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摘要：当前我国各大城市隧道建设大规模采用盾构工法，盾构隧道里程不断增加。从传统工艺在地层加固上的方法来看，盾构始发端头存在的问题主要有：①始发端头存在较多较大地下管线且管迁改施工工期长、难度大、费用高，对端头路面进行破除后影响文明施工;②始发端头加固场地移交滞后，端头加固体龄期长无法确保节点工期：③处于市政主干道交通流量大及周边商住楼林立，加固的区域深度比较深，且由于地层的透水性较强，严重影响加固质量。以我部在太原地铁大南门站1、2号线土压平衡盾构始发施工为例介绍一种端头不加固盾构始发施工技术，探讨盾构始发端头不加固施工技术控制要点。

关键词：不加固、盾构始发、延申钢环、洞门刷、橡胶帘布、注浆封堵

1 工程概况[1]

太原地铁大南门站为1-2号线的换乘车站，包括200米转弯半径的联络线在内在本车站内共有10次盾构始发和接收。以我部盾构始发端头不加固施工为例，2号线与1号线联络线区间由2号线大南门站南端引出后，以半径200m的平面圆曲线下穿迎泽公园后接入1号线大南门站东端。盾构法施工长度为148.29m，线路呈单向坡，由2号线大南门站坡向1号线大南门站，全段坡度为33‰，联络线区间始发端埋深17.3m。

1.1 地质情况

本车站始发端所揭露岩土地层分布较为稳定，均为第四系（Q）地层。地表多为第四系人工填土，其下为第四系全新统冲洪积黏质粉土、砂（粉）类土、圆砾土及上更新统粉质黏土、砂类土等组成。从上至下分述如下：

（1）第四系人工填土

<1-1>杂填土：褐灰、灰黑色，结构松散，疏密程度不一，上部主要由砖块、混凝土块、碎石块等建筑垃圾组成，充填黏性土，为近期人类活动产生;下部由灰渣、炉渣、煤渣、白灰等组成，形成于宋明时期，成分复杂，规律性差，均匀性差，炉灰渣占杂填土的60～80%。在M2XZ4-DNM-35#孔揭露太原老城墙，揭露的城墙结构为6m高的墙体及1m左右的木质桩基。采用轻型动力触探试验，平均击数为10.7击/10cm。为Ⅱ级普通土。

本层层厚3.00～16.20m，层底深度3.00～16.20m，层底高程768.55～780.75m。

（2）第四系全新统冲洪积粉质黏土、黏质粉土、砂类土<2-3-1>黏质粉土：黄褐色～灰褐色，稍密，潮湿，夹有多个粉细砂、粉质黏土薄层及透镜体。含氧化物，可见少量孔隙。压缩系数为α1-2=0.11～0.55MPa，平均值为0.39 MPa，具中等偏高压缩性。标贯击数为3～7击，平均值为4.8击。静力触探锥尖阻力值为0.50MPa～1.31MPa，平均值为0.72MPa。为Ⅱ级普通土。<2-3-1>黏质粉土层土的OCR为0.91，为正常固结土。快剪内摩擦角标准值为18。快剪粘聚力标准值为12。

<2-4>粉细砂：灰褐色，饱和，中密，夹有粉土、中砂透镜体或薄层，局部见圆砾，该层分布不均匀。矿物成份以石英、长石、云母为主，颗粒级配较差。压缩系数为α1-2=0.09～0.33MPa，平均值为0.16MPa。标贯击数为6～35击，平均值为18.4击。Ⅰ级松土。

本层层厚2.80～29.40m，层底深度27.00～41.40m，层底高程742.75～756.76m。

1.2 水文情况

地下水为第四系松散层孔隙潜水，位于<1-1>杂填土，埋深2.20～3.70m，标高约为780.06～781.64m。工点综合渗透系数K=7.00m/d。

（1）区间主要穿越地层：拱顶部为粉质粘土层，始发掘进断面主要穿越粉细砂层、中砂层。

（2）水位位于地面以下2.3～3.7m。

（3）地层至上而下分别为杂填土层，粉质粘土层，粘质粉土层，粉细砂层，中砂层。

2 盾构始发条件准备

因施工条件限制，区间盾构施工隧道始发端头不采取任何注浆或其他加固措施。参考盾构机施工过程中的盾尾刷的结构密封原理，本次盾构始发使用延长钢环内焊接盾尾刷，配合洞门帘布加折页板密封结构形式。

