地鐵區(qū)間工程中盾構掘進工序管理探析
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摘要：盾構掘進施工具有系統(tǒng)性與復雜性，集多個環(huán)節(jié)于一體，某處存在質量問題均會對整體施工效率、質量等方面造成不利影響，因此需要加強管理工作，創(chuàng)建安全的施工環(huán)境，以此推動各項工序順利進行。文中以內(nèi)蒙古體育場站--內(nèi)蒙古體育館站區(qū)間工程為背景，著重圍繞盾構掘進的關鍵工序管理展開分析，提出一些具體的管理措施，包括土壓力、開挖土、注漿、管片拼裝等方面，最終取得了良好的管理效果，確保了施工順利進行，從而為今后的類似工程提供參考。
1工程概況
內(nèi)蒙古體育場站--內(nèi)蒙古體育館站區(qū)間，區(qū)間隧道右線起訖里程DK17+214.14～DK18+204.308，全長998.74m（含長鏈8.576m）；左線起訖里程DK17+214.14～DK18+204.308，全長1023.836m（含長鏈33.938m）。根據(jù)現(xiàn)場地質、水文、建（構）筑物現(xiàn)狀等基礎條件，選擇掘進施工方法，即復合式土壓平衡盾構機掘進。
2.1土壓力的管理
在正式掘進時期，參考前100環(huán)試掘進過程中的成功經(jīng)驗，完善施工監(jiān)測工作，優(yōu)化施工工藝，并控制好地面沉降。推進時，注意管控好推進里程，把施工測量得到的數(shù)據(jù)跟計算出來的三維坐標相校準，在此基礎上合理調整盾構姿態(tài)。盾構在掘進過程中據(jù)此取得平衡壓力的設定值，在實際施工的時候，應綜合考慮盾構所在位置的埋深大小、土層情況以及地表監(jiān)測結果來適當調整。
2.2開挖土的管理
2.2.1出土運輸方法。隨著技術研究的深入，現(xiàn)階段的出土運輸方法較多，較為常見的有如下幾種：（1）軌道輸送。適用于各類性狀的土砂運輸場景，是應用較為廣泛的方法。不過運土車需要接替裝土，所以可能會出現(xiàn)運輸難度增加、土砂掉出等問題。（2）泵送輸送。根據(jù)運輸工作量，在工作井外適配合規(guī)格的土砂泵，連接一條穩(wěn)定可靠的管路用于高效運輸土砂。通常，輸送間隔在400～500m時宜使用泵送模式，如果距離偏長則增加中繼泵。（3）皮帶輸送機運輸。在工程量較大的盾構施工中，皮帶輸送機輸送是優(yōu)質的方法，其具有連續(xù)運行、穩(wěn)定性好、輸送能力強等多重優(yōu)勢。硬件配置方面，分別在始發(fā)井和地面兩處安裝合適規(guī)格的皮帶輸送機，并以施工進度為準靈活調控，隨盾構掘進的持續(xù)推進而同步延伸。2.2.2開挖土量的管理。常見方法有如下兩種：一是重量管理，細分為多種形式，包含計量漏斗檢測開挖土量、檢測運土車重量等；二是容積管理法，例如螺旋輸送機轉數(shù)推算方法。在實際泵送施工中可以采用密度計推算開挖土量，或根據(jù)抽吸數(shù)展開計算，求得具體的推算結果。
2.3注漿管理
在盾構掘進時，應快速在脫出盾構后的襯砌背面環(huán)形建筑空隙中填充漿液，以此降低或者避免地面發(fā)生沉降。其工作原理是：在盾構機不斷推進的過程里，維持特定的壓力（結合注入量來考慮）從盾尾直接向壁后注漿，盾構機結束推進的同時也停止注漿。該注漿方法是在形成環(huán)形空隙的同時通過填充漿液來填充。同步注漿原理見圖1。2.3.1同步注漿漿液選擇根據(jù)區(qū)間地層條件、地下水情況以及從前的工程案例，采用水泥砂漿，其漿液粘稠，填充效果好，沁水性低，抗?jié)B漏性能良好且后期強度高；惰性漿液也有利于提升施工整體質量，加快施工進度、節(jié)約施工成本，從而實現(xiàn)兼顧經(jīng)濟效益和社會效益的目的。2.3.2漿液的拌制。漿液拌制系統(tǒng)布置在端頭井或預留出土孔周圍合適處，拌漿系統(tǒng)的組成部分包括1m3拌漿機和操作平臺，應測試漿液的稠度、含水量、流動性、和易性、析水性及抗液化指標，合格后方可使用。