張 鑫

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司， 北京 100124）

1 工程概況

內(nèi)蒙古體育場(chǎng)站--內(nèi)蒙古體育館站區(qū)間，區(qū)間隧道右線起訖里程DK17+214.14～DK18+204.308，全長(zhǎng)998.74m（含長(zhǎng)鏈8.576m）；左線起訖里程DK17+214.14～DK18+204.308，全長(zhǎng)1023.836m（含長(zhǎng)鏈33.938m）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文、建（構(gòu)）筑物現(xiàn)狀等基礎(chǔ)條件，選擇掘進(jìn)施工方法，即復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。

2 盾構(gòu)掘進(jìn)的關(guān)鍵工序管理

2.1 土壓力的管理

在正式掘進(jìn)時(shí)期，參考前100環(huán)試掘進(jìn)過(guò)程中的成功經(jīng)驗(yàn)，完善施工監(jiān)測(cè)工作，優(yōu)化施工工藝，并控制好地面沉降。推進(jìn)時(shí)，注意管控好推進(jìn)里程，把施工測(cè)量得到的數(shù)據(jù)跟計(jì)算出來(lái)的三維坐標(biāo)相校準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上合理調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。

盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中據(jù)此取得平衡壓力的設(shè)定值，在實(shí)際施工的時(shí)候，應(yīng)綜合考慮盾構(gòu)所在位置的埋深大小、土層情況以及地表監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)適當(dāng)調(diào)整。

2.2 開(kāi)挖土的管理

2.2.1 出土運(yùn)輸方法

隨著技術(shù)研究的深入，現(xiàn)階段的出土運(yùn)輸方法較多，較為常見(jiàn)的有如下幾種：（1）軌道輸送。適用于各類(lèi)性狀的土砂運(yùn)輸場(chǎng)景，是應(yīng)用較為廣泛的方法。不過(guò)運(yùn)土車(chē)需要接替裝土，所以可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)輸難度增加、土砂掉出等問(wèn)題。（2）泵送輸送。根據(jù)運(yùn)輸工作量，在工作井外適配合規(guī)格的土砂泵，連接一條穩(wěn)定可靠的管路用于高效運(yùn)輸土砂。通常，輸送間隔在400～500m時(shí)宜使用泵送模式，如果距離偏長(zhǎng)則增加中繼泵。（3）皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸。在工程量較大的盾構(gòu)施工中，皮帶輸送機(jī)輸送是優(yōu)質(zhì)的方法，其具有連續(xù)運(yùn)行、穩(wěn)定性好、輸送能力強(qiáng)等多重優(yōu)勢(shì)。硬件配置方面，分別在始發(fā)井和地面兩處安裝合適規(guī)格的皮帶輸送機(jī)，并以施工進(jìn)度為準(zhǔn)靈活調(diào)控，隨盾構(gòu)掘進(jìn)的持續(xù)推進(jìn)而同步延伸。

2.2.2 開(kāi)挖土量的管理

常見(jiàn)方法有如下兩種：一是重量管理，細(xì)分為多種形式，包含計(jì)量漏斗檢測(cè)開(kāi)挖土量、檢測(cè)運(yùn)土車(chē)重量等；二是容積管理法，例如螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)推算方法。在實(shí)際泵送施工中可以采用密度計(jì)推算開(kāi)挖土量，或根據(jù)抽吸數(shù)展開(kāi)計(jì)算，求得具體的推算結(jié)果。

2.3 注漿管理

在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)快速在脫出盾構(gòu)后的襯砌背面環(huán)形建筑空隙中填充漿液，以此降低或者避免地面發(fā)生沉降。其工作原理是：在盾構(gòu)機(jī)不斷推進(jìn)的過(guò)程里，維持特定的壓力（結(jié)合注入量來(lái)考慮）從盾尾直接向壁后注漿，盾構(gòu)機(jī)結(jié)束推進(jìn)的同時(shí)也停止注漿。該注漿方法是在形成環(huán)形空隙的同時(shí)通過(guò)填充漿液來(lái)填充。同步注漿原理見(jiàn)圖1。

