浅谈地铁区间隧道盾构始发掘进技术

摘要：城市地铁区间隧道一般位于城市繁华路段，周围密集的建筑物及大量的地下管线为施工带来一定的难度，盾构法以其施工速度快、安全、对周围环境影响小等优势在地铁隧道施工中得到了广泛的应用。盾构始发技术是盾构法施工的一大关键环节，也是盾构施工的难点之一。本文详细阐述了地铁区间隧道盾构始发的关键技术，并对盾构掘进的相关注意问题做了说明。

关键词：地铁；区间隧道；盾构始发掘进；负环管片；姿态控制中图分类号：U45 文献标识码：A

地铁区间隧道盾构始发技术的重要性及难点

（一）地铁区间隧道盾构始发技术的重要性

在城市地铁区间隧道施工中，盾构始发是盾构施工的一个必经阶段。盾构机始发是指盾构机在施工竖井内或车站结构内，自盾构机主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进，直至盾构机完全进入区间隧道，洞口反力架与负环管片拆除为止。由于在始发阶段存在以下几种特殊情况：

始发推进前需凿除车站的围护结构，凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳。

始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能调向。

始发阶段姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难。

始发期间部分设备包括出渣都不能正常使用，有时也会存在因车站结构的原因而不能整机始发。

综上，盾构在初始阶段的施工难度很大，因此盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须全力做好。

（二）始发技术的难点分析

盾构机组装调试后，进行试掘进施工，受端头加固质量、设备姿态、反力架的稳定性、对地层的认识等原因的制约存在较多难点，主要如下：

第一，端头加固质量控制，洞门围护结构破除后，盾构顶上掌子面前，及盾尾完前进入加固体且未进行同步及二次注浆时，端头土体的稳定，完全取决土体的加固质量。

第二，始发姿态定位，盾构始发时其姿态不能调整，始发基座定位的准确与否决定了始发时的盾构姿态。反力架的支设稳定，决定负环拼装的质量。

第三，地层的熟悉及设备操作的匹配需要一个过程，如可缩短这个过程，至关重要。盾构选型始终把地质因素放在第一位，一旦选型完成，盾构的使用则完全依赖司机对地层及设备的认识，如何通过参数选择、采取渣良等措施，始发段数据的摸索及提炼显得至关重要。

地铁区间隧道盾构始发的关键技术

（一）盾构始发流程图

图1 盾构始发流程图

（二）盾构始发前的准备工作

1、端头土体加固

盾构始发前，根据地质情况对端头土体进行加固处理，再进行洞门施工。盾构始发地层可采用搅拌桩+旋喷桩注浆加固的方案，以确保在盾构始发时，凿除车站围护后前方土体有较好的自稳性和防水性能。

2、洞门围护结构凿除

在盾构机下井组装同时，对洞门围护结构打探孔确认了前方地质条件及加固质量，确保不渗漏。如加固质量有缺陷，必须采取补救措施。

洞门围护结构破除必须把握好机时，根据吊装能力、吊装空间对围护结构进行合理分块。围护桩破除后，应根据断面土层稳定情况及暴露时间的长短，决定是否要进行喷浆加固处理。同时，始发前要检查洞门的净空尺寸，确保没有钢筋及混凝土侵入设计轮廓范围内。

3、洞口密封

洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分为压板式和折叶式两种，其中折叶式越来越被人们所认可。洞口密封的施工分两步进行施工，第一步是在车站结构的施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作：第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安装。

4、反力架的安装

在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。安装时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。

（三）盾构始发技术

1、始发台加固

由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。加固的方式见图2。

图2盾构加固形式

2、负环管片安装

(1)负环管片安装准备

在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷、保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木(或型钢)，以使管片在盾壳内的位置得到保证，如图3。

图3管片支撑方木位置示意图

(2)负环管片后移

第一环负环管片拼装成圆后，用4～5组油缸完成管片的后移。管片在后移过程中，要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于l0mm。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木(或型钢)上滑落。

(3)负环管片与负环钢管片的连接

负环管片的最终位置要以推进油缸的行程进行控制，在负环管片与负环钢管片之间的空隙用早强砂浆或钢板填满。

(4)负环管片的拼装类型

在安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装，主要是因为盾构井一般只有一个，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。所以采用错缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片。

3、盾构的始发

（1）空载推进

盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时，检查盾构是否与始发台、始发洞发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进

（2）始发时盾构姿态的控制

主要通过盾构机的推油缸行程来控制姿态。

（3）始发时盾构推进参数的控制

在保证盾构正常推进的情况下，稍微降低总推力和刀盘扭矩。

地铁区间隧道盾构掘进技术要点

（一）盾构初始掘进

盾构开始掘进的45m称为初始掘进段。掘进完成90米后开始拆除负环管片，通过初始掘进段拟达到以下目的：

1、用最短的时间对盾构机进行调试。 

2、了解和认识该工程的地质条件，掌握该地质条件下盾构的施工方法。 

3、收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进各地层操作规程，推力、推进速度和排泥量三者的相互关系，实现快速、连续、高效的正常掘进。 

4、熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。 

5、通过该段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量。 

6、通过对地层推进施工，摸索出在盾构断面处于各地层中，盾构推进轴线的控制规律。

（二）盾构的正常掘进

1、正常掘进中应注意的问题

盾构机在完成前45m的初始掘进后，将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供条件。主要内容包括：

（1）根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数。

（2）正常推进阶段采用45m试掘进阶段掌握的最佳施工参数。通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制地面沉降。

（3）盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4%。

2、盾构机掘进控制

（1）直线段推进和地层变形的控制

推力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工的轴线和地层变形量的控制起主导作用，在盾构施工中根据不同土层和覆土深度、地面建筑物、监测信息的分析及时调整土舱压力值和注浆量的设定。同时要求推进坡度保持相对稳定，控制纠偏量，以减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好条件。

（2）曲线段推进和地层变形的控制

根据曲线的施工特点调整推力、推进速度、出土量和注浆量，并根据地层变形信息数据及时调整各种施工参数，将平衡值和注浆量调整至曲线推进的最佳状态。曲线推进实际上是将处于曲线的切线位置上的管片进行折线拟合，推进的关键是确保对盾构头部的控制。由于曲线推进盾构环环都在纠偏，为此必须做到勤纠，纠偏量要小，管片纠偏通过盾构机SLS-T系统计算，利用封顶块位置的转向实现。

（3）掘进中的方向姿态控制

由于盾构隧道岩层变化大，软硬不均，有曲线及坡度变化，盾构机掘进时易发生方向偏差，因此在施工中应严格控制盾构机的姿态，并正确纠偏修正蛇行，以免产生过大的地层损失而引起地层变形。

结语

综上，盾构始发试掘进是地铁盾构区间快速安全施工的起点，做好充分的设备、技术、物资、劳动力准备是前提，充分提炼试掘进的经验参数并根据地层变化情况及时修正是成败的关键。

参考文献

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