漿液配比為：砂∶膨潤土∶粉煤灰∶水∶水泥=850kg∶80kg∶400kg∶350kg∶150kg。實際施工配比按試驗確定。2.3.3注漿時間控制。注漿時間最好控制在盾尾脫離管片時。采用手控操作時，結合盾構機掘進速度實時調整注漿速度，盡量保證兩者同步進行。2.3.4注漿壓力控制。地質情況和地下水壓力直接決定了注漿壓力，嚴格管控好注漿壓力和注漿量，保證填滿所有空隙，并保證盾尾不漏漿。一般情況下，每環(huán)壓入量約8.0m3，控制注漿壓力約0.3MPa。2.3.5同步注漿的注意事項（1）在正式開展施工之前，編制一份全面的注漿作業(yè)指導書，并通過漿材配比試驗來確定最適宜的注漿材料和漿液配比；（2）明確注漿施工設計、工藝流程和質量控制程序，按照要求操作，并做好檢查、記錄以及分析工作，繪制P（注漿壓力）－Q（注漿量）－t（時間）曲線，在此基礎上分析注漿速度與掘進速度之間的關聯(lián)，進而對注漿效果作出評估，為下一次的注漿作業(yè)奠定經(jīng)驗；（3）創(chuàng)建一支專業(yè)注漿作業(yè)組，安排操作經(jīng)驗豐富的注漿工作人員來負責現(xiàn)場的施工和管理；（4）參考洞內(nèi)管片襯砌變形、地面以及周圍建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析后及時反饋結果，為技術人員合理調整注漿參數(shù)和施工工藝提供參考依據(jù)；（5）必須保證材料充足和及時供應，注意維護注漿設備以確保運行的穩(wěn)定性，保證注漿管路和設備的清潔，以此促進注漿作業(yè)高效進行；（6）每環(huán)掘進之前，先確定注漿系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，且漿液儲量是否充足，掘進時，如果發(fā)現(xiàn)注漿系統(tǒng)發(fā)生故障，必須馬上停止作業(yè)，檢查情況并確保無問題后再繼續(xù)掘進。2.3.6二次注漿（1）注漿目的：二次（或多次）壓漿的目的是彌補同步注漿的不足，可以降低盾構過后土體后期的沉降量，尤其是盾構在穿越地下管線、地面構筑物、涌水以及軟土地段時該項作業(yè)更加關鍵。經(jīng)過二次注漿后，能達到管片盡快支承地層、降低地基沉陷量、確保施工安全、確保管片襯砌早期穩(wěn)定性的效果；（2）注漿方式：具體使用水泥漿，地面拌制，在管片上預留壓漿孔壓注。水泥漿配比為：水泥∶粉煤灰∶水=300kg∶2500kg∶800kg。根據(jù)注漿目的要求來合理調節(jié)注漿壓力，確保盾構施工過程中產(chǎn)生的地層空隙得到有效填充，防止因此而產(chǎn)生的地表沉陷現(xiàn)象。此外，注漿壓力不可過大，以避免發(fā)生地表有害隆起或管片襯砌受到損壞的問題。二次補充注漿壓力控制在2.0～3.0bar。
2.4管片拼裝的管理
（1）拼裝成環(huán)。盾構推進后及時協(xié)調施工人員，盡快將管片拼裝成環(huán)，絕大部分為錯縫拼裝的方法；遇急曲線時，則使用通縫拼裝的方法。（2）拼裝順序。首先安裝下部的標準管片（A型），確認無誤后按照左右兩側交替的方法將標準管片依次安裝到位，隨后拼裝鄰接管片（B型），在前述基礎上將楔形管片（K型）安裝好。（3）盾構千斤頂?shù)牟倏?。管片拼裝時，若各盾構千斤頂在相同的時間縮回，開挖面土壓力將產(chǎn)生強烈的推動作用，迫使盾構向后退，進而威脅到開挖面的穩(wěn)定性。因此，在管片拼裝工作中應有秩序性地縮回盾構千斤頂，消除不良影響。（4）連接螺栓的安裝與緊固。按照先環(huán)向、后軸向的順序依次將各自的連接螺栓設置到位并予以緊固，緊固力的控制視實際情況而定，其中螺栓的直徑與強度為關鍵參考依據(jù)，保證在特定的緊固力作用下螺栓維持穩(wěn)定。通常緊固力取200～600kN·m。（5）管片拼裝誤差的管理。管片拼接是一項精度較高的工作，若管片的連接面缺乏平整性，將影響環(huán)間連接面的狀態(tài)（不平整性），加之盾構千斤頂?shù)耐屏ψ饔茫幸欢ǔ潭鹊钠茡p跡象。因此，管片拼裝時注重精細化控制，確保拼接面平整且穩(wěn)定，設置的各連接螺栓維持穩(wěn)固狀態(tài)[1]。因控制不當或其它原因使盾構方向與管片環(huán)方向存在偏差時，管片易受損，且隨著拼裝工作的持續(xù)開展，管片寬度增加時受損問題更為嚴重。對此，在拼裝前先檢驗盾構方向控制方法的可行性，拼裝時加強對盾尾間隙的檢查與控制，避免間隙過大。盾構與管片存在干擾時，查明具體情況，盡快調整盾構方向，有效消除不良影響。
