浅谈地铁盾构施工技术

浅谈地铁盾构施工技术

（黄栋良    张志伟    崔攀  ）

中建三局集团有限公司  陕西 西安 710075

[摘要]随着城市轨道交通建设的不断深入，盾构技术在地下工程领域的应用越来越广泛，盾构施工所面临的环境及地质条件也更复杂，盾构施工难度和风险越来越大，仍需不断创新和突破。本文结合雁鸣湖站区间盾构工程实例，详细介绍了盾构施工技术控制。

[关键词] 盾构机；管片；掘进；注浆；

1、工程概况

雁鸣湖站区间位于西安市灞桥区，区间自雁鸣湖站出发，上跨东三环，在云扉巷入地下穿半引路，向东地下敷设，下穿绕城高速，向南地下敷设至西安东站，线长853.402m。

2、工程地质

盾构区间隧道上覆地层主要为：杂填土、素填土、黄土状土、古土壤、水上老黄土、粉质黏土、卵石；洞身地层主要为：粉质黏土及少量卵石、砂、黄土状土；下伏地层主要为：粉细砂、中砂、粉质黏土。

3、施工工艺

1.1工艺流程

盾构正常段掘进施工流程见图

图1盾构正常段掘进施工流程图

1.2施工方法

（1）盾构机系统的维护检查

为了保证盾构施工顺利进行，在盾构机掘进之前，需要对盾构机设备系统进行维护检查工作，维护人员通过操作司机根据显示器上的数据分析出各机构的状态，进而有针对性的特别维护。

（2）盾构掘进及出土

1）盾构机掘进

通过对前120米的试掘进所获取的相关数据，在开始正常掘进之前，需要在操作室的PC上对掘进的各种参数进行设定，此数值在一般情况下设定后不需修改，如遇到特殊情况再进行修改。

2）盾构机出土

盾构机掘进施工工艺流程

图2 工艺流程图

（3）管片运输及拼装

管片输送及拼装总体施工流程如下图所示：

          图3 管片运输及拼装总体流程图

1）管片拼装

①管片选择

在特定的情况下选择拼装何种形式的管片必须考虑多种不同的条件。操作手必须了解上一环拼装的管片的姿态，从以下几方面获得：

盾构主体和盾尾之间的铰接油缸的伸长量；拼装好的管片与盾尾内径之间的间隙（盾尾间隙）。在管片拼装机移动架上布置测距传感器，测量时随着盾构机推进时测距传感器不断发射激光到盾体内壁与管片内壁，并接受反射信号，得出与传感器的之间的距离，将所测数据传递到导向系统工控机，同时结合管片厚度，通过计算，得出所测位置管片与盾尾之间间隙距离。顶在上一环拼装好的管片上的主推进油缸的伸长量；当以上所有测量工作都完成以后，可以开始选择管片。

②管片拼装前的起动顺序

在管片拼装之前，首先需要在盾构机的中央操作室的控制面板上进行管片拼装前的起动控制，具体步骤如下：

起动管片拼装机油泵，起动推进系统油泵，起动辅助系统油泵，选择管片拼装模式

管片起吊、移动，管片需要一片一片地由盾构机上的管片吊车卸下，管片一部分放在管片存放机上，另外一部分放在台车附近的管片存放区内。用管片吊机将管片从管片运输车上吊起，转90度移动送至管片存放机的堆放平台上，管片存放机前行至管片拼装机下方，每次一片管片吊放到管片存放机上以后，都将向前移动一步。

④管片拼装就位

拼装时，管片拼装机从下向上次序安装管片。待底部管片就位后，依次拼装两侧的标准管片和邻接管片，最后安装封顶管片，封顶块搭接其长度的1/2，径向推上，然后纵向插入成环。安装机尽量居中安装，以减少接缝出现错台，保证拼装质量。管片就位后立即安装并拧紧管片弯曲螺栓，以固定管片位置，控制接缝张角。管片拼装成环后再拧紧一次，待推出盾尾至10环时再复紧一次。为了既能安装管片，又能保持千斤顶对工作面的推力，采取安装哪个部位的管片，就可以收回该部位的千斤顶，管片安好后，千斤顶立即顶紧该管片，其余千斤顶维持工作状态。这样可以保持工作面推力，盾构不致后退。

