富水软土地质区域隧道施工中盾构始发技术的探讨

富水软土地质区域隧道施工中盾构始发技术的探讨

高成龙

中铁九局集团第一建设有限公司，江苏省 苏州市215200

摘要：盾构法在地铁隧道工程中得到了广泛的应用，其中盾构始发是其中的一个重要环节。为了确保盾构施工的质量和安全，施工中的操作人员必须对其进行详细的研究，并在实际工程中合理的运用。介绍了盾构机在地铁隧道施工中的应用，并对如何控制其质量提出了行之有效的控制措施。

关键词：富水软土地质；隧道施工；盾构隧道

引言

现在，随着人口的增长，交通压力越来越大，城市间的交通还可以通过高速铁路、航空等方式进行，但是在城市中，公共汽车已经无法满足人民的需求。因此，越来越多的城市选择了地铁，而随着地铁的大量兴建，盾构机的大量应用也随之出现。而在隧道工程中，由于盾构法施工经常发生意外，在这两个过程中，大约有半数以上的意外都是在盾构始发和盾构接受过程中出现的，本论文以我单位在苏州地铁项目为依托，在盾构施工阶段，本文从端头加固、反力架及始发基座安装、洞口封堵、灌浆等施工工艺中的一些关键技术环节进行了阐述，以期对同类盾构工程具有一定的参考价值。

1盾构始发技术原理

工程在施工过程中，要想保证相应的技术发挥具体的作用和效果，就需要明确盾构始发技术的原理，并且了解具体的施工工艺。该工程的施工工艺主要是：盾构井端头加实心段采用φ850@600三轴搅拌桩，洞门底部预留排水球阀，三孔注浆管段组合使用。该方法不仅可以减少隧道开挖的危险性，而且可以缩短隧道的封闭时间，为以后的工程建设提供了良好的环境。合理地安排了盾构的施工顺序，后一次的吊装只需要半天时间就能完成，破开的洞口采取逐层逐块连续喷淋的方式，确保了盾构始发的安全。从机理到参数的保护措施，可以使管理者认识到环境保护的重要性，从而降低环境污染。

2盾构始发技术施工工艺

2.1操作要点

盾构始发技术在具体应用过程中，要根据具体的要求进行操作，并且掌握相应的操作要点，以下针对操作要点进行了分析。盾构井端头加实心部分采用φ850@600三轴搅拌桩，在 A. B区域弱加固区（空桩段）的投射区域中，综合水泥掺入量为9.7%；（也就是说，三轴搅拌桩的混凝土掺入量为7%), A区域的混凝土强度（实桩）投影区域的混凝土掺入量为27.69%（即，三轴搅拌桩的总混凝土掺入量为20%)，B区域在实桩投影区域中的综合水泥掺入量为20.7%（也就是：三轴搅拌桩的总混凝土用量为15%)；止水帷幕是用850@600三轴搅拌桩进行的，在400 mm的交叠区域中，混凝土的掺入量为25.63%（即，三轴搅拌桩的整体混凝土用量为20%）。在止水帷幕与围护结构的交界处，采用2个双管旋喷桩进行加固，其水泥用量为300 kg/m。在防渗帷幕区域设置6个降水井和2个观测井，如果渗漏情况比较严重，可以减少1个。

2.2加固土体质量检查

在成桩28天后，取钻头取样，对其进行无侧限压缩强度测试，并对其进行了不低于1.0 Mpa的测试，并对其进行了4%的检验，并不低于9个。当固化剂的强度满足要求时，应检查加料的渗透性能，并在站台末端的每个孔洞上打9个水平钻孔，在加入固体后，长度为0.5米，孔径为50毫米。对9个钻孔的总流量进行了测量，要求9个钻孔的总流量小于30 L/h。若出水超出规定的范围，应对地表进行灌浆，并加大降雨强度，直到达到规定的程度。

2.3台车下井前轨道铺设

始发台临时铁轨：为便于台车和电瓶车的行走，必须预先铺设铁轨，将工作井与平台相连，其方法是：先用工字钢把支架制作成 T形支架，再放入工作井中，台车和电瓶车在地上组装好后，先将电瓶车抬下了井，再由6号台车到1号台车，按照顺序，将后面的设备一起抬下了井。由电瓶车将台车拖入站台，按照预先设定的起始架中线位置，用全站仪测得平台轨道与电瓶车轨道的中心位置，并铺上一条43公斤/米的铁轨。

2.4安装盾构始发架

在盾构机下井前，按隧道设计轴线和钢环的中心位置确定了盾构起始姿态的空间坐标（高度），由起始长度计算出负环的长度和工作井的结构尺寸，确定起始车架的各个方位。

2.5盾构机组装、调试

在设备起重时，要有专业的安全管理人员在现场进行，所有工作人员都要严格按照各自的工作程序，按照相应的质量进行具体的操作，每个人要负责好每个人的项目，做到各司其职，不能够出现擅自作业的情况。在盾构机装配完毕后，进行设备的调试，其关键是电气设备的安装，不得出现错接漏接的情况，并严格按照业主方的要求进行。