圖1 同步注漿原理圖

2.3.1 同步注漿漿液選擇

根據(jù)區(qū)間地層條件、地下水情況以及從前的工程案例，采用水泥砂漿，其漿液粘稠，填充效果好，沁水性低，抗?jié)B漏性能良好且后期強(qiáng)度高；惰性漿液也有利于提升施工整體質(zhì)量，加快施工進(jìn)度、節(jié)約施工成本，從而實(shí)現(xiàn)兼顧經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。

2.3.2 漿液的拌制

漿液拌制系統(tǒng)布置在端頭井或預(yù)留出土孔周?chē)线m處，拌漿系統(tǒng)的組成部分包括1m3拌漿機(jī)和操作平臺(tái)，應(yīng)測(cè)試漿液的稠度、含水量、流動(dòng)性、和易性、析水性及抗液化指標(biāo)，合格后方可使用。漿液配比為：砂∶膨潤(rùn)土∶粉煤灰∶水∶水泥=850kg∶80kg∶400kg∶350kg∶150kg。實(shí)際施工配比按試驗(yàn)確定。

2.3.3 注漿時(shí)間控制

注漿時(shí)間最好控制在盾尾脫離管片時(shí)。采用手控操作時(shí)，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度實(shí)時(shí)調(diào)整注漿速度，盡量保證兩者同步進(jìn)行。

2.3.4 注漿壓力控制

地質(zhì)情況和地下水壓力直接決定了注漿壓力，嚴(yán)格管控好注漿壓力和注漿量，保證填滿所有空隙，并保證盾尾不漏漿。一般情況下，每環(huán)壓入量約8.0m3，控制注漿壓力約0.3MPa。

2.3.5 同步注漿的注意事項(xiàng)

（1）在正式開(kāi)展施工之前，編制一份全面的注漿作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并通過(guò)漿材配比試驗(yàn)來(lái)確定最適宜的注漿材料和漿液配比；（2）明確注漿施工設(shè)計(jì)、工藝流程和質(zhì)量控制程序，按照要求操作，并做好檢查、記錄以及分析工作，繪制P（注漿壓力）-Q（注漿量）-t（時(shí)間）曲線，在此基礎(chǔ)上分析注漿速度與掘進(jìn)速度之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而對(duì)注漿效果作出評(píng)估，為下一次的注漿作業(yè)奠定經(jīng)驗(yàn)；（3）創(chuàng)建一支專(zhuān)業(yè)注漿作業(yè)組，安排操作經(jīng)驗(yàn)豐富的注漿工作人員來(lái)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的施工和管理；（4）參考洞內(nèi)管片襯砌變形、地面以及周?chē)ㄖ镒冃伪O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析后及時(shí)反饋結(jié)果，為技術(shù)人員合理調(diào)整注漿參數(shù)和施工工藝提供參考依據(jù)；（5）必須保證材料充足和及時(shí)供應(yīng)，注意維護(hù)注漿設(shè)備以確保運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證注漿管路和設(shè)備的清潔，以此促進(jìn)注漿作業(yè)高效進(jìn)行；（6）每環(huán)掘進(jìn)之前，先確定注漿系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，且漿液儲(chǔ)量是否充足，掘進(jìn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)注漿系統(tǒng)發(fā)生故障，必須馬上停止作業(yè)，檢查情況并確保無(wú)問(wèn)題后再繼續(xù)掘進(jìn)。