具体的拼装顺序如下：

当管片由管片存放机送到管片拼装机下后，降下管片拼装机，对准管片上的吊装螺栓；锁紧吊装螺栓；将管片拼装区域的千斤顶缩回；用管片拼装机缩住管片、提升、前移（推进方向），旋转并将管片放到要求的位置； 在一个千斤顶顶上以后，通过调整拼装机头部的平板，可以使管片错台达到允许范围之内。管片由其他千斤顶顶住并穿上螺栓拧紧；松开吊装螺栓并从管片上移出管片拼装机，将其转回提升管片的位置，准备安装下一块管片。吊装螺栓要卸下继续使用；重复直到把3个标准块和2个连接块拼装完毕；最后进行封顶块的安装：封顶块与其他管片一样由管片拼装机进行安装；核实2块临接块内弧面前部的间距；为使封顶块插入顺利，密封胶条应用肥皂擦；为避免管片损坏，在把封顶块完全插入之前，应将连接块上的纵向螺栓和千斤顶松开。管片拼装完毕之后，应测量千斤顶伸长量和4处盾尾间隙，并将结果填入管片拼装报表。当拼装好的管片脱离盾尾时，螺栓应进行二次复紧。

⑤管片拼装的注意事项

在拼装机带着管片移动期间，在管片拼装机活动范围内不能有工人；管片拼装要在考虑螺栓周围允许间隙的同时，尽量将管片的转动量控制在±50mm之内；各管片之间的环向接缝通过拼装机旋转的动作挤紧；纵向接缝通过拼装机移动的力和千斤顶在拼装模式下的顶力挤紧。

3）管片拼装质量控制

①拼装技术

本工程区间管片环间拼装方式采用错缝拼装方式。

a.对于盾构推进，第一环的拼装质量对于整条隧道的拼装具有基准面的作用，因此严格控制第一环管片的拼装质量使之达到规定的要求。第一环管片是在工作井内负环之后拼装，拼装工作在井内的盾构基座上进行。

b.保证管片和缓冲材料的质量符合拼装的要求。管片的强度、几何尺寸、纵向和横向螺丝孔的位置、直径都要保证满足质量标准。缓冲材料的质量要符合拼装工艺的要求，确保缓冲材料的强度、压缩性能、回弹性能、材料均匀性能、材料的厚度误差均满足要求。

c.保证管片拼装的质量。管片的拼装质量符合质量标准的要求，保证施工符合设计规定、满足使用的要求，是顺利、安全、优质地完成盾构推进任务的最基本要求。

d.加强螺栓的一次拧紧和多次复紧工作。整条隧道由数千块管片组合而成，靠纵向、环向螺栓连接，螺栓连接的质量是隧道衬砌整体性关键。螺栓拧紧不足，管片成环后容易造成在千斤顶作用下错位，降低了环面平整度，从而直接影响下一环拼装。拧紧和复紧可以提高成环的质量，尤其是多次复紧更有利于提高成环的圆度。每环拼装结束后及时拧紧纵、环向螺栓，在推进下一环时，在千斤顶顶力的作用下，复紧纵向螺栓。

e.加强盾构姿态的控制。盾构姿态的控制与管片拼装质量的控制是相辅相成的，精确的盾构姿态控制可以为管片的精确拼装提供条件，是提高拼装质量的基础，也为盾构的推进创造有利的条件。

f.管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象。在拼装过程中的破损进行修复，修复方案报监理工程师批准后执行。

②管片纠偏

盾构轴线的纠偏首先是衬砌的纠偏，力争使衬砌的环面与设计轴线接近垂直。轴线的纠偏是一个过程，要连续几环才能得到控制。在出现偏离轴线趋势时，及时调整千斤顶的行程差，必要时加贴纠偏楔子进行纠偏。

a.平面轴线纠偏采用左右千斤顶的行程差来控制。纠偏做到勤测勤纠，纠偏量每环控制在5mm以内，避免过量纠偏增加地层的扰动，增加地面沉降及对建筑物危害，同时使环缝加大而引起漏水。

b.管片在拼装前查看前一环管片与盾尾间隙，结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。管片拼装防止出现内外张角、踏步和前后喇叭，保证管片拼装精度。

③拼装椭圆度控制

管片拼装成环后，及时检查其椭圆度，方法是用钢卷尺或插尺量测管片外壁和盾壳内壁之间的间隙，每块管片测一次。根据测量成环管片的椭圆度来采取措施。

a.利用拼装千斤顶对短轴向的管片施加压力进行整圆处理；

b.紧固短轴和长轴向的环向螺丝。

（4）同步注浆

该模式主要在进洞和出洞时采用，也可以在特殊情况下采用，具体由盾构操作司机来决定。手动模式要从注浆控制面板上选择。注浆时，注浆操作手选择从哪条管路注浆，然后启动注浆泵以开始注浆。如果注浆操作手取消了某条管路的注浆，或者最高限制压力达到了5bar。那么管路上的注浆将停止。