2.1 始发托架的安装

（1）始发托架安装时，按实际洞门中心线确定始发托架中心线，并充分考虑到隧道坡度及线路线型。

（2）始发托架在井下调整托架梁标高及始发托架中线使其比盾构始发东门中心高2cm。

（3）为了保证盾构能顺利始发，对洞门进行复测，在安装始发托架时应按照现在洞门实际位置进行安放，保证盾构机可以顺利通过洞门后，再进行姿态调整，防止按照设计轴线放样，导致盾构机在始发后发生卡壳现象。

（4）始发托架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。在盾构始发之前，在精确测量定位后进行加固与支撑。将调节标高的钢板固定在底板上，始发架焊接在钢板上，并利用H型钢两边支撑在下沉段的侧墙上，以此来保证左右稳定。

（5）始发托架安装完成后，应严格按照施工要求进行验收[2]，验收合格方可进入下道工序施工。

2.2 盾构机概述

本工程采用经中铁装备公司改造的小松土压平衡式盾构机，由刀盘、前体、中折盾、盾尾加五节后配套台车组成。主机部分长度9.33m，加后配套台车总长67.28m。盾构机设计开挖直径为6440mm，最小转弯半径150米，爬坡坡度可达40‰--50‰。本工程使用盾构机针对太原地铁2-1号线联络线200米小转弯半径改造，最大推力可达33730KN，最大扭矩8595KNm，辐条面板式软土刀盘，刀盘仅有先行刀和刮刀，采用主动铰接油缸，能更加灵活调整盾构机姿态。

2.2 盾构机组装

盾构组装工作流程图如图2.2-1所示。

2.3 洞门密封装置准备

为了防止盾构机始发掘进进入洞门时泥土、地下水等从盾壳与洞门的间隙处流失，在盾构始发前需安装洞门密封装置。洞门密封装置由安装在洞门预埋钢环上的洞门延长钢环、2道密封钢丝刷、1道橡胶帘布板、圆环板和折页翻板组成。延长钢环外壁上靠近开挖面和两道钢丝刷之间外侧设置两圈注浆接口，每圈均匀分部8根DN25钢丝软管用于洞门封堵注浆。

密封环的安装安排在盾构机下井组装调试期间，安装前应用丝锥清理预埋钢环的螺孔。为了防止盾构掘进保压时压力泄露，连接完毕延长钢环后，将延长钢环和预埋钢环之间的缝隙满焊。延长钢环内的钢丝刷内涂抹连续的盾尾油脂。洞门防水密封帘布安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向，橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同，同时还需注意压板螺栓应拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构始发后同步注浆浆液泄漏。为防止盾构推进洞门圈时刀盘损坏帘布橡胶板，可在帘布橡胶板外侧涂抹一定量的油脂。洞门密封环如下图2.3-1始发洞门延申钢环及密封安装图，2.3-2盾构机过洞门密封示意图所示：

准备双液注浆机一台，充足的水玻璃、磷酸、水泥。调试好注浆机，注浆管接到延伸钢环，达到随时可以向延申钢环内注浆的能力。

本区间洞门钢环直径6.7m，盾构机直径6.44m，洞门钢环与盾构机之间有一定的环形空隙，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“叩头”现象，需要在始发洞内安设洞口始发导轨。安设始发导轨时应在导轨的末端预留足够的空间，以保证盾构在始发时，不致因安设始发导轨而影响刀盘旋转。在洞门钢环底部60°范围内焊接2根43kg/m钢轨作为盾构机导向和防叩头措施，导轨在靠近托架一侧，要做成斜角，盾构推进前在上面涂抹黄油。为防止盾构机压坏延申钢环，钢环底部做加强支撑。

2.4 洞门表皮破除

本区间洞门范围内的地连墙配筋采用玻璃纤维筋，原则上不进行洞门破除，采用磨削地连墙通过方式，为检查是否存在型钢构件侵入洞门范围内，避免对盾构机造成损伤，故始发前对洞门范围内的地连墙进行表层混凝土剥除，检查洞门范围内是否有型钢侵入，并割除表层玻璃纤维筋。

