張明鋒，李 玲

(1.武漢理工大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430000；2.武漢鐵路橋梁職業(yè)學院，湖北 武漢 430000；3.武漢市工程建設執(zhí)法稽查站，湖北 武漢 430000)

1 工程概況

某地鐵區(qū)間隧道雙線全長8.55km，其中，左線全長4.26km，右線全長4.29km，本區(qū)間共采用2 臺?6 440mm 土壓平衡式盾構機進行掘進施工。該項目始發(fā)段處于全風化與強風化混合花崗巖（砂土狀）層中，圍巖等級為Ⅲ級硬土，根據(jù)地質(zhì)勘察資料及周邊環(huán)境情況，本區(qū)間始發(fā)段長度為100m，始發(fā)段均處于直線段，先后以-2‰（49.6m）和-25‰下坡段掘進，結合項目計劃右線先行始發(fā)，在掘進50m 后再進行左線始發(fā)。盾構始發(fā)作為隧道開挖的關鍵，如若施工控制不嚴，則極易導致盾構偏離軸線或姿態(tài)控制不好，進而影響整個隧道的掘進施工質(zhì)量，因此務須要加強始發(fā)掘進施工質(zhì)量控制。

2 盾構始發(fā)掘進施工技術要點

2.1 施工前期準備

2.1.1 端頭加固施工

該盾構隧道左、右線始發(fā)端頭均位于強風化巖層，端頭井所處地層上部為粉質(zhì)黏土層、粗砂層、中砂層以及含有機質(zhì)黏土層，結合施工圖紙及實際地質(zhì)條件，經(jīng)綜合比選后決定采用?600mm 雙管高壓旋噴樁進行端頭土體加固，加固長度取6m，加固寬度為盾構外徑兩側(cè)外擴3m以及頂部、底部外擴3m，對于中風化巖層應加固至中風化巖層頂。通過端頭土體加固，能夠有效避免盾構機在進出洞時出現(xiàn)“叩頭”或“抬頭”，確保了盾構進出洞口的安全性與穩(wěn)定性。

2.1.2 加固效果檢測

1）垂直取芯檢測 完成始發(fā)端土體的加固后，應采用垂直鉆探取芯對加固土體均勻性、抗壓性等進行檢測，保證土體各項指標滿足要求，且28d 無側(cè)限抗壓強度不低于1.0MPa，滲透系數(shù)小于1.0×10-6/cm/s[1]。垂直取芯時抽檢樣品數(shù)量在總樁量的占比應不低于2%～5%，且取芯數(shù)量應不得少于3 根，鉆探取芯應遠離隧道結構，完成取樣后應按要求對鉆孔位置回填處理。

2）水平探孔檢測 始發(fā)掘進前，應按照設計要求在加固洞門的中心、環(huán)向均勻布設9 個?42mm 觀察孔（圖1），觀察孔應貫穿地下連續(xù)墻并取1/2 加固長度，取芯長度應＞4m；然后檢查取芯土體及出水量情況，對于加固檢查結果不滿足要求的，可采取高壓水平注漿或地面壓密注漿，提升始發(fā)端土體的自穩(wěn)性，進而保證盾構始發(fā)的可靠性、安全性[2]。

圖1 水平探孔布置

2.1.3 始發(fā)設施安裝

1）基座安裝 ①結合隧道設計軸線底面、洞門以及盾構機尺寸，預估始發(fā)基座空間位置，然后通過測量放線的基線進行基座安裝，基座安裝時的實際高程應比設計高程抬高約2cm，以免始發(fā)時盾構姿態(tài)控制不好而出現(xiàn)“栽頭”；②結合盾構頂進推力參數(shù)，采用HW150×150 型鋼對始發(fā)基座兩側(cè)進行橫向支撐加固，始發(fā)架與鋼支撐焊接牢固，保證始發(fā)基座的穩(wěn)定性（圖2）；③始發(fā)基座底部進行硬化平整處理，并通過澆筑C30 砼或雙快水泥保證基座底部土體的承載性及穩(wěn)固性，盾構機組裝時應于基座軌道涂刷硬質(zhì)潤滑油，以有效降低盾構始發(fā)掘進時的阻力。

圖2 始發(fā)基座加固示意

2）反力架安裝 完成盾構機的吊裝且與后配套連接前安裝反力架，其與始發(fā)基座共同為盾構始發(fā)提供初始推力，反力架安裝施工要點如下：①地鐵隧道結構澆筑施工前，應預先將2cm厚的鋼板埋件埋設在底板位置，以為反力架后期焊接做好準備；②反力架加工選擇專業(yè)廠家，完成加工后應先試拼裝，在拼裝符合要求且基準面平整度達標后方可正式進場；③在進行反力架下井安裝前，應先對實際安裝位置予以精準定位，保證反力架左右偏差≤±10mm，上下偏差≤±10mm，高程偏差≤±5mm[3]；④反力架采用汽車吊分塊吊裝下井，分節(jié)安裝并按要求定位調(diào)整，其端面與始發(fā)基座水平軸應保持垂直，調(diào)整到位后將反力架與中、底板的預埋件通過焊接固定牢靠。在完成始發(fā)基座及反力架的安裝后，進行盾構吊裝下井、組裝與調(diào)試，以為盾構始發(fā)做好準備。

