地铁盾掏 问施工中，要求能够在较短时间内掌握盾构机被设备的操作性能，确定蒋丰句推进的施工参数设定 范嘲，以实现对整个 间的工期、质量和安全等指标的圆满控制。文章结合始发施１一过程中的施工要素对掘 进相关技术以及质靛保证措施进行说明 阐述了在地铁施工中盾构机试掘进施工技术的台理应用。 地铁盾构始发试掘进施工技术 文ｊ李洲 盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。在大中 城市里，用明挖法建造隧道由于场地原因，很难实现。在 这种条件下，地铁隧道采用盾构施工法对城市地下铁道、 上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道建设具有 明显优点。但是受城市地下管网建设和轨道交通规划影 响，盾构隧道不但将穿越地面建筑物林立的城市已建区， 还将下穿各类已有地下建筑物。 一、技术难点分析 盾构机组装调试后，进行试掘进施工，受端头加固质 量、设各姿态、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： 第一，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。 第二，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。 第三，地层的熟悉及设备操作的匹备需要一个过程， 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耐司机 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、盾构始发关键技术 始发技术包括洞门端头处理、洞门凿除、盾构始发基 座安设、支撑系统、洞门环的安设等。 （一）端头土体加固 盾构始发前，根据地质情况对端头土体进行加固处 理。常用的加固方法有注浆加固、旋喷加固、搅拌桩加 固、砼素桩加固、冷冻加固等方法，加固区长度一般略长 于盾构主机长度，土体加固后应进行钻芯取样，确认加固 效果是否满足设计要求。对有降水条件的地层及地段（除 冷冻＃１９，一般均需补充采取降水措施，以确保安全。 （二）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机时，根据吊装能力、 吊装空间对围护结构进行合理分块。围护桩破除后，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。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。 （三）洞门密封系统安装 洞门密封系统由洞门圈、钢环、帘布橡胶板、扇形翻 板组成。 盾构井端墙施工时，应进行洞门圈的安装。洞门圈安 装要注意加固质量，确保位置正确，不失圆，砼浇筑必须 对称、振捣密实。 围护桩破除后，在洞门圈上依次安装钢环、帘布橡胶 板、扇形翻板，形成折叶式密封装置。盾构始发时，注意 洞门圈下部不要有土体及杂物影响扇形翻板的翻转，并在 橡胶帘布上涂抹黄油，减小帘布与盾壳的摩擦力，避免帘 布破损，影响洞门密封效果。 （四）始发基座安装 始发基座直接安放在始发井底板上，在底板始发基座 楞边中心线位置预埋钢板用来与始发基座焊接连接，确保 始发基座在盾构推进时不发生扭转。在盾构井底板砼浇筑 ２０１１ ０３ ｏ中困高新斌扣 吐５１ 时，必须控制好标高及平整度，减少基座安装工作量。 在施工过程中根据监测数据及反馈的各种信息，对施工参 数及时加以调整。 盾构始发后，初始掘进分以下几个阶段实施： （五）反力架安装 反力架为钢结构，用来提供盾构推进时所需的反力。 根据钢负环、始发基座、０环的结构尺寸，确定反力架前端 至洞门距离。 在盾构未进入加固土体区时，应严格控制盾构机的 操作，适当对开挖面注水或注入膨润土泥浆等，并低速 推进、低速转动大刀盘，严防超负荷运转，以防产刀盘被 加固土体卡住而强行推进的不利现象，亦减少盾构刀盘 磨损。 