簡(jiǎn)介： 結合盾構隧道施工始發(fā)技術(shù)在南京地鐵TA15標施工過(guò)程中的應用，介紹了盾構施工始發(fā)技術(shù)的組成、關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵工序及工藝，并提出了常見(jiàn)問(wèn)題的對策和預防措施。

　　關(guān)鍵字：盾構隧道　始發(fā)　施工　技術(shù)

　　1　前言

　　我國地鐵隧道施工已開(kāi)始使用盾構法。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步、認識提高、綜合國力的增強，特別是隨著(zhù)該施工技術(shù)所顯現的優(yōu)勢，盾構法越來(lái)越多地被國內地鐵界所接受，上海、廣州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈陽(yáng)、杭州、青島等城市都使用這種方法。上海地鐵是國內最早采用盾構施工的，且大部分工程都是利用盾構完成的；南京地鐵目前有3個(gè)盾構標段4臺盾構機在進(jìn)行施工，施工總量約占全線(xiàn)的30％。雖然盾構有許多成功的工程實(shí)例，但是使用這種方法也有較大的風(fēng)險。如盾構在隧道內只能前進(jìn)，不可后退，一旦盾構本身出現致命的故障，可能就會(huì )產(chǎn)生災難性的后果。而且使用盾構在對洞口進(jìn)行加固處理的始發(fā)時(shí)階段出問(wèn)題的概率很高，即使是非常有經(jīng)驗的承包商也常會(huì )發(fā)生類(lèi)似事故。本文重點(diǎn)介紹盾構始發(fā)的技術(shù)問(wèn)題。

　　2　始發(fā)技術(shù)的重要性及關(guān)鍵技術(shù)

　　由于在始發(fā)階段存在以下幾種特殊情況：

　�。�1）始發(fā)推進(jìn)前需鑿除車(chē)站的圍護結構（主要是處理鋼筋砼結構），鑿除圍護結構后的土體在一定的時(shí)間段內必須保持自穩，不能有水土流失；

　�。�2）始發(fā)階段盾構機主體在始發(fā)導軌上不能進(jìn)行調向；

　�。�3）始發(fā)階段的姿態(tài)及地面沉降控制比正常推進(jìn)階段更困難；

　�。�4）始發(fā)期間一些設備如管片小車(chē)、管片吊機，包括出渣都不能正常使用。有時(shí)也會(huì )存在盾構機因為車(chē)站結構的原因而不能整機始發(fā)。

　　綜上所述，盾構在初始階段的施工難度很大。因此，盾構隧道始發(fā)技術(shù)是盾構法施工技術(shù)的關(guān)鍵，也是盾構施工成敗的一個(gè)標志，必須要全力做好。同時(shí)還應確保盾構連續正常地從非土壓平衡工況過(guò)渡到土壓平衡工況，以達到控制地面沉降，保證工程質(zhì)量等目的。

　　始發(fā)技術(shù)包括洞口端頭處理（在軟土無(wú)自穩能力的地層中）、洞門(mén)砼鑿除（主要針對鋼筋砼圍護結構）、盾構始發(fā)基座的設計加工、定位安裝；始發(fā)用反力架的設計加工、就位；支撐系統、洞門(mén)環(huán)的安設、盾構組裝、盾構始發(fā)方案、其他保證盾構推進(jìn)用設備、人員、技術(shù)準備等，直到始發(fā)推進(jìn)。

　　3　始發(fā)施工技術(shù)

　　3.1　始發(fā)洞口的地層處理

　　在盾構始發(fā)之前，一般要根據洞口地層的穩定情況評價(jià)地層，并采取有針對性的處理措施。地層處理一般采取如“固結灌漿”、“冷凍法”、“插板法”等措施進(jìn)行地層加固處理。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側向自穩能力，且不能有地下水的損失。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法，SMW工法、冷凍法等。選擇哪一種方法要根據地層具體情況而定，并且嚴格控制整個(gè)過(guò)程。

　　3.2　始發(fā)洞口維護結構的切除

　　根據經(jīng)驗，一般在始發(fā)前至少一個(gè)月開(kāi)始洞口維護結構的切除。整個(gè)施工一般分兩次進(jìn)行，第一次先將圍護結構主體鑿除，只保留維護結構的鋼筋保護層，在盾構始發(fā)前將保護層混凝土鑿除。

　　在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時(shí)檢查始發(fā)洞口的凈空尺寸，確保沒(méi)有鋼筋、混凝土侵入設計輪廓范圍之內。

