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富水软弱地层盾构机始发关键技术的应用

2021-04-30 102 上传者：管理员

摘要：采用盾构机进行隧道施工在城市轨道交通建设中较为常见，盾构始发是盾构隧道施工的重点环节之一，端头加固情况及盾构始发控制是盾构始发的两个主要控制因素。以天津地铁6号线新开河站—外院附中站区间盾构始发为背景，针对该工程项目所进行的盾构始发技术，详细总结分析了盾构机始发的各项技术参数控制，能为类似盾构机始发施工提供借鉴。

关键词：
始发控制
工程施工
盾构机
道交通建设
隧道施工
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地铁作为近年国家轨道交通建设的重点内容，运用盾构机进行地铁隧道施工较为普遍，盾构机虽然施工过程可控，施工速度较快，但也存在着一定的风险，主要表现在盾构始发、接收或下穿复杂地质环境时，由于采取措施不当造成的涌水涌砂、车站倾斜、区间地面塌陷等。国内也在多个城市的轨道交通建设中，出现了城市地面瞬间塌陷，车站围护结构倒塌、盾构机掩埋等事故。

本文主要以天津某隧道盾构机始发，详细介绍其相关的控制措施和施工关键技术。为行业内盾构机始发时提供参控，降低安全风险。

1、工程概况

天津地铁6号线新开河站—外院附中站区间始发端头井，距离新开河22m，地下水丰富。盾构始发处覆土约16.8m，穿越区域多为软弱土层，自上而下(6)4层粉质粘土、(8)1层粉质粘土、(8)2-2层粉砂、(9)1层粉质粘土。距离结构约5m处有两根直径1000的雨水管和雨污合流管，埋深2.9m和4.5m，始发地基加固采用垂直冰冻法，加固范围隧道上下左右各3m，沿隧道方向2.7m，采用三排冰冻管，隧道底部设置6个水平冰冻管。

盾构始发过程存在的风险主要有:1)洞门破除过程中出现涌水、涌砂;2)刀盘处加固区、盾尾进入洞门圈时洞门密封漏水漏砂;3)过加固区时盾构机被冻住;4)冷冻管拔除过程中拔断漏水、漏砂等。

2、盾构机始发前技术准备要点

1) 盾构机增加径向注浆。沿盾构机切口环四周设置径向注浆管，前盾设置了12处径向注浆口，中盾设置了5处径向注浆口，在始发时可随时进行注浆、聚氨酯等止水材料。

2) 洞门密封装置加固。盾构始发埋层较深，地层较为松软，含有砂层，含水量丰富，始发洞门需采用帘布橡胶板加铰链板组合形式。铰链板安装完毕后，采用两圈钢筋将铰链板连接固定，同时在洞门圈车站结构上采用直径20的钢筋植筋在结构上。

为阻挡盾构始发时泥砂流出，并减小渗漏水压力，在盾构钢环上焊接三道弧形钢板，钢板宽度25cm，间距15cm，钢板之间采用2道海绵条增加止水效果。

3) 洞门圈外侧预留注浆孔。在洞门圈外侧，打设4个预留注浆孔，打穿结构至地下连续墙处，洞门破除后在连续墙上将斜孔打穿，用于洞门漏水、漏砂时紧急注浆或聚氨酯进行止水密封。

4) 打设降水井。始发处左、右两侧各打设两口降水井，当洞门应急处理时，降水使用，正常施工期间严禁使用。

5) 钢箱加固设置两道止水装置。盾构洞门圈外侧加设钢箱，钢箱与洞门第一道止水帘布板和车站密贴，个别空隙使用双快水泥封堵缝隙进行处理，在车站结构上打设膨胀螺栓固定钢板，焊接侧板筋板等加工成简易钢箱，钢箱上安装橡胶止水帘布和铰链板形成第一道止水装置。当盾构机盾尾进洞后，在钢箱外侧焊接插板，与管片交界位置处采用快干水泥进行封堵，插板与管片采用打设膨胀螺栓进行加固，盾尾进去后及时对空隙进行封闭，内部填充双液浆，及时封闭洞门。

3、盾构始发关键技术要点

根据需要安装负环管片，本工程安装7环负环管片。待洞门凿除完毕后，盾构机开始向前推进，当盾构机刀盘靠至洞门时，开始拔冷冻管，当盾构机距加固体10cm时停止推进，等待拔管完成。盾构机推进过程中，各环应严格控制施工参数。

3.1 负4环技术参数

盾构机开始推进速度应小于30mm/min，推力不大于500t，刀盘不转动，盾构机推进拼装负4环管片，保证盾构姿态平稳缓慢推进，以盾构机下部千斤顶推力为主，后部管片及时支撑，管片与基座之间采用钢楔子垫住，加强对反力架进行变形监测(见图1)。