安放反力架之前，先对底板进行清理，再对反力架进 行精确定位，使之与盾构机的中心轴线保持垂直。由于始 发基座和反力架为盾构始发时提供初始的推力即初始的空 间姿态，在安装时，反力架左右偏差控制在±１０ｍｍ以内， 在盾构机穿越加固土层后，以日进度３～４ｍ的速度推 进，对密封舱土压力、刀盘转速及压力，推进速度，千斤 高程偏差在－５ｒａｍ以内，始发基座轴线与反力架竖直轴线 的夹角为９０。。 （六）始发导轨安装 洞门凿除后，盾构刀盘前端距离前方土体仍有一定距 离，为了防止盾构刀盘因为悬空而发生“叩头”现象，需 要设置导轨进行过渡，安装倾角位置与基准导轨一致。根 据现场实际情况，导轨沿始发托架一直延伸到洞门圈内， 并与洞门圈钢板焊接，导轨的另外一端与始发基座焊接固 定。同时为了不影响刀盘的旋转，避免被刀盘旋转到土舱 内而造成不可挽救的后果，导轨不宜过长、过高。 （七）负环管片安装 第一，负环管片安装准备。在安装负环管片之前，为 保证负环管片不破坏盾尾刷、保证负环管片杂拼装好以后 能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方 木或者型钢，以便管片在盾壳内的位置得到保证。 第二，负环管片的后移。第１环负环管片拼装成圆后， 用４～５组推进油缸缓慢推进，完成管片的后移，此时要验 证控制各油缸行程差小于ｌＯｍｍ。随着管片相对盾体后移， 管片慢慢脱离盾尾，需在脱出管片与始发基座之间用钢锲 及方木锲子锲紧，并用钢丝绳将管片在始发基座上张紧， 以避免成型管片的下沉和失圆。 第三，钢负环与第ｌ负环连接。负环管片的最终位置 要以推进油缸的行程来控制，在负环管片与钢负环之问的 空隙可以事先用软木衬垫填满，然后当第１环负环管片与 钢负环靠拢的时候，采用钢筋将第一负环管片螺栓焊接在 钢负环管片上，实现第一负环与钢负环的连接工作。 第四，负环管片的拼装类型。在始发时，考虑定位准 确和稳固，采用错缝拼装，但在拆除负环时错缝拼装不利 于拆除，而且负环管片容易破损。当地层条件较好，盾构 始发长度受限制时，可考虑用通缝拼装，有利于提前拆除 上半负环，以提供材料运输通道。 三、试掘进阶段的施工控制 （＿一）参数确定 盾构初始掘进是从理论和经验上选取各项施工参数， ５２ ｏ中圈高新娥：煳浊２０１１．０３ 顶推力，注浆压力及注浆量等，分别采用几组不同施工参 数进行试掘进。通过地表沉降的测量和数据反馈，确定一 组适用的施工参数。然后提高日进度为４～５ｍ，通过施工 监测，根据地层条件、地表管线、周边建筑情况，对施工 参数作缜密细微的调整，以取得最佳施工参数。 完成上述的工作要点后，将推进速度提高到正常的 计划进度６－８环／日，但以满足地表沉降要求为标准，以确 保建（构）筑物、管线的安全为准则。通过此阶段的试掘 进，对隧道的轴线控制，衬砌安装质量均有了各项具体的 保证措施，进一步掌握施工参数，能根据地下隧道覆土厚 度、地质条件、地面附加荷载等变化情况，适时地调整盾 构掘进参数，为整个区间隧道施工进度、质量管理奠定良 好的基础。对区间沿线建（构）筑物、管线的保护也掌握 了初步的规律，并以此指导全过程施工。 试推进是相对于正常掘进而言，在此期间，试推进也 是对盾构机的整机性能进行全面的检验，通过试推进检验 配套设备的配合能力，可及时修正和加强。 （二）掘进模式的选择及操作控制 第一，敞开式掘进模式。在敞开模式中，开挖室没有 加压。刀盘开挖的物料落至开挖室底部，然后由螺旋输送 机排出，要求岩层的自稳能力比较好，在刀盘上安装滚刀。 刀盘和螺旋输送机的转速均处于高速区工作，以提高刀盘 的破岩及螺旋输送机的效率。敞开掘进同土压平衡掘进相 比，可以降低盾构机的动力消耗和机器零部件的损耗。 第二，半敞开式掘进模式。盾构机可在气压平衡模式 下运行，也可称作半敞开模式。开挖室中渣土高度保持正 好在螺旋输送机入口上方足够高度，以维持开挖室里空 气压力的密闭性。该模式处于土压平衡与敞开掘进模式之 间，要求盾构机和螺旋输送机的转速处于用中间值设定。 它能快速向土压平衡转变，也能向敞开式过渡，还可以向 刀盘前方和土舱内注入添加剂，以减少刀盘磨损和快速排 土，从而减少掘进动力的消耗。 