　　3.3　洞口密封

　　洞口密封是為盾構在始發(fā)時(shí)防止背襯注漿砂漿外泄所用，按種類(lèi)分有壓板式和折葉式兩種，其中折葉式越來(lái)越被人們所認可。洞口密封的施工分兩步進(jìn)行施工，第一步是在車(chē)站結構的施工工程中，做好始發(fā)洞門(mén)預埋件的埋設工作，要特別注意的是在埋設過(guò)程中預埋件必須與車(chē)站結構鋼筋連接在一起；第二步在盾構正式始發(fā)之前，應先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安裝。

　　3.4　洞口始發(fā)導軌的安裝

　　在圍護結構破除后，盾構始發(fā)臺端部距離洞口圍巖必然會(huì )產(chǎn)生一定的空隙，為保證盾構在始發(fā)時(shí)不致于因刀盤(pán)懸空而產(chǎn)生盾構“叩頭”現象，需要在始發(fā)洞內安設洞口始發(fā)導軌。安設始發(fā)導軌時(shí)應在導軌的末端預留足夠的空間，以保證盾構在始發(fā)時(shí)，不致因安設始發(fā)導軌而影響刀盤(pán)旋轉。

　　3.5　反力架、始發(fā)臺的安裝

　　3.5.1　反力架、負環(huán)管片位置的確定依據

　　反力架的位置確定主要依據洞口第一環(huán)管片的起始位置、盾構的長(cháng)度以及盾構刀盤(pán)在始發(fā)前所能到達的最遠位置確定。

　　3.5.2　負環(huán)管片環(huán)數的確定

　　假定盾構長(cháng)度LTBM＝8.3M，安裝井長(cháng)度LAS＝12M（因不同的始發(fā)井尺寸而不同），洞口維護結構在完成第一次鑿除后的里程DF，設計第一環(huán)管片起始里程D1S，管片環(huán)寬WS＝1.2M，反力架與負環(huán)鋼管片長(cháng)WR＝1.5M（自行設計加工的尺寸）。DR為反力架端部里程，N為負環(huán)管片環(huán)數。

　�。�1）在安裝井內的始發(fā)時(shí)最少負環(huán)管片環(huán)數確定N＝（D1S－DF＋8.3）／WS環(huán)

　　3.5.3　反力架、負環(huán)鋼管片位置的確定

　　在確定始發(fā)最少負環(huán)管片環(huán)數后，即可直接定出反力架及負環(huán)管片的位置。

　　反力架端部里程DR＝D1S－N×WS3.5.4反力架、始發(fā)臺的定位與安裝

　　在盾構主機與后配套連接之前，開(kāi)始進(jìn)行反力架的安裝。安裝時(shí)反力架與車(chē)站結構連接部位的間隙要墊實(shí)，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強度。

　　由于反力架和始發(fā)臺為盾構始發(fā)時(shí)提供初始的推力以及初始的空間姿態(tài)，在安裝反力架和始發(fā)臺時(shí)，反力架左右偏差控制在±10MM之內，高程偏差控制在±5MM之內，上下偏差控制在±10MM之內。始發(fā)臺水平軸線(xiàn)的垂直方向與反力架的夾角＜±2‰，盾構姿態(tài)與設計軸線(xiàn)豎直趨勢偏差＜2‰，水平趨勢偏差＜±3‰。

　　3.6　盾構的始發(fā)

　　3.6.1　始發(fā)臺兩側的加固

　　由于始發(fā)臺在盾構始發(fā)時(shí)要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩。所以在盾構始發(fā)之前，必須對始發(fā)臺兩側進(jìn)行必要的加固。加固的方式見(jiàn)圖1.

　　3.6.2　負環(huán)管片安裝

　�。�1）負環(huán)管片安裝準備

　　在安裝負環(huán)管片之前，為保證負環(huán)管片不破壞尾盾刷、保證負環(huán)管片在拼裝好以后能順利向后推進(jìn)，在盾殼內安設厚度不小于盾尾間隙的方木（或型鋼），以使管片在盾殼內的位置得到保證，如圖2.