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2.1.4 洞門密封施工

盾構始發(fā)施工中，為避免周圍土體或漿液沿盾構機外徑與洞門內(nèi)徑間的空隙流失，應結合隧道施工實際進行洞門密封施工，具體施工流程如下。

1）在進行洞門密封施工前，應由專人對密封材料進行質(zhì)量檢查，保證橡膠簾布、扇形壓板以及螺栓孔質(zhì)量能夠滿足洞門密封施工要求。

2）對洞口渣土等雜質(zhì)予以徹底清理，然后將預埋鋼板預留孔位置進行疏通，清理完成后均勻涂抹黃油。

3）將螺栓穿入洞圈周圍對應的螺母內(nèi)，然后將事先準備好的橡膠簾布、圓環(huán)板進行安裝、固定，并將扇形壓板套在旋好螺母的螺栓上。

2.1.5 負環(huán)管片安裝

該項目左右線盾構始發(fā)前，應在洞口與反力架間拼裝負環(huán)，負環(huán)拼裝時的中線坡度與盾構始發(fā)設計坡度一樣。負環(huán)管片采用7 環(huán)，具體拼裝位置應結合圖紙管片排列及負環(huán)環(huán)數(shù)予以確定。負環(huán)拼裝要點如下。

1）按照負7 環(huán)、負6 環(huán)、負5 環(huán)、負4 環(huán)、負3 環(huán)、負2 環(huán)、負1 環(huán)的順序進行拼裝，負環(huán)拼裝時應先將管片拼裝處的千斤頂回縮到位，留出管片位置準備進行拼裝作業(yè)，同時，在盾殼底部墊設12#槽鋼，保證頂推管片時其軸線與盾構機軸線相互重合，且管片到位脫出時不會損壞盾尾刷。

2）拼裝過程均通過遙控操作，調(diào)整好安裝頭與管片位置后，采用管片吊車將管片吊起放至輸送平臺轉(zhuǎn)運至指定安裝位置，先拼裝落底塊再拼裝盾尾左右兩側(cè)的標準塊，然后拼裝管片上方2塊鄰接塊及1 塊封頂塊，管片拼裝到位后應及時將相應位置的千斤頂撐靴伸出固定管片，以免管片發(fā)生傾覆，然后移走管片拼裝機。

3）負7 環(huán)管片拼裝完成后，用千斤頂將管片整體頂推后移至指定位置，頂推速度不得過快。然后，將負6 環(huán)管片運輸至指定安裝位置，并根據(jù)上述負7 環(huán)的拼裝步驟進行拼裝，完成整環(huán)管片的拼裝后，采用縱向螺栓與負7環(huán)連接成整體。

4）負7 環(huán)管片脫離盾殼后，始發(fā)基座導軌與管片外徑間的空隙打入三角木楔以支撐管片，防止負環(huán)管片頂推時出現(xiàn)偏移或上浮。然后，按照上述方法進行負5 環(huán)拼裝，剩余的負環(huán)管片按照始發(fā)掘進段管片拼裝方法進行拼裝。

2.2 始發(fā)掘進施工

該項目洞門位置圍護結構為玻璃纖維筋，始發(fā)洞門無須鑿除，在確定洞門處無鋼筋侵入并拆除洞門預埋鋼環(huán)內(nèi)支撐后直接頂推破除。

2.2.1 施工技術要點

盾構始發(fā)掘進時，應結合盾構始發(fā)技術參數(shù)按要求進行頂推掘進，施工要點如下。

1）根據(jù)盾構隧道高程點及中線安裝始發(fā)托架，在進行始發(fā)托架、反力架、首環(huán)負環(huán)的定位時，應精準控制好三者的安裝精度，并通過可通視控制點對盾構進行精準測量，保證盾構機始發(fā)掘進的軸線與洞門止水布簾中心保持重合，并按要求對盾構掘進姿態(tài)予以復測，確認無誤后方可開始始發(fā)。

2）首環(huán)負環(huán)管片的定位時，其后端面應垂直于盾構掘進中線，其軸線與盾構掘進軸線應相互重合，同時，保證始發(fā)掘進施工中負環(huán)管片端面與反力架基準面相互平行，且兩者的上下左右面應實現(xiàn)無縫貼合，整體受力保持均勻一致。