3 盾构机始发段的掘进控制

洞门密封装置参考盾构机盾尾密封原理，借鉴泥水盾构进洞保压施工技术措施。启动推进油缸顶推盾构机，控制推进速度当先行刀距离开挖面2cm左右停止顶推。由两道洞门刷之间的下部注浆口注入预先准备好的惰性浆液，至上部预留注浆球阀处冒出后停止，然后关闭上下注入口球阀。打开土仓加气阀加气压到理论值，观察洞门密封情况允许有微量漏气现象。如果气压不能保持，靠近漏气位置两道盾尾刷之间注化学浆液封堵。浆液配置根据本工程特点，参考隧道注浆封堵有关施工论文研究，浆液配制以磷酸、水玻璃为主要制浆原料，水玻璃40Be’（ρ=1.38 g/cm3），85%磷酸（ρ=1.7 g/cm3）;注浆前先将水玻璃与水1：1稀释成水玻璃溶液，磷酸与水1：10稀释成磷酸溶液，然后两种溶液以1：1的比例进行注浆封堵。

3.1 磨削地连墙施工控制措施[3]

盾构开始转动刀盘磨削地连墙时，由于正面的混凝土较硬，为控制好推进轴线、保护刀具，在这段区域施工时，最高推进速度不超过3mm/min，最高转速不超过1r/min，渣土改良以钠基高稠度膨润土[4]为主，注入适当泡沫等润滑剂至土仓，螺旋机暂不启动出土，观察土压变化和洞门密封情况，容许洞门密封有少量清水渗出。直到切削土体填充土仓使土压力达到一定数值以平衡盾构正面土压。待盾构磨穿地连墙前10cm，为防止由于正面土压变化而造成掌子面失稳，须提前将土压力的设定值调整至略高于理论值，并控制盾构的出土量。

3.2 盾尾过洞门密封施工控制措施

盾尾过延申钢环之前经过5-6环的掘进经验积累，选择最优的参数尽量匀速的通过。盾尾开始进入洞门帘布之前，连接好注浆管，安排专人观察洞门四周情况，如有渗漏，及时注化学浆封堵。根据掘进里程和现场实际测量，当盾尾脱离第一道盾尾刷之后开始由两道盾尾刷之间的注入口慢速注入化学浆液，直至盾尾完全脱离延申钢环。盾尾脱离延申钢环后开始少量同步注浆，同时由延申钢环前排预留注浆口注化学浆液封堵洞门，化学浆液最大压力不超过土压力。盾尾远离延申钢环5环左右，前排预留注浆口注水泥+水玻璃双液浆封堵后由洞内一次向前跟进全环加固始发段0-10环之内的管片。

3.3 盾构始发渗漏水的预防与处理措施

（1）预防措施：

1）始发端头区间两侧布置3个应急降水井，当发生涌水涌沙等险情时及时启用。

2）建立有效的监测机制，及时反馈，当超出预警时马上启动应急预案;

3）在盾构始发前认真做好盾构调试工作;盾构机进出洞时做好注浆和盾尾油脂的注入等工作。

4）充分考虑可能存在的风险准备种类齐全、数量充足的应急物资。

（2）应急措施

如出现涌水、涌砂现象，按照以下步骤进行处理

1）首先查看洞门渗漏体积大小，利用项目部现场自有资源处进行封堵，并查看封堵效果。

2）在完成对洞门渗漏水的初步封堵后，在盾构机左右两侧各1米处按照间距2米进行引孔。引孔完成后采用注浆花管压注水泥砂浆，对渗漏空洞处进行有效回填和封堵。

3）将盾构机内部现有的注浆孔打开，在盾构机中体部位进行压注水泥浆，对盾尾洞门之间的孔洞区进行填充和封堵。

4）对端头井地面及地下管线进行监测，如监测数据显示沉降速率过大时，在相应位置及时进行二次注浆补强，控制住后期沉降，直至稳定。

5）若封堵效果不理想，无法有效控制，则向指挥部报告，请求抢险队及相邻标段的支援。

6）分析事故发生原因，制定相应的整改措施。

4 小结

土压平衡盾构始发端不加固，采用延申钢环、洞门刷、橡胶帘布、折页板等密封组合形式始发，能有效缩短始发准备时间、降低施工成本，也能避免地层加固不良，洞门密封措施不够带来的盾构始发风险。

参考文献

[1].山西交科公路勘察设计院 《大南门站岩土工程勘察报告》 太原市轨道交通2号线一期工程详细勘察，2016.04.

[2].GB50446-2017《盾构法隧道施工及验收规范》 北京 2017.01

[3].周旋 《盾构全断面切削穿越钢筋混凝土桩实验研究》北京交通大学硕士学位论文2013.06

[4].贺斯进《黄土盾构隧道膨润土泥浆渣土改良技术研究》 隧道建设，2012.08