　�。�2）負環(huán)管片后移

　　第一環(huán)負環(huán)管片拼裝成圓后，用4～5組油缸完成管片的后移。管片在后移過(guò)程中，要嚴格控制每組推進(jìn)油缸的行程，保證每組推進(jìn)油缸的行程差小于10MM.在管片的后移過(guò)程中，要注意不要使管片從盾殼內的方木（或型鋼）上滑落。

　�。�3）負環(huán)管片與負環(huán)鋼管片的連接

　　負環(huán)管片的最終位置要以推進(jìn)油缸的行程進(jìn)行控制，在負環(huán)管片與負環(huán)鋼管片之間的空隙用早強砂漿或鋼板填滿(mǎn)。

　�。�4）負環(huán)管片的拼裝類(lèi)型

　　在安裝井內的負環(huán)管片的拼裝類(lèi)型通常采取通縫拼裝，主要是因為盾構井一般只有一個(gè)，在施工過(guò)程中要利用此井進(jìn)行出渣、進(jìn)管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時(shí)、快速的拆除負環(huán)管片。

　　3.6.3　盾構的始發(fā)

　�。�1）空載推進(jìn)

　　盾構在空載向前推進(jìn)時(shí)，主要控制盾構的推進(jìn)油缸行程和限制盾構每一環(huán)的推進(jìn)量。

　　要在盾構向前推進(jìn)的同時(shí)，檢查盾構是否與始發(fā)臺、始發(fā)洞發(fā)生干涉或是否有其他異常事件或事故的發(fā)生，確保盾構安全的向前推進(jìn)。

　�。�2）始發(fā)時(shí)盾構姿態(tài)的控制

　　主要通過(guò)盾構機的推油缸行程來(lái)控制姿態(tài)。

　�。�3）始發(fā)時(shí)盾構推進(jìn)參數的控制

　　在保證盾構正常推進(jìn)的情況下，稍微降低總推力和刀盤(pán)扭矩。

　　3.6.4　洞口注漿

　　在盾尾完全進(jìn)入洞體后，調整洞口密封，進(jìn)行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強度。注漿壓力控制在1.5BAR以?xún)取?/p>

　　3.7　反力架、負環(huán)管片的拆除

　　反力架、負環(huán)管片的拆除時(shí)間根據背襯注漿的砂漿性能參數和盾構的始發(fā)掘進(jìn)推力決定。一般情況下，掘進(jìn)100M以上（同時(shí)前50環(huán)完成掘進(jìn)7日以上），可以根據工序情況和工作整體安排，開(kāi)始進(jìn)行反力架、負環(huán)管片拆除。

　　4　常見(jiàn)問(wèn)題的預防或處理

　　4.1　加固效果不好

　　端頭土體加固的效果不好是在始發(fā)過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。采取的主要措施是必須根據端頭土體情況選擇合理的加固方法，而且要加強過(guò)程控制，特別是要嚴格控制一些基本參數。對于加固區與始發(fā)井間形成的必然間隙要采取其它方式處理。

　　4.2　開(kāi)洞門(mén)時(shí)失穩

　　開(kāi)洞門(mén)時(shí)失穩主要表現為土體坍塌和水土流失二種，其主要原因也是由端頭加固效果不好所致。在小范圍的情況下可采用邊破除洞門(mén)砼，邊利用噴素砼的方法對土體臨空面進(jìn)行封閉。如果土體坍塌失穩情況嚴重時(shí)，只有封閉洞門(mén)重新加固。

　　4.3　始發(fā)后盾構機“叩頭”

　　始發(fā)推進(jìn)后，在盾構機抵達掌子面及脫離加固區時(shí)容易出現盾構機“叩頭”的現象，根據地質(zhì)條件不同有些可能出現超限的情況。為此，通常采用抬高盾構機的始發(fā)姿態(tài)、合理安裝始發(fā)導軌以及快速通過(guò)的方法盡量避免“叩頭”或減少“叩頭”的影響。

　　4.4　密封效果不好

　　洞門(mén)密封的主要目的也是在始發(fā)掘進(jìn)階段減少土體流失。當洞門(mén)加固達到預期效果時(shí)，對于洞門(mén)環(huán)的強度要求相對較低，否則要在盾構推進(jìn)前徹底檢查和確定洞門(mén)環(huán)的狀況。在始發(fā)過(guò)程中若洞門(mén)密封效果不好時(shí)可即時(shí)調整壁后注漿的配合比，使注漿后盡早封閉，也可采用在洞門(mén)密封外側向洞門(mén)密封內部注快凝雙液漿的辦法解決。

