地铁盾构隧道始发技术浅谈

　　摘要：本文重点介绍了盾构始发的前期准备工作，盾构始发的步骤，以及在盾构始发过程中主要存在的风险点和针对风险点采取的应对措施。
　　关键词：盾构,始发,风险,措施
　　1前言
　　目前国内各大城市为缓解交通压力积极修建地下轨道交通，盾构施工因其安全高效的优越性被国内外地铁界所青睐。即使使用盾构也有一定的风险。如盾构在隧道掘进时只能前进，不可后退，一旦盾构机本身出现致命的故障，可能会产生灾难性的后果。在始发阶段出问题的概率偏高，即使是非常有经验的承包商也常会在始发时发生事故。
　　2始发前期准备工作
　　为保证盾构机顺利始发，需进行一系列的准备工作，主要包括：①端头加固；②洞门凿除及环板安装；③地面相关配套设施安装调试；④盾构机托架及反力架安装；⑤轨道铺设；⑥盾构机下井、组装调试等。
　　2.1端头加固
　　在盾构始发前，一般要对洞口地层的稳定情况进行评价，并采取有针对性的处理措施。端头加固一般采用搅拌桩、旋喷桩、素混凝土连续墙、冻结法、注浆法、SMW工法等。选择哪一种方法要根据具体地层情况来定，并严格控制整个过程。端头加固土体须具有良好的稳定性和防水性，确保盾构机始发时端头土体不坍塌不渗漏。
　　2.2洞门凿除
　　在洞门破除前，需要在洞门范围内梅花型打孔，深度在1.5～2.0m左右，间距约为1m，通过观察有无渗水漏砂来辨别洞门的安全。若无明显渗漏水洞门凿除分区分块自上而下人工凿除。
　　2.3地面相关配套系统
　　地面系统主要包括渣土、管片等运输系统、搅拌站注浆系统、电瓶车充电系统、隧道通风系统、通信系统等。
　　2.4托架及反力架安装
　　2.4.1托架安装
　　盾构需以一定的坡度始发，但考虑到盾构在始发掘进过程中，由于盾构机自身重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，托架标高需高于设计标高20～30mm，盾构机托架安装时应根据盾构机计划姿态进行设置，垂直于洞门方向进行摆放，托架由型钢加工而成，现场拼装。
　　2.4.2反力架安装
　　盾构反力架由钢环、后盾框及钢支撑组成，盾构向前掘进时的反向力，通过反力架传递至主体结构的底板和顶板上，盾构反力架应垂直于托架，即垂直于盾构机姿态摆放。
　　2.5轨道铺设
　　在始发阶段盾构机台车未进入隧道之前，先铺设临时轨道，供电瓶车和台车使用。
　　2.6盾构机下井、组装与调试
　　2.6.1盾构机下井
　　盾构机由主体和后配套系统组成，主体由刀盘、前体、中体、盾尾4件组成；后置配套设备有连接桥、管片拼装机、螺旋机、1#拖车、2#拖车、3#拖车、4#拖车、5#拖车组成。其主体设备部分大而重，需采用250t履带式起重机作为盾构机主体的主力吊机进行吊装，入井作业顺序是先将拖车、连接桥等后配套设备吊装入井，再将中体、前体、盾尾（拼装机、螺旋机）、刀盘依次吊装入井。
　　2.6.2盾构机调试
　　盾构机调试分为空载调试和负载调试。①空载调试：盾构机拼装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试主要是检查设备是否正常运转。主要调试内容为：液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、变速系统、管片拼装机以及各种仪表。②负载调试;通常试掘进时间即为对设备负载调试，负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。
　　3盾构始发
　　3.1始发台两侧的加固
　　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，根据实际情况对始发台两侧进行必要的加固。
　　3.2负环管片安装
　　3.2.1负环管片安装准备
　　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型钢，以使管片在盾壳内的位置得到保证。
　　3.2.2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10mm。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的型钢上滑落。