冷冻区继续冻结，洞门凿除，待盾构机靠至洞门时，开始解冻，拔除冷冻管。

3.2 负3环技术参数

盾构机推进速度调整到20mm/min以下，推力不大于600t，推进至1330mm刀盘时开始转动，负3环推进1600mm后停止推进，停机等待冰冻管拔除，停机时每20min转动一次刀盘，转动约5min(见图2)。

推进过程时刻关注洞门密封压板变化，及时向钢箱内注入惰性浆液，关注洞门钢箱是否有渗漏，用双快水泥封堵钢箱。

3.3 负2环和负1环技术参数

待冰冻管拔除完毕无障碍后，盾构机继续慢速推进，全过程对始发架进行变形监测，对洞门密封压板进行监视，根据洞门密封情况选择是否通过盾构机预留注浆孔进行注浆。

盾构机的推进速度控制在5mm/min～8mm/min，推力保持在1000t以下，刀盘转速控制在0.63r/min以下，刀盘扭矩控制在2800kN•m，土压控制在0.1MPa～0.15MPa，螺旋机逐步开始出土，根据现场推力、土压控制推进速度，及时根据情况进行调整。

盾构推进过程刀盘需一直转动防止冻住，并注意刀盘正反转，控制盾构机滚动角。脱出盾尾的管片可解除连锁功能，进行支撑加固，割除防扭装置(见图3，图4)。

3.4 第0环技术参数

盾构机继续慢速推进，速度值尽量保持稳定，盾构机推进速度控制在5mm/min～15mm/min，推力控制在1000t以下，刀盘转速控制在0.63r/min以内，刀盘扭矩控制在2800kN•m，土压力开始建立控制在0.15MPa～0.18MPa，螺旋机正常出土，根据现场推力、土压控制推进速度，及时根据情况进行调整，严格控制出土量，严禁超欠挖。全过程对始发架进行变形监测，对洞门密封压板进行监视，根据洞门密封情况选择是否通过盾构机预留注浆孔进行注浆(见图5)。

3.5 第1环和第2环技术参数

第1环和第2环盾构机推进速度都控制在10mm/min～20mm/min，推力控制在1000t以下，刀盘转速和刀盘扭矩同第0环相同，土压力开始建立控制在0.16MPa～0.19MPa，螺旋机正常出土，根据现场推力、土压控制推进速度，及时根据情况进行调整，严格控制出土量，严禁超欠挖。全过程对始发架进行变形监测，对洞门密封压板进行监视，根据洞门密封情况选择是否通过盾构机预留注浆孔进行注浆。

第2环推进900mm，盾尾进入洞门。第2环推进过程中，严格控制对洞门密封铰链板的状态的监视，上下左右同时监控确保铰链板翻到位。严密监视两道防水帘布下翻情况，确保帘布板与管片密贴，两道帘布板完全下翻后采用弧形钢板对洞门进行密封，对密封的弧形钢板内部进行双液浆填充，确保洞门密封。

3.6 第3环和第4环技术参数

盾构机继续慢速平稳推进，姿态可进行微调。盾构机推进速度、推力控制、刀盘转速和刀盘扭矩同第2环相同，土压力开始建立控制在0.17MPa～0.2MPa，螺旋机正常出土，根据现场推力、土压控制推进速度，及时根据情况进行调整，严格控制出土量，严禁超欠挖。

洞门外面做好应急准备，第3环当盾尾距离钢环1.5m时，及时调整洞门密封压板角度，继续掘进并进行同步注浆。注浆压力控制在0.1MPa以内，注浆量为4.5m3，分3次注入，用二次注浆慢慢补充空隙，防止注入压力过大，致使帘布橡胶及铰链板崩掉。

第4环注浆压力控制在0.2MPa以内，注浆量为3m3。注浆方式同第3环，并停止对区域的冻结(见图6)。

3.7 第5环技术参数

第5环时，盾构机推进速度20mm/min以下，土压控制在0.2MPa左右，推力控制在1000t以内，逐渐调整盾构姿态，拟合曲线掘进线路(见图7)。

加强对根据地面监测控制，继续对反力架进行变形检测，观察洞门，防止出现漏水、漏砂现象。及时进行二次注浆密封洞门，通过洞门预留注浆孔及管片注浆孔进行注浆，以单液浆为主，以双液浆为辅。严格控制注浆压力，时刻关注注浆量及洞门密封变化。确保洞门密封注浆质量，控制盾构推进，完成此次盾构机顺利始发。

4、结语

盾构机始发作为盾构机施工过程的重要的风险点控制之一，是盾构能否顺利贯通的重要前提和保证。本文以天津某盾构机始发为技术背景，对盾构始发的全过程所需的准备措施和关键技术进行了论述，是盾构机施工中一组重要的实践数据，为行业内施工提供了可靠的借鉴经验。

参考文献：

[1]胡俊楠.盾构刀盘开裂后的洞内修复加强技术[J].铁道建筑技术,2014(1):103-107.