　　4.5　盾尾失圓

　　在很多情況下，始發(fā)階段由于自重及其他原因，盾尾一般都會(huì )出現失圓的情況，有些可能達到10CM之多�？梢圆捎枚軜嫏C自帶的整圓器進(jìn)行整圓，在必要的情況下，可采用錯縫拼裝以保證在管片拼至隧道內時(shí)管片自身的橢圓度控制在誤差以?xún)取?/p>

　　4.6　支撐系統失穩

　　支撐系統在某些情況下由于盾構機推進(jìn)中的瞬時(shí)推力或扭矩較大而產(chǎn)生失穩，這樣將導致整個(gè)始發(fā)工作的失敗。對于支撐系統的失穩只能從預防角度進(jìn)行，同時(shí)在始發(fā)階段對支撐系統加強監測。

　　4.7　地面沉降較大

　　由于始發(fā)施工的特殊性，始發(fā)階段的地面沉降值均較大，因此在始發(fā)階段需盡早建立盾構機的適合工況并嚴密注意出土量及土壓情況，同時(shí)加大監測頻率，控制地面沉降值。

　　5　實(shí)例簡(jiǎn)介

　　南京地鐵南北線(xiàn)一期工程共有三個(gè)盾構標段，其中由中鐵隧道集團施工的TA15標的始發(fā)掘進(jìn)一次成功。TA15標主要包括二個(gè)區間：玄武門(mén)站～許府巷站，許府巷站～南京站站。區間線(xiàn)路總長(cháng)4574M.該段工程地質(zhì)第一區間主要是隧道底部，基本位于可～硬塑粉質(zhì)粘土上，隧道中部以下為可塑狀粉質(zhì)粘土，以上為流塑狀粉質(zhì)粘土；主要穿越的地層有②－2B4粉質(zhì)粘土～淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②－2C2－3粉土。其中②－2B4粉質(zhì)粘土～淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土高壓縮性和高靈敏度，易產(chǎn)生土體流動(dòng)、開(kāi)挖面不穩定現象；②－2C2－3飽和粉土具中低壓縮性、中～高靈敏度，易產(chǎn)生涌水、涌砂、開(kāi)挖面不穩定現象。地下水位在地面以下1.1～3.1M之間。在許府巷到南京站區間，隧道穿越中～稍密實(shí)砂層為主，在到達南京站段，局部穿越粘土層。其中場(chǎng)地范圍內分布的②－1C2－3粉土、②－1D3－4粉砂夾細砂、②－2C2－3粉土及②－2D2－3粉砂夾細砂均為液化地層，液化程度屬輕微液化～嚴重液化。隧道穿越的土層及隧道底板下的土層分布復雜，其中②－2B4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②－3B3－4粉質(zhì)粘土承載力低，具有高壓縮性及高靈敏度，易產(chǎn)生土體流動(dòng)、開(kāi)挖面不穩；②－2C2－3粉土、②－2D2－3粉砂夾細砂及②－3D2－3粉細砂，含水量豐富，透水性強，滲透系數達5×10－3CM／S，極易產(chǎn)生涌砂、涌水、開(kāi)挖面不穩現象。地下水位在0.2～2.0之間。

　　在前期端頭加固處理中，為確保加固質(zhì)量，先后使用了深層攪拌樁、注漿及高壓旋噴的方法，分別針對一般地段、地下有障礙物處、與車(chē)站連續墻相接處進(jìn)行加固。然后人工用風(fēng)鎬對車(chē)站的連續墻進(jìn)行了鑿除，鑿除至第二層鋼筋為止。在洞口密封、始發(fā)導軌、反力架及始發(fā)臺安放好以后，進(jìn)行連續墻最后一層砼的剝除，最后一次性始發(fā)成功。

　　6　結束語(yǔ)

　　盾構機的始發(fā)成功主要由始發(fā)條件及始發(fā)施工技術(shù)中每一環(huán)節的處理決定。在前期的地質(zhì)勘探、始發(fā)區域的建筑物及管線(xiàn)情況進(jìn)行調查，特別是對端頭土體的液限、塑限、滲透系數、含水量等各種物理力學(xué)指標進(jìn)行全面的調查及評估是相當有必要的；同時(shí)應對始發(fā)技術(shù)施工中的每一個(gè)環(huán)節加強全面、細致的控制，以確保各種處理措施達到預期效果。因為始發(fā)技術(shù)與各個(gè)工程的始發(fā)條件息息相關(guān)，所以始發(fā)時(shí)每一個(gè)細節如采用什么端頭加固方式、連續墻破除方式、始發(fā)臺及反力架的定位等均需根據現場(chǎng)條件選擇最合適的方法。