2.6反力架安装

在对反力架进行安装时，要考虑到多项问题，以下针对安装的注意事项以及具体的流程进行了分析。在起动时，反力架和起始支架为盾构提供初始的推力和初始姿态，在安装反力架和起动支架时，反力架的左右偏差应在±10 mm以内，高度应在±5 mm以内，上下偏差在10 mm以内。在反作用力框架的横梁后方留下48个螺栓孔，以支持接头。支架由外径600毫米、壁厚10毫米的钢管制成。在钢管的中部焊接环状钢板以增强其弯曲强度，在环状钢板和钢管之间采用三角筋加固，其纵向焊缝为 V形，两端焊接30 mm厚的钢板。采用预埋式钢板连接反力架和站台侧壁，采用二级纵向对接焊接，端脚采用角焊，焊接等级 II，其他三级。确保了焊接的质量。焊缝的高度一般情况下在15毫米以上，钢管的加工精度为：椭圆度不能超过2 D/1000 。此次斜拉索所用的钢管是在车站主体工程完成后，在进行土方开挖时，用来支撑基坑的钢支架。当隧道开始施工的时候，主体结构已经完成了一半，钢梁也被拆掉了一半，需要用到的钢材来支撑。省却了传统的双拼式、三合式工字钢的工作量，节约了工字钢的生产成本。施工钢管斜撑加工仅需要一名工人用螺栓将其固定在一起。

2.7洞门破除

在盾构施工开始之前，需要对始发井的起始侧洞口进行分段凿除，在凿除之前，用脚手架从上到下分层开挖，首先用气焊将外侧的钢筋切开，然后用三个风镐将其逐层凿除。然后露出了里面的钢筋。在盾构机的刀片到达连续墙之前大约0.5-1 m时，应立即切断剩余的钢筋，并认真地检查和清除剩余的钢筋，特别是连接墙体的 H型钢，如果不清除，很可能会对刀盘产生很大的影响。在开挖隧道入口之前，需要通过钻孔来进一步直观地观察隧道开挖后的作用，以确定起始部位的地基加固效果是否符合隧道开挖的安全起动条件。

2.8洞口防潮设备帘布橡胶板的安装

为了确保盾构机洞与洞门之间的间隙密封性，在开始施工时不会产生水土流失和同步灌浆损失，必须在洞口设置起止水装置。启动闸门的密封机构有帘布橡胶板，螺母和垫片（必要时也可在洞门钢环内焊接长盾尾刷手涂密封油脂）。

为确保在盾构开始时快速、牢固地安装密封件，在竖井内衬墙结构的施工中，在预留孔口预埋环形钢板，预埋环与内衬墙体一起施工。为了防止盾构机的刀片划破了帘布胶片，从而影响到封口的密封。帘布胶板用螺钉紧固，再用圆环板、折页压板等。

2.9安装负环管片

负环安装之前，需先涂上一层盾尾钢丝刷油（10公斤/m)，以使钢丝充分充满油脂，用人工撬开钢丝刷，并在钢丝刷内注满油，并仔细检查。负环在盾构机上组装完毕，再用千斤顶将其逐个圆圈顶出，同时确保其法平面与起始轴垂直，并在需要时贴上纠偏材料。同时，完成了洞口的轨道。

盾构始发部位为8个负环，并进行了错接式装配。在负环装配完毕后，为确保在不破坏盾尾刷的情况下，将其向前推进。在装配负环管片时，必须在盾尾下部盾壳中避免使用千斤顶撑靴的部位，焊接4个长度1.2米的φ30圆钢，并将其沿着盾构方向进行安装。为了防止负环管片脱离盾尾而沉入，利用三角木楔将负环混凝土管段与端部之间的间隙填满，然后在起始平台上焊接工字钢顶住环板和环板之间的缝隙。为了避免负环在脱离盾尾后变形，采用手动拉葫芦，用20号钢丝绳将其圈收紧。

2.10始发试掘进

一切准备就绪后，就是正式启动，在第一次开挖的时候，土压要比理论上稍微低一些，不能太快，不能太大，不能让盾构机在地基上出现“磕头”。

在盾构工程中，前期开挖是一个技术难点，不能草率行事，必须步步为营。在初期掘进阶段，分别对推进速度、土仓压力和灌浆压力进行了调整，具体包括：推进速度20~30 mm/分钟、土仓压力0.06~0.11 Mpa、注浆压力0.15~0.2 Mpa。在初步推进过程中，选择了六项施工管理指标：主要包括土槽压力以及总推力，除此之外还有推进过程中的速度和设备运行过程中的转距，同时也要考虑到在注浆过程中的压力以及注浆量等问题。其中以土压为主要管理指标。