3施工過程中可能會發(fā)生的問題以及防治策略
3.1隧道線形偏差
（1）盾構機自帶自動測量系統(tǒng)，其具備定位的功能，向施工人員呈現(xiàn)盾構機以及管片的位置，以便更為精確地采取控制措施，保證盾構姿態(tài)的合理性。但隨著運行時間的延長，自動測量系統(tǒng)的精度易下降，因此需由專員定期或不定期檢查，提高系統(tǒng)的運行精度，為盾構施工提供具有參考價值的數(shù)據(jù)[2]。（2）盾構期間盡快安排同步注漿作業(yè)，控制好作業(yè)參數(shù)（注漿壓力、注漿量），漿液固結后維持隧道的穩(wěn)定性，避免下沉或上浮。（3）盾構施工環(huán)境復雜，易受到操作不規(guī)范、現(xiàn)場地質條件等主客觀因素的影響，導致實際盾構線路出現(xiàn)偏差，需根據(jù)實際情況及時糾正，使盾構機沿著既定的路徑穩(wěn)定運行。盾構機糾偏的關鍵作業(yè)要點有：調整刀盤轉動方向時，避免短時間內(nèi)大幅度猛烈糾偏，即遵循“多次、少量”的循序漸進原則；根據(jù)掌子面的地質特性靈活調整掘進參數(shù)，減小偏差。（4）直線盾構推進時保證盾構姿態(tài)的順直性，此時選取盾構點位與設計線遠方的某點，形成直線，根據(jù)該條直線的實際情況控制盾構姿態(tài)[3]。在曲線推進時要求該直線與設計曲線呈相切的位置關系，否則需調整。
3.2盾構機旋轉
（1）掘進時及時注入泡沫，采用此方法減小刀盤扭矩，以便盾構機高效運行。（2）視盾構施工情況及時安排注漿，宜采用活性漿液，原因在于此類材料有利于加大盾構周邊摩擦力，以免在運行過程中發(fā)生盾構旋轉的異常狀況。（3）盾構旋轉時適度調整刀盤的旋轉方法。（4）在不影響正常掘進的前提下正、反轉刀盤，精準控制盾構機的旋轉角度。
3.3噴涌
噴涌的原因復雜，關鍵的有：盾構施工期間遇到富水圓礫層，該地質條件下成型的開挖面存在裂隙發(fā)育的問題；未合理控制盾構機，難以做到連續(xù)掘進；雖然針對襯砌背后的空隙做填充處理，但由于注漿壓力不足、注漿量偏少等原因而導致空隙未得到全面的填充[4]。針對噴涌問題采取如下處理措施：（1）隨即關閉螺旋機閘門，不具備完全關閉閘門的條件時，及時回縮螺旋機，對門側做填塞處理，而后反轉運行螺旋機。（2）向螺旋機內(nèi)注入高分子聚合物，起到止水的作用。（3）向土倉內(nèi)注膨潤土（以偏稠狀為宜），采取此方法控制土倉內(nèi)的土壓力。（4）加強對出土口的觀察，并動態(tài)分析土倉壓力的變化特點，根據(jù)所掌握的情況靈活采取控制措施，維持土倉土壓的穩(wěn)定性，防止砂漿被大量噴出[5]。為取得良好的噴涌處理效果，需要按照特定的流程有序操作，在逐層推進之下有效解決噴涌問題。
4結束語
綜上所述，盾構施工技術在現(xiàn)階段的隧道工程中取得廣泛的應用，但現(xiàn)場的地質、水文條件復雜，加之施工方法不合理，易引發(fā)盾構姿態(tài)偏差、刀盤聚集泥餅、盾尾泄漏等問題，因此建議施工單位立足于實際條件，合理協(xié)調各項工序，在統(tǒng)籌規(guī)劃之下，沿著特定的流程推進盾構的各項工作，加強對各項參數(shù)的管理以及各處質量的檢測、控制，保證施工安全的同時高質量、高效率完成盾構作業(yè)。
參考文獻
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作者:張鑫 單位:中鐵十六局集團地鐵工程有限公司