3）盾構在始發(fā)階段時土倉內(nèi)尚未形成平衡的土壓，因此，初始掘進時宜緩慢勻速掘進，以最大限度減輕對地層的擾動，初始階段應采取減少出渣或不出渣的方式，使盾構土倉內(nèi)盡快實現(xiàn)土壓平衡，避免土體失衡而出現(xiàn)的水土流失或土體坍塌。

4）在盾構始發(fā)初始階段，由于反力架所提供的支撐推力較為有限，因此，始發(fā)掘進時應采取低速緩慢掘進，并控制掘進施工總推力不超過1 000t，同時保證此推力下刀盤切削時的扭矩應小于始發(fā)基座提供的反扭矩[4]。

5）始發(fā)階段的盾構設備尚處于磨合階段，因此，在此階段須嚴格控制好掘進時推力、扭矩等參數(shù)，保證盾構機各個位置的密封潤滑油脂涂抹飽滿均勻，同時，加強對盾構掘進狀態(tài)的實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)盾構掘進姿態(tài)出現(xiàn)偏差或異常，應及時檢查并予以糾正處理。

6）盾構始發(fā)的初始階段，為避免盾構機頂推時出現(xiàn)“磕頭”，可適當加大盾構底部千斤頂?shù)耐屏?，為盾構正常掘進提供可靠支撐。同時，整個始發(fā)施工中，應注意做好對反力架變形的實時動態(tài)監(jiān)控，及時掌握反力架的異常情況，保證掘進施工中反力架受力的安全穩(wěn)定。

7）鑒于始發(fā)階段的特殊性，該階段地面出現(xiàn)沉降的概率較大，因此，須根據(jù)盾構隧道實際地質(zhì)條件，合理選擇盾構掘進參數(shù)，以便于盡早建立與盾構相符的工況條件，并加強對掘進時出渣量及土倉內(nèi)土壓的嚴密監(jiān)測，同時做好掘進段地面沉降的觀測與控制。

2.2.2 施工控制要點

由于始發(fā)段地層軟硬不一、掘進曲線及坡度變化等因素的影響，導致盾構掘進時極易因姿態(tài)控制不好而偏離設計軸線。而一旦隧道掘進偏差過大，就會導致隧道襯砌質(zhì)量差，造成襯砌結構出現(xiàn)開裂、脫空等質(zhì)量缺陷，故須嚴加把控盾構掘進施工控制。

1）掘進方向控制 ①在軟硬不均的地層掘進時，應根據(jù)隧道開挖斷面地層的分布情況，在硬地層一側(cè)適當加大千斤頂油缸的推力，在軟地層一側(cè)適當減小千斤頂油缸的推力，通過分區(qū)操作盾構機實現(xiàn)對掘進方向的控制；②該項目始發(fā)段100m 處于直線段上，先后以-2‰（49.6m）和-25‰下坡段掘進，在下坡地段掘進時，應適當加大上部千斤頂油缸的頂推力，確保管片在向上推力的作用下按設計軸線頂進，防止管片發(fā)生上浮；③在曲線段掘進施工中，應根據(jù)轉(zhuǎn)彎曲線實際情況提前預判，左轉(zhuǎn)彎曲線應加大右側(cè)油缸推力，右轉(zhuǎn)彎曲線應加大左側(cè)油缸推力，進而保證管片能夠沿設計軸線正常掘進[5]。

2）掘進姿態(tài)調(diào)整 由于地鐵盾構隧道所處地質(zhì)條件的復雜性，使得盾構始發(fā)掘進施工中極易受外界因素影響而偏離軸線，或在下坡段、曲線段時的姿態(tài)控制不好，也會出現(xiàn)偏離設計軸線。此時，就要對掘進姿態(tài)進行調(diào)整、糾偏，保證隧道掘進姿態(tài)在允許的偏差范圍內(nèi)（表1），具體調(diào)整方法如下：①分區(qū)操作調(diào)整相應位置油缸的推力與速度進行掘進姿態(tài)調(diào)整，進而使姿態(tài)偏差控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)；②在變坡及曲線段，提前做好預糾偏，或通過超、欠挖進行掘進姿態(tài)糾偏，對于滾動角發(fā)生偏差超限時，可將盾構刀盤翻轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)滾動角偏差的糾偏；③在進行盾構姿態(tài)偏差的糾正時，務須要嚴格控制糾偏量不超過3mm/m，防止急糾、超糾而導致管片受損[6]。

表1 盾構掘進姿態(tài)允許偏差

3 結語

地鐵區(qū)間隧道施工里程長、跨越區(qū)域多，而始發(fā)掘進作為其“排頭兵”，一直被各地鐵建設項目著重關注并嚴抓緊控。為促使盾構始發(fā)掘進順利進行，須依項目實際制定完善的專項作業(yè)方案，切實抓好各關鍵環(huán)節(jié)施工管控，把好質(zhì)檢關，以為地鐵區(qū)間隧道建設施工的有序推進夯實根基。