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浅析盾构法隧道始发准备施工技术

发表时间：2020/12/11 来源：《基层建设》2020年第24期作者：许毓昌

[导读] 摘要：随着近年来盾构法施工在隧道中不断的普及以及运用，盾构依靠着安全性高、适应性强、施工效率快等特点在新一轮隧道及地下工程建设中发挥着越来越重要的作用。

        中交第三航务工程局有限公司厦门分公司福建省厦门市 361000
        摘要：随着近年来盾构法施工在隧道中不断的普及以及运用，盾构依靠着安全性高、适应性强、施工效率快等特点在新一轮隧道及地下工程建设中发挥着越来越重要的作用。盾构始发作为盾构隧道施工中的关键环节，近年来其工艺也在不断改进、完善。本文以厦门地铁二号线长庚医院站～翁角路站盾构区间施工为例，通过对始发准备过程的施工工艺以及施工中的要点进行详细阐述，为今后盾构始发准备施工提供一定的参考作用。
        关键词：中砂层；加固区质量控制；加固区降水；钢套箱安装
        1工程概况
        长庚医院站～翁角路站盾构区间采用2台型号6450（中铁装备）盾构机进行施工，盾构均由长庚医院大里程端始发、翁角路站小里程端接收。线路自长庚医院站大里程端头始发，沿新阳北路北侧绿化带铺设，途中下穿新阳北路排污渠、一处排洪渠等建构筑后到达翁角路站小里程端头接收。隧道段范围内现状地面标高4.8m～8.6m。
        本工程盾构始发洞身主要位于<8-4>中砂层中，中砂层富含承压地下水，渗透系数大，盾构在始发过程中易发生涌水、涌砂等情况，安全风险高。因此，在砂层中进行有效的加固以及预防涌水、涌砂等情况是本工程面临的施工难点。
        2.始发准备施工
        2.1施工工艺
        盾构始发工艺流程见图1。

        图1盾构始发工艺流程图
        2.2施工流程
        2.2.1始发端头加固及降水
        本工程盾构区间始发端头采用三轴搅拌桩+双重管旋喷桩进行加固，在加固区内（隧道结构范围外）增设6口降水井，管径300mm。端头加固情况详见表1。
        表1端头加固情况表

        2.2.2始发设施安装
        （1）始发托架安装
        首先经测量人员复合盾构井底板标高，确定盾构井底板混凝土垫层厚度，垫层采用C20混凝土现浇；完成垫层浇筑，测量人员对垫层标高进行复合，并放出隧道中心线，现场技术人员根据情况对始发架进行初步定位；始发托架调整就位后再次由测量人员进行复核，确保盾构机在始发托架上组装完毕后中心与隧道中心重合，为了避免盾构机始发后磕头，始发托架前端比设计标高提高20mm。经复核无误后，对始发托架进行横纵方向加固，防止始发时托架发生位移，固定后再一次检查盾构始发托架的位置。
        （2）反力架、基准环安装
        利用始发加固区域范围内的场地，将反力架的上、下横梁以及两根立柱拼装成一个稳定的整体，连接处利用螺栓进行连接锁紧，反力架正面向上并利用方木水平放置在地面上。
        将基准环没有螺栓孔的一面面向反力架，平放在水平放置的反力架上，准确调整反力架的中心位置，并保证基准环处于正确位置。经反复校正中心定位及楔形定位后将基准环焊接在反力架上。
        利用现场门吊将反力架分部吊入端头井，竖立在事先安装好的反力架预埋件上，经专业测量人员测量校正其水平、前后的高度，确保基准环的中心与隧道的中心线重合，基准环的平面与隧道中心线垂直以后将反力架的立柱与预埋铁栓接。
        最后安装反力架剩余斜撑等部件，将反力架与后背端头井底板上预埋件进行焊接，严格控制焊口焊接质量，保证焊接强度符合设计要求。
        2.2.3盾构组装调试
        将盾构机的组装场地划分为后续台车存放区、主机存放区、吊车存放区，盾构机按后配套台车、主机依次进场组装。
        盾构组装时采用一台350T履带吊、一台150T吊车，其组装调试流程详见图2。

        图2盾构组装调试流程图
        2.2.4洞门密封装置安装
        （1）钢套箱安装
        区间左线始发洞口采用钢套箱辅助装置，钢套箱分四块进行安装，安装前需将套箱内部两道盾尾刷焊接牢固，盾尾钢丝刷弹簧板采用长边为350mm，短边为300mm的钢板。钢丝刷底板长度为115mm，厚度为28mm的钢板。钢套箱安装前需搭设平台，手拉葫芦配合安装。保证钢套箱中心与盾构机中心重合，防止盾构机进洞时卡住盾壳。钢套箱安装示意图详见图3。
        盾构机安全进洞后立即组织人员快速焊接0环特殊环（圆周表面预埋钢板）与弧形封板之间的间隙，防止有水土从盾构机壳与钢套箱缝隙流失。密封后对管片后及时注浆，封堵洞门。钢套箱剖面示意图详见图4。

图3钢套箱安装示意图

        图4钢套箱剖面示意图
        （2）帘幕橡胶板+折叶式止水翻板密封安装
        区间右线始发洞口密封装置采用帘幕橡胶板+折叶式止水翻板，结构形式见图5。施工分两步进行：第一步在盾构井结构施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，完成洞口密封帘幕橡胶板及翻板的安装。

