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摘要：本文通过实例，对盾构掘进过程的推进速度、土压力设定、盾构姿态、同步注浆等重要点控制技术进行了详细阐述，为保证隧道质量提供了有效的技术支持。
关键词：盾构掘进；重要点；控制技术
前言：4号线二期工程是杭州地铁线网中的骨干线，连接了城东新城、创新创业新天地、桃源单元、杭钢新城、运河新城、城北新城、三墩北部居住区等，加强了杭州西北部区域和杭州火车东站、杭州主城及钱江新城的联系，提高了火车东站的辐射范围。
1 工程概况
1）区间概述
杭行路站~勾阳路站区间为单圆盾构隧道，勾阳路站小里程端头井始发，侧穿小洋苑居民楼，沿良运街敷设，下穿新建吴家厍港桥、邱家桥，于杭行路站大里程端头井接收。隧道设计起止里程为右线：右K41+362.237~K42+735.534，区间全长1373.297m；左线：ZK41+362.237~ZK42+735.534，在左ZK42+129.922处设一12.325m的短链，区间全长为1360.972m。区间盾构隧道覆土埋深12.47~20.3m左右。
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图1-1杭行路站~勾阳路站区间轴线走向图
杭行路站~勾阳路站轴线描述：
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2）地质条件
杭行路站~勾阳路站区间隧道始发段所穿越的地层主要为：⑤1粉质黏土、⑤3粉质粘土夹粉土、⑥2淤泥质粉质黏土，始发段隧道顶埋深为12.472m。
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图1-2 勾阳路站始发段地质剖面图
3）水文条件
（1）地表水
拟建区间线路穿越的地表水体主要为元庆桥港和吴家厍港长桥村段，详勘期间实测河水水位高程约1.98m，水深1~2m，水位、流量主要受季节和大气降水控制。
（2）地下水
根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探揭露范围内场地地下水类型主要是上第四纪松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水、基岩裂隙水等三类，分述如下：
①孔隙潜水
拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层①0、①2 层填土、②2层粉质粘土、④2层淤泥质粉质粘土中，由大气降水径流补给，排泄主要通过蒸发形式。其中填土富水性和透水性因粘性土含量不同而具明显各项异性，水量较大；赋存于粘土和淤泥质土层的孔隙潜水因地层渗透性微弱，富水性、透水性均差，水量贫乏。勘察期间测得的水位一般为0.60～2.70m，相应高程1.40～3.39m（1985国家高程），根据区域水文地质资料，浅层地下水水位年变幅为1.0～2.0m。地下潜水垂直流向不明显，水平流速较小。结合周边相关工程经验，建议抗浮设计水位取设计室外地坪下0.5m。
②孔隙承压水
拟建场地承压水主要分布于<12>4层圆砾，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘性土层。承压水主要接受古河槽侧向径流补给，侧向径流排泄，受大气降水垂直渗入等的影响较小。本次勘察实测<12>4层水位埋深在地表下0.8~1.60m，相应高程为1.99~2.97m。承压水位呈年周期性上下波动变化。虽⑦层、⑨夹层粉砂上部有淤泥质土和粘性土层等隔水层，但其呈透镜体存在，且水量很小，故该层水无承压性，为层间无压水。
③基岩裂隙水
基岩裂隙水水量受地形地貌、岩性、构造、风化影响较大，补给来源主要为上部第四系松散岩类孔隙潜水，次为基岩风化层侧向径流补给；径流方式主要通过基岩内的节理裂隙、构造由高高程处向低高程处渗流。根据本场地基岩岩性及基岩内的节理构造判定，本场区基岩裂隙水水量较小、径流缓慢。
2 盾构始发掘进
2.1 施工参数控制
1）加固区内推进
（1）推进速度
在穿越加固区时要密切关注刀盘扭矩、油温、水温等参数。盾构推进速度控制在1cm/min以内。应避免推进速度过快，促使盾构机刀盘扭矩过大，导致刀盘电机跳闸，从而影响盾构始发的安全。
（2）土压力设定
每环理论出土量＝p/4×D2×L＝p/4×6.462×1.2＝39.33m3/环。盾构推进出土量控制在98％～100％之间。即38.54m3/环～39.33m3/环。推进过程中应观察螺旋机出土口的土质变化情况及出土箱数。加固区推进土压力初步设定为0.1bar。当盾构机距离出加固区1m时，结合地面监测数据，将土压力调整为理论土压力值。
