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摘要：本文意在探讨复杂地质环境及外界多种不利施工环境因素同时存在的情况下，盾构施工如何在暗挖隧道内安全可靠始发。在施工中如何应对多种不利施工工况的技术措施。
关键词：（复杂地质、盾构、二次始发）
1、工程概况
厦门市轨道交通1号线将军祠站～文灶站区间范围内覆盖层主要为第四系人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系全新统海积层、第四系残积砂质黏性土层；下伏基岩主要为燕山晚期侵入岩—中粗砾花岗岩（γ），其中不均匀穿插辉绿岩脉（γδ），受区域地质构造和风化作用影响，岩石风化不均匀，中等～微风化基岩面起伏较大。将军祠站～文灶站区间洞身大部分处于中砂、粘土、全、中、微风化花岗中，根据地质详勘及补勘，该区间中微风化花岗岩凸起及孤石较多，基岩最大抗压强度150mpa。路线平路图见（１－１）
图示1-1
2、水文地质
将军祠站～文灶站区间范围内覆盖层主要为第四系人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系全新统海积层、第四系残积砂质黏性土层；下伏基岩主要为燕山晚期侵入岩—中粗砾花岗岩（γ），其中不均匀穿插辉绿岩脉（γδ），受区域地质构造和风化作用影响，岩石风化不均匀，中等～微风化基岩面起伏较大。将军祠站～文灶站区间洞身大部分处于中砂、粘土、全、中、微风化花岗中，根据地质详勘及补勘，该区间中微风化花岗岩凸起及孤石较多。
地质纵断图见（2－1）。
图示2-1
3、施工环境
盾构第一次始发坚井掘进方向100m范围内主要集中分布有￠1000城市供水管、公共卫生间一座、50m长的低层门面房、10kv高压电缆一条、沿左线隧道右侧1m处分布有军缆一根。坚井后部100m范围内主要集中分布有市区主干道厦禾路（该路段为双8车道，路面上部有城市高架BRT快速公交专线一条）。
地面施工环境复杂且局部管线不准确，始发前我部对区间管线进行了详细补排查，发现地表2m深度范围内同时存在有电信通讯光缆、地面低压照明电缆、供水支管、燃气管等10余种管线。
4、施工过程中遇到的问题
距暗挖隧道终点里程2m位置，连续发生两次隧道拱顶塌陷（隧道拱顶为中细砂，中下部为碎裂状中风化花岗岩强度60-90mpa，地下水丰富，地质极不稳定），为保证暗挖隧道安全我部立即叫停暗挖作业。采取：喷射混凝土封闭开挖面；洞内和地表两种注浆加固措施；插入导排水管引流开挖面地层水降低开挖面水压力；用200mm宽、50mm木板、直径200mm以上的圆木对中细砂层位置斜向支撑加固。暗挖隧道与盾构隧道作业区段划分示意图见4-１所示。
鉴于暗挖隧道继续施工难度风险太大我部决定停止暗挖作业，剩于工程量采用盾 构法施工解决问题。暗挖隧道与盾构隧道断面图见图4-2所示。
采用盾构施工法同样产生了如下技术难题：
4、1 盾构上软下硬始发，因地质复杂不具备爆破处理条件，盾构机强行掘进时防止盾构机自转（盾构偏转角变化快）；
4、2 高强度硬岩上软下硬掘进时盾构刀具的保护；
4、3 始发段盾构姿态控制（集中表现为推力大、扭矩突跳范围大、贯入度小、盾机切削硬岩时盾构机体振动大）；
4、4 土压力平衡建立难度大；
4、5 同步注浆无法同步展开；
4、 6控制地表沉降（尾盾未完全进入土体时暗挖隧道与盾构隧道的连接处）；
4、7 管片姿态向外圆弧曲线位移。
图4-１
暗挖隧道、盾构隧道断面图4-2
5、解决盾构上软下硬始发的方法措施
首先针对暗挖隧道内开挖面的稳定情况做出准确评估，分析研究后认为暗挖隧道开挖面先后进行地面垂直注浆加固和洞内水平注浆加固，并且开挖面采取了圆木斜向支撑。综合判断开挖面暂时处于稳定状态，不会对地面及周边建构筑物造成较大沉降影响。圆木斜向支撑不必拆除，由盾构刀具直接切除，合理的盾构施工技术控制能够保证不卡死刀盘及卡死螺旋机。
采用盾构施工法的难点主要集中在上软下硬始发段如何确保盾构机机体顺利进入土体，针对该特殊情况采取如下针对性技术措施：
5、1地质加固采用化学注浆地面垂直加固，浆液配比（水泥：水：水玻璃：磷酸：固砂剂、1:1:1:0.2:0.01），加固范围包括盾构隧道端头10m，注浆压力0.5—0.8mpa，隧道边线外侧3 m，暗挖隧道与盾构隧道连接处暗挖隧道拱顶3 m范围。
5、2暗挖隧道开挖面水平注浆采用2m长的PE管（管上开￠5mm孔，中间距200mm），以10??外插角，间距500mm圆周布置。注浆配比（水：水泥：水玻璃，1:1:0.5）注浆不超过压力0.5 mpa。