2.3.6 二次注漿

（1）注漿目的：二次（或多次）壓漿的目的是彌補(bǔ)同步注漿的不足，可以降低盾構(gòu)過(guò)后土體后期的沉降量，尤其是盾構(gòu)在穿越地下管線、地面構(gòu)筑物、涌水以及軟土地段時(shí)該項(xiàng)作業(yè)更加關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)二次注漿后，能達(dá)到管片盡快支承地層、降低地基沉陷量、確保施工安全、確保管片襯砌早期穩(wěn)定性的效果；（2）注漿方式：具體使用水泥漿，地面拌制，在管片上預(yù)留壓漿孔壓注。水泥漿配比為：水泥∶粉煤灰∶水=300kg∶2500kg∶800kg。根據(jù)注漿目的要求來(lái)合理調(diào)節(jié)注漿壓力，確保盾構(gòu)施工過(guò)程中產(chǎn)生的地層空隙得到有效填充，防止因此而產(chǎn)生的地表沉陷現(xiàn)象。此外，注漿壓力不可過(guò)大，以避免發(fā)生地表有害隆起或管片襯砌受到損壞的問(wèn)題。二次補(bǔ)充注漿壓力控制在2.0～3.0bar。

2.4 管片拼裝的管理

（1）拼裝成環(huán)。盾構(gòu)推進(jìn)后及時(shí)協(xié)調(diào)施工人員，盡快將管片拼裝成環(huán)，絕大部分為錯(cuò)縫拼裝的方法；遇急曲線時(shí)，則使用通縫拼裝的方法。（2）拼裝順序。首先安裝下部的標(biāo)準(zhǔn)管片（A型），確認(rèn)無(wú)誤后按照左右兩側(cè)交替的方法將標(biāo)準(zhǔn)管片依次安裝到位，隨后拼裝鄰接管片（B型），在前述基礎(chǔ)上將楔形管片（K型）安裝好。（3）盾構(gòu)千斤頂?shù)牟倏?。管片拼裝時(shí)，若各盾構(gòu)千斤頂在相同的時(shí)間縮回，開(kāi)挖面土壓力將產(chǎn)生強(qiáng)烈的推動(dòng)作用，迫使盾構(gòu)向后退，進(jìn)而威脅到開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。因此，在管片拼裝工作中應(yīng)有秩序性地縮回盾構(gòu)千斤頂，消除不良影響。（4）連接螺栓的安裝與緊固。按照先環(huán)向、后軸向的順序依次將各自的連接螺栓設(shè)置到位并予以緊固，緊固力的控制視實(shí)際情況而定，其中螺栓的直徑與強(qiáng)度為關(guān)鍵參考依據(jù)，保證在特定的緊固力作用下螺栓維持穩(wěn)定。通常緊固力取200～600kN·m。（5）管片拼裝誤差的管理。管片拼接是一項(xiàng)精度較高的工作，若管片的連接面缺乏平整性，將影響環(huán)間連接面的狀態(tài)（不平整性），加之盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏ψ饔?，有一定程度的破損跡象。因此，管片拼裝時(shí)注重精細(xì)化控制，確保拼接面平整且穩(wěn)定，設(shè)置的各連接螺栓維持穩(wěn)固狀態(tài)[1]。

因控制不當(dāng)或其它原因使盾構(gòu)方向與管片環(huán)方向存在偏差時(shí)，管片易受損，且隨著拼裝工作的持續(xù)開(kāi)展，管片寬度增加時(shí)受損問(wèn)題更為嚴(yán)重。對(duì)此，在拼裝前先檢驗(yàn)盾構(gòu)方向控制方法的可行性，拼裝時(shí)加強(qiáng)對(duì)盾尾間隙的檢查與控制，避免間隙過(guò)大。盾構(gòu)與管片存在干擾時(shí)，查明具體情況，盡快調(diào)整盾構(gòu)方向，有效消除不良影響。