（3）盾构姿态控制 为了使盾构能顺利进入洞圈，故在推进时控制左右千斤顶行程差和盾构机坡度，使千斤顶行程差和盾构机坡度维持原来值。
（4）盾构始发推进时，总推力不宜超过1000t，如需保证切口土压时可适当加大总推力。安排施工人员密切注意洞圈止水装置是否完好，对后盾支撑进行不间断的观察，必要时需对其采取补加固措施，确保盾构始发安全。同时密切关注周边环境及监测数据进行调整推力。
（5）盾构在始发期间加强监测频率。
（6）脱出盾尾负环管片受到推力作用易发生变形，故管片外弧面加支撑，底部塞木头，予以固定。
（7）初始注浆时，注浆压力的设定要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承压能力。盾尾油脂压注量要做够且均匀，保证盾尾密封效果。
盾构处于加固区域时，正面的土体强度较高，为控制推进轴线、保护刀盘，在这段区域施工时，平衡压力设定值应低于理论值。实际推进过程中盾构土压力设定值以中部2区或3区的土压为准，具体设定值根据实际地面监测成果进行调整。
2）出加固区后的推进
（1）加固区后土压力设定
正面平衡压力：P=k0gh
P：平衡压力（包括地下水）
g：土体的平均重度
h：隧道中心埋深（m）
k0：土的侧向静止平衡压力系数（取0.8）
由此得勾阳路站出加固区后理论初始土压力P＝18.8*15.57*0.8＝0.23Mpa。
盾构出加固区后，为防止正面土质变化而造成盾构突然“磕头”，将平衡压力值设定略高于理论值，暂定为0.25Mpa。实际推进过程中盾构土压力设定值以中部2区或3区的土压为准，具体设定值根据工况条件及时调整平衡压力的值，同时根据地层变形量等信息反馈对平衡压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整，以便于盾构顺利始发。
（2）加固区后推进速度
加固区穿越后推进速度控制在2～4cm/min之间。穿越建筑物和沉降要求较高的地下管线时推进速度控制在2cm/min以内。
2.2 管片拼装
隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成，双面楔型环错缝拼装，成环形式为小封顶纵向全插入式。在管片拼装过程中严格把握好衬砌环面的平整度，环面的超前量以及椭圆度等的控制。根据高程和平面的测量报表和管片间隙，及时调整管片拼装的姿态。管片拼裝控制要点：
1）严格控制环面平整度：自负环做起，且逐环检查，相邻块管片的踏步应小于4mm，每块管片不能凸出相邻管片的环面，以免邻接块接缝处管片碎裂。
2）环面超前量控制：施工中经常检测管片圆环环面与隧道设计轴线的垂直度，当管片超前量超过控制量时，通过调整左右曲管片拼装楔形量，从而保证管片环面与隧道设计轴线的垂直。
3）相邻环高差控制：相邻环高差量的大小直接影响到建成隧道轴线的质量及隧道有效断面，因此必须严格控制环高差不超出允许范围内。
4）隧道椭圆度控制：每环拼装时，及时测量隧道椭圆度，不合格的及时纠正，直到椭圆度达到要求后再进行下一环的推进。
5）在拼装之前清除盾尾拼装部位的垃圾，并检查管片的型号、外观及密封材料的粘贴情况，如有损坏，必须修复才可拼装。第一块定位管片的拼装质量将直接会影响整环管片拼装质量及其与盾构的相对位置，除保证其与前环管片无踏步、居中拼装等一般要求外，还应保证其与隧道轴线的垂直度。
6）千斤顶按拼装管片的顺序相应缩回，拼装好后及时靠拢千斤顶，防止盾构后退。拼装结束后，伸出全部千斤顶并控制到所需的顶力，再进行下一管片的拼装，这样逐块进行完成每环的拼装，防止盾构姿态发生突变。
7）纵、环向螺栓连接成环管片均有纵、环向螺栓连接，其连接的紧密度将直接影响到隧道的整体性能和质量。因此在每环衬砌拼装结束后及时人工利用风枪拧紧连接衬砌的纵、环向螺栓；在推进下一环时，应在千斤顶顶力的作用下，复紧纵向螺栓；当成环管片推出车架后，再次复紧纵、环向螺栓。
2.3 盾尾油脂及集中润滑
在盾构调试结束后，向盾尾钢刷之间涂抹盾尾油脂，油脂涂抹要均匀、密实。由于区间隧道长度较长，因此此部工作应严格控制把关，确保区间隧道推进盾尾良好的密封防水效果。推进过程中，盾尾油脂应及时压满压足，在确保盾尾密封的同时，也能更好地保护为了保证盾构设备的正常运转，在盾构掘进过程中须不定时地进行集中润滑油脂的压注，避免由此而造成的轴承和其他设备的损坏，影响盾构的正常推进施工。在隧道掘进施工中，盾尾密封功能特别重要。为了能安全并顺利地完成区间隧道的掘进任务，必须切实地做好盾尾油脂的压注工作，确保施工中盾尾与管片的间隙内充满盾尾油脂。
2.4 盾构姿态控制