4）注浆检查

（1）注浆后，管片间隙是否漏水，如果漏水则表明背后注浆不饱满，则加大注浆量。

（2）通过观测注浆后的地表沉降，来检查注浆效果。如果地表下沉比较明显，则表明注浆压力不够或注浆不饱满，浆液的收缩性过大，则需加大注浆量。

（3）管片脱出台车后可采用雷达扫描对管片壁后注浆效果进行检查，对存在空洞的位置及时进行二次注浆。

（5）二次注浆

盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，如发现同步注浆有不足的地方，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。二次注浆时间原则上在管片退出台车前进行，根据沉降监测情况进行二次注浆。

二次注浆单独配备注浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，从下到上、左右对称注浆，安装专用注浆接头。二次注浆采用水泥+水玻璃双液浆，注浆压力一般为0.2～0.4MPa。确保压浆工序的施工质量。

1.3检查要求

（1）盾构掘进

1）掘进前明确设计线路的各项参数，通过测量，判断出盾构机的当前位置，并根据掘进前的各项监测成果，确定下次掘进的各项参数；

2）盾构操作手严格按照规程进行操作，严禁违规操作；严格按主管工程师的指令进行参数的选择和操作，遇有突发事故，立即停止掘进并迅速向值班工程师报告，没有新指令前，不得擅自开始掘进。

3）掘进过程中，值班工程师全过程监视盾构机的掘进，根据实际情况随时发出指令。对盾构机方向有疑问时，要加密人工测量，对自动测量结果和人工测量结果经常进行比较，以确认其准确性。

4）每环推进过程中，严格控制平衡土压力，使切口正面土体保持稳定状态，以减少对土体的挠动。采取信息反馈的施工方法对盾构推进进行质量控制，在盾构推进过程中进行跟踪沉降观测，并及时反馈沉降数据，为调整下阶段的施工参数提供依据。

5）必须及时地掌握盾构机的方向和位置，严格对盾构机进行姿态控制，确保到达段施工隧道偏差控制在10mm以内。推进测量管理应在每推进一环后进行，通过对测量数值的分析计算，及时地发布操作指令，通过调整盾构千斤顶的组合适时纠偏。

（2）管片安装

管片运输中要轻吊轻放，避免碰撞。安装前专人检查管片及其防水材料：止水条的位置种类是否正确，止水条与管片是否连接牢固，管片是否有不合要求的裂缝、破损等缺陷，管片的标志是否齐全。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，并严格控制管片成环后的环、纵向间隙。安装管片时要缓慢、均匀，对好位置后才能上螺栓，如果插入螺栓困难时，要分析原因，仔细调整位置，切忌大幅度移动，强行安装；

（3）同步注浆

注浆前进行详细的浆液配合比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，满足设计施工要求；检查盾尾的密封性，保证浆液不泄漏；保证注浆管路的畅通。做好注浆设备的维修保养，注浆材料的供应，保证注浆作业顺利连续不中断的进行。

（4）二次注浆

所使用注浆材料必须进行复检，合格后，方可使用；注浆前进行详细的浆液配合比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，满足设计施工要求；注浆前，必须做好设备的检修工作，确保设备可以正常运行，注浆管路通畅；二次注浆过程中，注浆量与注浆压力双重控制。

（5）隧道防水

1）管片在满足龄期、达到设计强度后及出厂检验合格后方可运至施工现场，安装前须检查管片的完好性和防水材料的粘贴情况，确认完好后按工艺要求进行安装连接。

2）管片的防水材料避免受潮。吊装和拼装过程中应防止剥离、脱落或损伤弹性密封垫。封顶块安装时两侧的密封垫表面涂抹水性润滑剂，并及时拧紧和复紧连接螺栓，确认止水垫圈的完好性，保证管片间的连接牢固。嵌缝防水施工须在隧道沉降变形稳定后进行，嵌填时应先涂刷基层处理剂，并保证密实平整。及时对管片背后的空隙进行回填注浆，注浆结束后封固注浆孔。根据管片渗漏水的不同部位、不同形式，采取各种具体处理措施。

4、结语   

面对人民生活水平的不断提高，交通的发展成为城市规划建设的重中之重。地铁这一轨道交通工具将显著地缓解城市交通压力，疏解交通拥堵、改善居民的出行，盾构法技术也将应用于更多的城市建设之中。

参考文献：

（1）秦汉礼，盾构施工技术（J），隧道建设，2016(09)

作者简介：张志伟（1981-），男，高级工程师，2004年毕业内蒙古大学土木工程系，（daobo888@126.com）。