　　3.2.3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，通缝拼装可以保证及时快速的拆除负环管片。
　　3.3盾构推进
　　3.3.1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。在盾构向前推进的同时，检查盾构是否与始发台、始发洞相吻合和是否有其他异常事件的发生，确保盾构安全的向前推进。始发时盾构姿态的控制主要通过盾构机的推进油缸行程来控制姿态。
　　3.3.2盾构机进入洞门
　　完全清除洞门砼后，确认洞门环板、活动压板和橡胶帘板与盾构机刀盘不冲突，盾构机即可向前推进，尽快推进千斤顶使盾构机进入洞门。洞门止水装置包括洞门环板、橡胶帘板和活动压板，当盾构机刀盘进入洞门后，调整止水装置的活动压板位置并固定。
　　3.3.3盾构机盾尾通过洞门密封
　　当盾尾通过洞门密封后，立即调整压板，尽量减少压板和管片之间的间隙，并进行回填注浆，以避免洞门间隙处产生水土流失。在始发掘进过程中，当盾尾完全进入洞门后，橡胶止水布帘及压板和管片外壁接触时，间隙落差瞬时扩大至125mm（管片外径为6000mm，盾构后筒外径为6250mm），这时土体若不稳定，盾构掘进将会有一个新的风险点。
　　3.3.4洞口注浆
　　在盾尾完全进入洞体后，调整洞口密封，进行洞口注浆。浆液不但要求顺利注入，而且要有早期的强度，注浆压力控制在2bar以内。
　　4始发风险点控制及应急措施
　　4.1盾构始发主要存在以下风险点
　　（1）始发洞门处于不稳定性土层中，虽然已经进行了端头加固，但受制于地质条件和加固方式的影响，加固土体难以达到理想效果，且土层遇水后，强度降低，容易崩塌，故人工凿除洞门时存在一定的塌方风险；
　　（2）盾构筒体完全进入之前，刀盘已经脱离加固区，在原状土和加固区分界部位，挖掘面的压力会有突变现象，并可能伴有端头加固的块状物剥落、堵塞螺旋出土器出口、土舱压力突变，形成较大的压力波动，造成地表下陷，严重的造成顶部塌方。
　　（3）筒体完全进入洞门的瞬间，洞门橡胶帘板和活动压板和筒体之间的距离突然加大125mm，形成了漏水漏砂通道，处理不善，会导致坍塌。
　　（4）盾构机托架或反力架变形，导致盾构机无法沿轴线方向进入洞门。
　　4.2风险点控制及应对措施
　　针对上述的风险点，采取以下相应的措施：
　　（1）在人工凿除洞门前，利用预埋的观察孔，提前进行评估，并在洞门范围内梅花型打孔，一般深度为1.5～2.0m，间距为1m，直接观察水量和含砂量辨别洞门的安全性。如果有渗水，可直接在洞门范围内打孔，并插入PVC管进行小导管注浆，给予正面加固。若有喷砂将在底部形成堆积，盾构在顶进时造成底部橡胶止水布帘拉坏，盾构顶进后，底部形成通道，无法形成密封空间，这种情况下可以底部做围蔽，利用素混凝土正面封堵。
　　（2）针对土压力波动应采用以下措施：
　　a调整刀盘转速和推进速度，尽量减少大块桩体的剥落；
　　b调整螺旋出土器的转速，控制出土速度，确保土压的稳定。
　　（3）针对筒体完全进入洞门时产生的风险，应采取以下措施：
　　a筒体完全进入洞门前应安排专人在盾构机两侧观察洞门情况，以便迅速采取有效应对措施；
　　b应尽量避免盾构机在此位置长时间停留，以快速通过为宜；
　　c如发现有渗水现象，可局部调整压板位置，注意此时只能一个个进行调整，以免几个同时调整范围太大导致橡胶帘板反卷；
　　d如盾尾完全进入帘板超过1米时，洞门处仍有水渗出，可考虑采用盾尾双液注浆从内部进行封堵。
　　（4）针对托架、反力架变形，采取如下措施：
　　a采用合适的材料，确保托架和反力架自身设计刚度、强度及稳定性能够满足始发要求；
　　b托架定位轴线和盾构机轴线一致，避免侧推力过大，在盾构机吊装时必须实时测量，确保盾构机按确定位置摆放；
　　c盾构机推进时合理选择千斤顶，控制盾构机最大推力，且使反力架均匀受力；
　　d托架和反力架各连接点应采用有效的连接方式保证连接牢靠，各构件安装要定位精确，并确保连接强度；
　　e盾构机吊装时应注意平稳放置在托架上，避免产生较大冲击力，造成托架变形；
　　f盾构始发时应安排专人在盾构机两侧随时观察托架及反力架受力和变形情况，如发现异常，应及时通知值班工程师停机，并对反力架或托架进行加固，以及调整推进参数。