第三，土压平衡掘进模式。土压盾构是封闭式，推进 时前端刀盘旋转掘削地层、土体，掘削下来的土体涌入土 舱。对于含砂率极大、硬地层、液性指数过大含有砾石等 土质适用。泥土压必须可以对抗掘削面上地层的土压和水 压。可以利用螺旋输送机等排土机构，调节排土量，对必 须加入添加剂的土质而言，注入的添加剂必须可使泥土的 塑流性和抗渗性提高到满足掘面稳定要求的水准。 （三）盾构机掘进控制 由工地技术人员计算初设正面土压力＋水压力值，土 压力值根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算，设定值 约为计算值的１．Ｏ５～１．１倍。施工时依次开启皮带输送机、 螺旋输送机和大刀盘，推进千斤顶。盾构机根据设计的正 面土压力自动控制出土速度和掘进速度。盾构机的行程、 上下左右四个区域千斤顶压力、螺旋输送机转速、盾构扭 转、俯仰等参数将显示在显示屏上，及时做好参数记录， 并参照仪表显示、人工测量资料和施工经验调整盾构机姿 态和各项参数，使盾构机始终按设计的轴线推进。 第一，直线段推进和地层变形的控制。推力、推进速 度和出土量三者的相互关系，对盾构施工的轴线和地层 变形量的控制起主导作用，在盾构施工中根据不同土层和 覆土深度、地面建筑物、监测信息的分析及时调整土舱压 力值和注浆量的设定。同时要求推进坡度保持相对稳定， 控制纠偏量，以减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好 条件。 第二，曲线段推进和地层变形的控制。根据曲线的施 工特点调整推力、推进速度、出土量和注浆量，并根据地 层变形信息数据及时调整各种施工参数，将土压平衡值和 注浆量调整至曲线推进的最佳状态。曲线推进实际上是将 处于曲线的切线位置上的管片进行折线拟合，推进的关键 是确保对盾构头部的控制。由于曲线推进盾构环环都在纠 偏，为此必须做到勤纠，纠偏量要小，管片纠偏通过盾构 机ＳＬＳ—Ｔ系统计算，利用封顶块位置的转向实现。 第三，盾构掘进中的方向姿态控制。由于盾构隧道岩 层变化大，软硬不均，有曲线及坡度变化，盾构机掘进时 易发生方向偏差，因此在施工中应严格控制盾构机的姿 态，并正确纠偏修正蛇行，以免产生过大的地层损失而引 起地层变形。 第四，盾构机产生姿态偏差的原因和偏差标准。滚动 偏差：盾构机滚动偏差是由于刀盘切削开挖面土体产生的 扭矩大于盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩而产生 的，过大的滚动会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的 偏斜，当滚动偏差超过０．５。时，应及时对滚动偏差进行纠 正。方向偏差，主要原因：（１）盾构在小曲线上掘进，不同 部位推进千斤顶参数设定的偏差；（２）盾构主体表面与地 层间的摩擦阻力不均衡，开挖掌子面上的土压力以及切削 欠挖地层所引起的阻力不均衡；（３）开挖面岩层分界面起 伏大，岩层软硬不一致：（４）受盾构刀盘自重的影响，盾构 也有低头的现象，引起竖向偏差。 四、结语 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。 参考文献 【１】周文波．盾构法隧道施工技术及应用ｆＭ】中国建筑工业出版社， ２００４． ｆ２】张凤祥，等．盾构隧道［ＭＪ．人民交通出版社，２００４． 【３】富康峰，张信其．浅谈盾构法施工地铁区间隧道的施工工艺Ⅱ】 ＿甘肃科技２００９，（１０）． ［４】唐孟雄，陈如桂，陈伟．广州地铁盾构隧道施工中管片受力监测 与分析们．土木工程学报，２００９，（３）． ｉｓ】李博，苏华友，赵旭伟．成都地铁盾构隧道地表沉降分析叫．城 市轨道交通研究，２０１０，（４ｌ 作者简介：李洲，男，中铁五局（集团）城市轨道交通分公司工程 师，昆明轨道交通首期工程土建施工项目标段一（Ｂ）项目部项目经理。 （责任编辑：陈倩） ２０１ １ ０３ ｏ中闯高新技术企业５３