        图5止水翻板示意图
        2.2.5盾尾内负环管片拼装
        （1）安装管片定位圆钢：因盾尾内径与管片外径之间有30mm间隙，在拼装负环管片时，需要在盾尾下部盾壳内焊接1.2米长的φ30mm圆钢6根，位置为拼装-9环管片时底部B1、B2、B3标准块两端各1根，沿盾构方向放置，尾部靠在盾尾刷附近。圆钢靠近撑靴处与盾壳点焊2个点，以方便负环管片安装完成后将其割除。
        （2）拼装落底块B2：-9环管片封顶块F在16点方向，落底块B2中线与隧道铅垂中线重合。-9环管片测量定位时，管片的后端面应与线路中线垂直，在管片安装机位置定出隧道中线，落底块B2中线螺母与之对应，确保后期管片安装角度符合设计要求。
        （3）拼装标准块B1、B3：B1在盾尾左侧，B3在盾尾右侧。每安装一块管片，应立即将管片环向连接螺栓插入连接孔，并戴上螺帽用气动扳手紧固。管片安装到位后，应及时伸出相应位置的推进千斤顶撑靴固定管片，防止管片倾覆，然后方可缩回管片拼装，将拼装机转动到正下方位置。
        （4）拼装邻接块L1、L2及封顶块F：安装-9管片上部2块邻接块及1块封顶块时，因-9环管片为第一环，没有纵向螺栓固定管片，所以在拼装邻接块时，先将其与标准块的环向螺栓连接。现场拼装时将临接块抬升10mm以便封顶块的插入，邻接块上部用单边长为37cm厚20mm的4块L型槽钢焊接在盾壳上。封顶块就位后，用螺栓连接，割除L型槽钢，两块邻接块落下与封顶块搭接密实。
        2.2.5洞门水平取芯
        （1）水平探孔共计9个，孔径为φ50mm，孔深3m，探孔孔位布置示意图见图9；
        （2）9#孔应适当偏离洞圈正中心位置20cm；
        （3）钻孔前，准备好如下物资：木塞9个、棉纱不少于5kg、双快水泥或堵漏剂不少于20kg；
        （4）每次探孔完后，待钻孔浑水流完后观察孔内水样情况，若一直流浑水或泥，则应将木塞缠棉纱堵住孔口，待采取注浆封堵措施。
        2.2.6洞门凿除
        区间始发洞门区域均采用玻璃纤维筋，考虑到800mm地连墙对盾构机刀具的磨损，本工程采用人工风镐凿除的方法凿除600mm厚地连墙，剩余200mm地连墙盾构机可直接顶进破除，在保证洞门安全破除的前提下也降低了对刀具的磨损。
        3浅析施工要点
        3.1始发端头加固质量控制
        （1）长庚医院站大里程始发端头隧道底下存在层厚约5m的中砂层，现场实际施工采取延长加固桩长的措施，将加固桩长透过中砂层1m，有效的隔断周边地下水透过中砂层流入加固区内，达到隔水的效果，降低始发涌水渗漏风险。地质剖面图详见图10。
        （2）严格把控成桩质量，在施工过程中根据要求严格控制三轴搅拌钻机下沉速度（弱加固区1.5m/min，强加固区0.6m/min）以及提升速度（弱加固区1.5m/min，强加固区0.6m/min），并在中砂层加固范围内将速度降为0.5m/min，重点对桩底部位进行重复搅拌注浆使浆液能充分与底部土体进行混合，提高底部加固质量；双重管旋喷桩根据试桩情况，严格控制注浆压力、注浆流量、以及气流压力，提升速度控制在0.15m/min，在砂层中将提升速度降为0.1m/min，使浆液充分渗透进砂层加强加固效果。
        （3）施工完毕后对加固体进行抽芯检验，要求无侧限抗压强度不小于0.8Mpa，渗透系数小于1×10－7cm/s，对于不满足区域进行重新补桩加固处理。
        3.2降水井水位控制
        本工程降水井深度在加固区下5m，端头降水是为了减小始发涌水、渗漏等风险而采取的措施。在降水期间，现场每隔4小时对降水井进行观测，将降水井水位控制在隧道底下3m范围内，利用水位仪对降水井水位进行日常观测。
        3.3钢套箱外接油脂控制
        始发前对钢套箱内两道钢丝刷进行手涂油脂，涂抹充分；并在钢套箱上均匀开口设置4道外接油脂管，始发前利用油脂泵将油脂提前注入，管路饱满直至溢出，通过安装压力表来监测钢套箱密闭效果。外接油脂注入示意图见图6。

        图6钢套箱外接油脂注入图
        3.4始发前机械、材料准备
        （1）配备应急物资仓库，应急物资按要求储备（考虑到始发端头地下水丰富，配备4台3.0kW水泵以及带有快速接头φ50消防水带200米）；
        （2）对现有的聚氨酯进行现场调试，确定最佳止水比例，本次实验选取亲水型和疏水型聚氨酯按1：2比例配置；
        （3）对场地内所有机械进行维修保养，尤其是在进入加固体前必须对盾构进行彻底检查，确保盾构机各方面正常；同时对二次注浆机和注脂机进行调试，确保在应急情况下第一时间正常使用；
        （4）成立应急小组，应急小组安排专人巡视始发、接收现场，随时待命，一旦发生险情及时处理。
        4.结束语
        厦门地铁二号线长庚医院站～翁角路站盾构区间已全部顺利始发，盾构始发作为盾构施工的重大风险源之一，始发准备施工尤为重要。本工程着重对始发端头加固质量、降水井水位等进行严格控制，并对始发前机械性能保养、应急材料准备进行细化管理，通过现场实际施工进行分析、总结，为今后类似的施工提供有效的参考价值。