊出混凝土。

图3洞门凿除分块示意图

围护结构破除后，应根据断面土层稳定情况及暴露时间的长短，决定是否要进行喷浆加固处理或启动应急降水井等措施。同时，始发前要检查洞门的净空尺寸，确保没有钢筋及混凝土侵入设计轮廓范围内。

4）洞口密封

洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分为压板式和折页式两种，本工程采用折页式。洞口密封的施工分两步进行施工，第一步是在车站结构的施工过程中，做好始发洞门钢环的埋设工作：第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安装。

图4盾构穿越各阶段洞口密封装置示意图

3、盾构始发技术

1）始发台加固

由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。

2）负环管片安装

（1）负环管片安装准备

负环管片安装前，先在反力架上测出最后一环后盾管片的投影位置及纵向螺栓位置，弹好控制线，在安装第一片环管片之前，必须先涂好盾尾钢丝刷油脂；同时，控制好管片的法面，必要时需粘贴缓冲材料，控制管片成环质量。另外，为保证负环管片不破坏尾盾刷、保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。

（2）负环管片后移

第一环负环管片拼装成圆后，用油缸完成管片的后移。管片在后移过程中，要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于l0mm。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。

（3）负环管片的固定

负环管片退出盾尾后立即用木楔子在管片两侧与始发台滑轨之间打紧，防止管片横移；同时采用钢丝绳将每环管片进行环向缠绕紧固。

（4）负环管片的拼装类型

在安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装，主要是因为盾构井一般只有一个，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。所以采用通缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片，减少拆除管片占用时间。

3）盾构的始发

（1）空载推进

盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时，检查盾构是否与始发台、始发洞发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进

（2）始发时盾构姿态的控制

通常盾构机始发进入土体后，由于盾构机自重作用会出现向下栽头的过程，为减小盾构机进入土体后的栽头现象，控制盾构机姿态，在盾构机始发台架定位时，根据各地土体情况的不同将始发台阶标高抬高2~3cm。另外主要通过盾构机的推油缸行程和管片选型来控制盾构机姿态。

（3）始发时盾构推进参数的控制

盾构始发前通过计算得出盾构机在不同地层参数和埋深的情况下的总推力和刀盘扭矩，将计算所得的数据作为参考，在保证盾构正常推进的情况下，始发通过加固区时由于土压力不大，稍微降低总推力和刀盘扭矩来控制推进参数。待盾构机出加固区刀盘接触土体时，土压力最大，此时需加大总推力快速进入非加固区土体，控制相关推进参数。

三、盾构机初始掘进

盾构开始掘进前100m称为初始掘进段。掘进完成100m后开始拆除负环管片，通过初始掘进段拟达到以下目的：

1）用最短的时间对盾构机进行调试。

2）了解和认识该工程的地质条件，掌握该地质条件下盾构的施工方法。

3）收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进各地层操作规程，推力、推进速度和出渣量三者的相互关系，实现快速、连续、高效的正常掘进。

4）熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。

5）通过该段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量。

6）通过对地层推进施工，摸索出在盾构断面处于各地层中，盾构推进轴线的控制规律。

结束语

综上所述，盾构始发试掘进是地铁盾构区间快速安全施工的起点，做好充分的设备、技术、物资、劳动力准备是前提，充分提炼试掘进的经验参数并根据地层变化情况及时修正是成败的关键。

常州市轨道交通1号线土建14标是常州是第一个进行盾构施工的标段，目前两台盾构均已顺利始发，成功通过试掘进。为常州市相同地层后续的盾构施工提供了相关掘进参数及经验。

参考文献：

[1]《盾构法隧道施工验收规范》（GB50446-2008）

[2]《隧道及地铁工程》中铁二局股份有限公司2009.3