2.11洞门封堵、进洞封环

为了保证盾构机在充分进入加固区后，不会有地下水等从洞口涌出，并成功地完成了起始，所以在盾尾完全进入后，要将其封闭。封环时，盾构机刚从站台出来，进入隧道，封环的作用是封闭洞口橡胶帘布与管片之间的间隙，并在其上形成一定厚度的石块，保证了同步灌浆浆料不会从胶帘与管片之间的缝隙中溢出，保证了同步灌浆质量。封环应从0到4环之间的距离开始，由下至上的环间加密。首先是注浆口，然后是第一个注浆孔，随后是第二个注浆孔。注浆1、3注浆压力分别为1 MPa和1.5 MPa。封环质量不仅与二次灌浆质量有关，而且与加固区的加固质量也有一定关系。在加固区域，如果渗透量大，则封环效果会较差，反之则会更好。富水软粘土层的自稳性非常差，在盾构施工过程中，同步注浆的浆体很容易被地下水冲走，无法对管片进行有效的防护，因此，必须采取二次注浆法来进行填充。由于地下水资源丰富，故宜采用速凝浆。

2.11.1壁后注浆

在盾构机的尾端距离洞口约1米处进行墙后灌浆，由土木工程人员根据理论孔隙率和墙后灌浆的数量，采用双控制的注浆量和灌浆压力，保证了洞口的密封。

2.11.2二次注浆

当灌浆量和灌浆压力没有满足规定时，洞口幕布出现渗漏等情况时，应立即停止后墙的灌浆，在洞口预留的注浆口内开始注浆，并在0-3圈内用二次灌浆装置进行注浆。

2.11.3双液浆

双液浆浆料的原料是42.5水泥、自来水和水玻璃。

水：水泥：40 Be的水玻璃=1:1:1

3质量控制

3.1.物料进入现场的品质保障措施

始发工程所用的盾尾油脂、钢板以及主要原材料，都要根据施工单位的要求选择，由施工单位自行选择原材料，并按规定的程序向监理报告。在此过程中还要与监督部门一同针对生产的规模以及供货的能力等进行有效的评估，确保产品的质量情况是符合要求的，并在批准后方可进入市场；对进场原材料、半成品的出厂证明、出厂批号、合格证或品质保证书进行审查。进场物料的外观检查通过后，应填写《材料进出场检验记录》，并由实验室根据抽样比例对物料进行抽样送检；在对原材料进行跟踪时，实验室以及车间等要负责好各项工作，对物料进行有效的追溯，在此过程中要考虑到外加剂注浆材料以及水泥等材料的追溯问题，在此过程中还要根据实际情况做好记录工作，并且要进行签字和盖章，主要的记录内容包括材料的出场时间以及来源等。

3.2测量

测量人员和仪器必须具有绝对的可靠性，并具有一定的稳定性。所有参与测量的人员均须持有相应的证书，并对每一名计量人员实行岗位责任制。计量仪表应按规定进行检验，并在有效期限内进行控制。同时，要强化计量器具的管理；相应的点在确定之后要做好测量工作，随后进行相应的施工放样，施工团队应坚持“先验后用”的原则，在确认已知点正确后再进行。测量工作在开展过程中要根据实际情况开展复测，针对放样工作要进行复测，竣工测量工作在开展过程中也要进行复测，再进行交接桩以及施工放样工作时，要做好相应的书面记录工作，并且双方签字，重点桩的标点应附有图解；所有工程施工放样测量数据均应在专用本上进行计算和复核，并绘制放样示意图，标高、里程、坐标等必要的完整数据。测量所用的图纸和数据，应仔细检查，确定无误后，才能投入使用。原始记录，应当场完成，不得事后补记、补画，不准修改，不符合要求的重新测试；测量过程要有详细的、可追踪的书面记载，包括测量设备编号和名称，人员分工，测量读数，复核人等。如果存在不详细或者是有疑问的地方，要参考相关的计量标准，确保整体的测量工作具备可靠性，这样才能够使工程更加的安全可靠。

3.3监测

设立专门的监督团队，并在内部设立二级监督体系，按照指定的时限对仪器进行审批；根据业主提供的参考数据，及时进行重新测量，保证测量结果的准确性；根据工程实际情况，对工程建设的影响因素进行了分析与监测。在1:500的线路平面图上标明重点监控目标和监测点；按规定设置地面沉降监测断面及对应的监测点；收集所有受保护人员的详细调查信息，以便随时查询；在开挖前对各监测点进行初步测量；在盾构机前、后20米处，每日进行加密监测，之后逐步减小，直到达到稳定状态；每日监测结果应及时向主管工程师报告（上报监理工程师）；当监测数据有异常时，应立即向有关工程师汇报，并对其进行加密，以便进行处理；建立监控系统的信息化建设过程。

结束语

综上所述，采用这种方法进行的盾构始发，既缩短了工期，又节约了人力，而且在施工中没有出现安全事故，该方法在富水软土地层中的开孔风险大，洞口封堵过程中浆液流失迅速，不易注满，均有效控制，节约了约117615元的使用费用。采用该工艺，可明显降低孔口封堵注浆量和二次灌浆用量，并能有效地控制管片的上浮，确保成形管片的姿态趋于平稳，从而缩短了施工周期，这样不仅能够使施工单位节省相应的费用，还能够提高整体的施工质量，工程的进度也能够得到很好的保障。

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