3 施工過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的問(wèn)題以及防治策略

3.1 隧道線形偏差

（1）盾構(gòu)機(jī)自帶自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其具備定位的功能，向施工人員呈現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)以及管片的位置，以便更為精確地采取控制措施，保證盾構(gòu)姿態(tài)的合理性。但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的精度易下降，因此需由專(zhuān)員定期或不定期檢查，提高系統(tǒng)的運(yùn)行精度，為盾構(gòu)施工提供具有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)[2]。（2）盾構(gòu)期間盡快安排同步注漿作業(yè)，控制好作業(yè)參數(shù)（注漿壓力、注漿量），漿液固結(jié)后維持隧道的穩(wěn)定性，避免下沉或上浮。（3）盾構(gòu)施工環(huán)境復(fù)雜，易受到操作不規(guī)范、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件等主客觀因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際盾構(gòu)線路出現(xiàn)偏差，需根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)糾正，使盾構(gòu)機(jī)沿著既定的路徑穩(wěn)定運(yùn)行。盾構(gòu)機(jī)糾偏的關(guān)鍵作業(yè)要點(diǎn)有：調(diào)整刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，避免短時(shí)間內(nèi)大幅度猛烈糾偏，即遵循“多次、少量”的循序漸進(jìn)原則；根據(jù)掌子面的地質(zhì)特性靈活調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，減小偏差。（4）直線盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)保證盾構(gòu)姿態(tài)的順直性，此時(shí)選取盾構(gòu)點(diǎn)位與設(shè)計(jì)線遠(yuǎn)方的某點(diǎn)，形成直線，根據(jù)該條直線的實(shí)際情況控制盾構(gòu)姿態(tài)[3]。在曲線推進(jìn)時(shí)要求該直線與設(shè)計(jì)曲線呈相切的位置關(guān)系，否則需調(diào)整。

3.2 盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)

（1）掘進(jìn)時(shí)及時(shí)注入泡沫，采用此方法減小刀盤(pán)扭矩，以便盾構(gòu)機(jī)高效運(yùn)行。（2）視盾構(gòu)施工情況及時(shí)安排注漿，宜采用活性漿液，原因在于此類(lèi)材料有利于加大盾構(gòu)周邊摩擦力，以免在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的異常狀況。（3）盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)適度調(diào)整刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方法。（4）在不影響正常掘進(jìn)的前提下正、反轉(zhuǎn)刀盤(pán)，精準(zhǔn)控制盾構(gòu)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。

3.3 噴涌

噴涌的原因復(fù)雜，關(guān)鍵的有：盾構(gòu)施工期間遇到富水圓礫層，該地質(zhì)條件下成型的開(kāi)挖面存在裂隙發(fā)育的問(wèn)題；未合理控制盾構(gòu)機(jī)，難以做到連續(xù)掘進(jìn)；雖然針對(duì)襯砌背后的空隙做填充處理，但由于注漿壓力不足、注漿量偏少等原因而導(dǎo)致空隙未得到全面的填充[4]。針對(duì)噴涌問(wèn)題采取如下處理措施：（1）隨即關(guān)閉螺旋機(jī)閘門(mén)，不具備完全關(guān)閉閘門(mén)的條件時(shí)，及時(shí)回縮螺旋機(jī)，對(duì)門(mén)側(cè)做填塞處理，而后反轉(zhuǎn)運(yùn)行螺旋機(jī)。（2）向螺旋機(jī)內(nèi)注入高分子聚合物，起到止水的作用。（3）向土倉(cāng)內(nèi)注膨潤(rùn)土（以偏稠狀為宜），采取此方法控制土倉(cāng)內(nèi)的土壓力。（4）加強(qiáng)對(duì)出土口的觀察，并動(dòng)態(tài)分析土倉(cāng)壓力的變化特點(diǎn)，根據(jù)所掌握的情況靈活采取控制措施，維持土倉(cāng)土壓的穩(wěn)定性，防止砂漿被大量噴出[5]。為取得良好的噴涌處理效果，需要按照特定的流程有序操作，在逐層推進(jìn)之下有效解決噴涌問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，盾構(gòu)施工技術(shù)在現(xiàn)階段的隧道工程中取得廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，加之施工方法不合理，易引發(fā)盾構(gòu)姿態(tài)偏差、刀盤(pán)聚集泥餅、盾尾泄漏等問(wèn)題，因此建議施工單位立足于實(shí)際條件，合理協(xié)調(diào)各項(xiàng)工序，在統(tǒng)籌規(guī)劃之下，沿著特定的流程推進(jìn)盾構(gòu)的各項(xiàng)工作，加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的管理以及各處質(zhì)量的檢測(cè)、控制，保證施工安全的同時(shí)高質(zhì)量、高效率完成盾構(gòu)作業(yè)。