5、3针对洞身范围内的基岩处理措施采用，30mm风枪钻杆将区域内岩石打穿，中心孔距200mm，见钻孔地质分布图所示：
5、4 掘进过程中防止盾构机自转过大：利用盾构机始发导向台与盾体摩擦力为主，以刀盘反向扭矩控制为辅，通过勤换向多监控测量的手段来控制。同时增加参数控制、盾体外部辅加措施例如：在盾体与导台接触面上边缘采用米石填充增加摩擦力，通过掘进参数控制等。其中推力严格控制在1500T以下、旋转扭矩2000—2500Kn之间、平均推进速度2—4mm）。以缓慢连续平稳的总体思路先保证盾体顺利进入土体。
5、5盾构刀具的保护：盾构切削基岩时先检查刀具确保无漏油、刀圈无破裂、刀体旋转自如、刀具固定楔形块螺栓复紧、刀箱与刀体无异物卡死。
盾构铰接油缸伸出100mm后，当盾构机刀盘完全通过导台时开始启动刀盘旋转，刀盘旋转采用低转速（转速控制在0.5转/每分）逐步与土地体接触，并提前开启泡沫滑润降温。紧盯盾构参数变化发现参数异常突变立即停止掘进或反转刀盘，防止刀盘刀具卡死，必要时盾构缩回铰接油缸盾构后退20-50mm，然后在缓慢启动刀盘旋转。
5、6始发段盾构姿态控制：主要利用4个油压分区，通过对不同区域的油压调整来实现，保证左右油压同步相等，降低上部油压（上、下、左、右；30：80:80:150）。在掘进中安排专人监测推进油缸行程传感器及油缸实际差值，以实际测量为准逐步调整油压差，保持盾体平稳，以实现盾体顺利进洞。推进前后沿8个方向准确测量盾尾间隙，合理选择管片拼装角度弥补盾尾间隙和补齐单个油缸间的行程差值。
5、7土压力平衡建立：对加固过后的上部砂、下部硬岩的地层采用单一泡沫剂改良渣土是完成可行的，在施工中采用6路泡沫全开，流量200L。尽量降低发泡气压防止土仓内虚压力过高，造成推力过大。在推进时当气体压越过1.5Bar时，把前盾上部的手动排气打开泄压排气，使之保持在1Bar左路。土仓建压过程在掘进0—6米的区间逐步将土压升至1.5Bar。渣土的改良效果保证有足够的塑流性，螺旋机能够顺利排渣又不发生喷涌。
5、8同步注浆：由于盾体没有进入土体同步注浆无法正常进行，此时采用双液浆管片壁后开孔注浆（注浆配比1:1），开孔位置在隧道中心线以下左右对称施注，注浆压力控制在0.2 mpa，注浆量控制在1m3，先将管片下部支撑稳定防止管片下沉。待盾构机体完全进入土体后再二次补注浆，注浆量按设计量的1.2—1.5倍注入。
5、9控制地表沉降：在结合地表沉降数据采取3次注浆加固，第三次补浆时严密观察管片渗漏水和管片可能因注浆压力和注浆量过大造成的管片破裂、错台等，如有发现及时停止补浆。补浆过程安排专人观察地面隆起情况，地面隆起控制在10mm以内。
5、10管片姿态向外圆弧切线位移：由于盾构始发段已拼装完成的管片处在暗挖隧道内且同步注浆因特殊环境无法及时全面填充后部间隙，在盾构刚切入土体时产生1500T推力，致使管片沿外圆弧切向方向运转，造成管片错台、破裂。为防止此类病害的发生扩大。在管片外圆弧一侧开孔注浆，内圆弧一侧减少注浆量，注浆比例控制在1:3范围内。
6、解决问题过程中遇到的其它情况
特殊情况盾构始发，在施工过程与其它专业工程施工时相互干扰的情况，因此在施工中统筹排好做好计划。施工场地布置要严谨科学，减少材料二次周转，提高设备利用率，减少资源浪费。
7、安全质量措施
7、1设立专职岗位每班组2小时地面巡视一次，在地面划出施工警示区警示路人，防止发生意外事故。
7、2测量监控数据每天上报4次。
7、3建立井上井下信息共享，领导带头蹲点值班制度，每班组进行安全警示教育，学习资料留档备查。
7、4严格施工材料验收保管制度，确保原材料合格。
7、5杜绝设备带病作业。
7、6施工作业严格遵守方案、技术制度。
8、技术经验总结
厦门地铁1号线将军祠站～文灶站区间盾构在复杂地层中的始发、掘进、穿越风险源过程中不断出现技术难题，经过专业的技术分析考证调配研究，合理地制定了一套完善的施工技术措施，安全可靠、顺利平稳地完成了盾构施工任务。经历了特殊地质情况和特殊始发条件下的施工作业，为厦门、福州等东南沿海地区的异常盾构、高强度硬岩施工积累了大量的施工经验，特别是针对福建省地区的盾构施工技术能力得到了大幅度提升。
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论文作者:任燕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/26
标签：盾构论文; 隧道论文; 管片论文; 注浆论文; 地质论文; 基岩论文; 范围内论文; 《防护工程》2018年第5期论文;