始发段施工，推进速度不宜过快，盾构坡度可略大于设计坡度。盾构机在岩层中推进时，为改善刀盘受力情况，需要通过设置在刀盘上的加泥孔，向前方土体加膨润土或者水进行土体改良。因盾构进行平面或高程纠偏的过程中，会增加对土体的扰动，因此在始发段推进过程中，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。预先计算好每环的楔子量，并在盾构推进时预先控制。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对地面、建筑物的影响。
1）平面控制（左右方向）
对于平面控制，使用左侧或右侧盾构千斤顶编组推出的行程差和合理的管片选型进行控制，控制好盾构姿态，使盾构在始发段的直线段、缓和曲线段掘进时满足轴线控制要求。
2）高程控制（上下方向）
对于高程控制，使用上侧或下侧盾构千斤顶编组推出的行程差、合理的楔子选型进行控制。
3）主要控制措施
（1）合理控制区域油压
盾构的轴线控制是盾构施工中的一个重要环节，盾构依靠千斤顶的推力向前推进。为便于轴线控制，将千斤顶设置分成不同区域，推进时通过调整区域油压，实现盾构沿设计轴线方向推进。
在切口平衡压力正确设定的前提下，严格控制各区域油压，同时控制千斤顶的行程，合理纠偏，做到勤纠，减小单次纠偏量。
（2）正面平衡压力控制
由于地质条件、地面附加载荷等诸多因素不同的制约，将导致刀盘前方土压力有所差异，为此需及时调整和管理。
（3）出土量
（4）均衡施工
盾构推进应尽可能做到连续性，减少不必要的停顿，以防止盾构下沉。
2.5同步注浆
盾构推进中的同步注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期变形的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。浆液压注要及时、均匀、足量，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填。每推进一环的建筑空隙为：
1.2×p（6.462－6.22）/4＝3.1m3
开挖外径：Φ6460mm；管片外径：Φ6200mm。
每环的压浆量一般为建筑空隙的150％～250％，即每推进一环同步注浆量为4.65m3～7.75m3。泵送出口处的压力应控制在略大于周边水压力。
本工程盾构推进施工中的同步注浆浆液采用可硬性浆液，盾构始发段同步注浆控制已注浆量为主。
压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定。
压浆时必须指派专人负责，对压入位置、压入量、压力值均作详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。本工程同步注浆采用外送大比重浆液，浆液配比如下表所示：
表1-1同步注浆浆液配比表
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表1-2二次注浆浆液配比表
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同步注浆的浆液应根据地层的地质情况进行浆液材料配合比试验，保证注浆材料的强度、耐久性，同时须严格按照注浆施工工艺流程施工。浆液坍落度应控制在10cm～14cm。
隧道内运输车以及地面上的储浆系统定期进行清洗，清洗时间基本控制在每班一次。由于盾构工作面的注浆管路清洗等原因将形成一定的废浆，对工作环境造成污染，所以利用土箱及时外运。
3 轴线偏差情况
本区间已贯通，隧道成型后，我部对管片姿态进行复测，隧道变形满足设计要求（±100mm），隧道平面最大偏差值为+33出现在90环，隧道垂直最大偏差值为-35出现在45环。
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图1-3 成型隧道管片姿态图图
4 结语
盾构法隧道施工是我国地铁建设的主要工法，盾构始发是盾构施工的关键环节之一，盾构始发工作不仅与工程的进度、质量、安全等息息相关，还与其整个工程的使用寿命紧紧相连，影响经济效益和长久发展。施工人员熟悉和掌握地铁隧道的施工质量控制重点和方法，对保证隧道的施工质量和安全生产具有重要意义。
参考文献：
[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2] 刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991.
[3] 朱科峰． 盾构法隧道施工技术简介［J］． 人民珠江，2003（5）．
[4] 张荣国． 盾构法施工的几点问题及其发展方向［J］． 国外建材科技，2004（4）．
[5] 何焕雄． 盾构法施工技术及其在我国的发展和应用［J］． 建筑技术开发，2004（4）．