摘要：随着技术的进步，现如今地铁施工领域盾构施工技术越来越成熟，但在一些特殊环境下的盾构施工还有较大的研究空间。本文以西安地铁四号线盾构区间穿越地裂缝处小断面暗挖隧道盾构的合理运用为例，介绍了施工方法及质量控制，为今后类似工程的施工提供参考与借鉴。
关键词：地裂缝处；小断面；暗挖隧道；盾构；合理运用
1、项目简介
西安地铁四号线含元殿站～大明宫站盾构区间左线起讫里程为ZDK19+154.606～ZDK19+916.830，全长762.242m。ZDK19+249.433～ZDK19+417.275为矿山法暗挖隧道段，全长167.842m，净空尺寸为7500（宽）×7650（高）mm。本工程盾构采用铁建重工制造的ZTE6250型号土压平衡盾构机，从含元殿站始发，然后空推过暗挖段后从该暗挖段北端头再次始发掘进。盾构区间平面图及矿山法隧道净空尺寸断面图分别见图1和图2。
图2 矿山法隧道净空尺寸断面图
本区间地貌单元属渭河二级阶地，地表分布有厚薄不均的全新统人工填土、其下为新黄土及残积古土壤、再下为粉质黏土等。隧道洞身穿越地层主要为：3-1-1新黄土层II、3-2古土壤层II，见图3。地下水水位埋深在17.0～18.0m之间，相应高程为387.07～388.14m，盾构始发前须对始发端头进行降水，以确保始发安全。
图3 始发端头加固及地质纵剖面图
2、地裂缝处小断面暗挖隧道盾构施工原理
地裂缝处小断面暗挖隧道盾构始发工法主要是采用混凝土弧形导台+导轨作为盾构始发基座；通过焊接斜撑的方式对基座进行加固处理，避免导轨侧翻；反力架采用高强度螺栓拼接，并将反力架与二衬底板结构上预埋的钢板进行焊接，确保反力架安装牢固；由反力架和始发基座为盾构始发提供初始的推力，在始发基座与反力架的共同配合下保证盾构机的姿态，确保盾构安全顺利始发【1】。
3、地裂缝处小断面暗挖隧道盾构施工方法
3.1 端头加固
盾构机在暗挖隧道始发端头采用1300mm厚C20素混凝土墙对洞门进行封闭加固处理，盾构始发前凿除部分素混凝土墙，然后刀盘磨穿剩余素混凝土墙向前推进，如图3所示。该素混凝土加固端墙与暗挖隧道二次衬砌结构同期施工，采用木模板与方木、工字钢结合的方式作为端墙混凝土浇筑施工的支撑体系，后期可通过预留的同条件试块检查该加固端墙的强度。
3.2 端头降水
暗挖段盾构始发处降水可利用暗挖施工时的降水井进行降水，确保水位降至底板以下1m，降水效果利用现场布置的水位观测孔进行观测。另外，盾构始发前须在加固端墙上打设水平的水位观测孔检验渗漏水情况。具体位置见图4。
图4 观测孔布置图
在洞身范围内垂直洞门加固端墙用风枪打水平观测孔，水平探孔分上、中、下共计5个钻探孔，直径φ48mm，探孔进尺不小于加固端墙后3米，根据孔的渗水量判断地层降水效果，观察时间不少于12h。
3.3 洞门密封、防水装置安装工艺
安装顺序为：洞门圈预埋钢环（隧道施工时已预埋）→安设双头螺栓→帘布橡胶板→圆环压板→扇形压板→垫圈→螺母。其一，洞门防水密封施工前，先检查材料的完好性，尤其是帘布橡胶板是否完好，径向尼龙线密集排列和螺栓孔是否完好；其二，安装前清理环板和疏通预埋钢板的孔并涂上黄油；其三，检查螺栓丝扣，安装双头螺杆，双头螺杆安装时必须确保栓结牢固；其四，双头螺杆栓结好后，安装帘布橡胶板，随帘布橡胶板的安装同时安装圆环压板和折页压板，加好垫圈后用薄螺母将帘布橡胶板与圆环压板和扇形压板固定；其五，安装洞门密封装置依次从上往下、左右对称顺序进行；其六，采用钢丝绳将扇形压板连接成一个整体，注意松弛度。
3.4 始发基座安装工艺
施工工艺：测量放线→预埋钢构件→模板安装及加固→混凝土浇筑→钢轨安装及加固。暗挖隧道二衬施工完成后对其仰拱处进行基面清理，同时进行测量放样，为后序工序的实施做好准备工作。接下来进行预埋钢构件的安装，安装过程中须重点注意其平面位置及标高精准度，避免因差错造成返工，影响基座牢固性。模板安装完成后，在混凝土浇筑前，对预埋钢构件位置及混凝土导台标高再次进行复核。混凝土浇筑过程中要密切关注预埋钢构件的位置是否受混凝土浇筑而有所移动，若有移动须重新复核位置并加固牢固。导台顶面标高须根据实际二衬仰拱混凝土标高与洞门标高对照而确定【3】。
洞门是盾构始发掘进的唯一路径，始发基座施工过程中的所有平面位置尺寸及标高都应以线路中线、实际洞门位置尺寸及标高为基础进行确定，千万不能单以暗挖隧道二衬位置尺寸及标高来确定始发基座位置尺寸及标高，这样极有可能因为二衬施工误差造成始发基座的偏差。
3.5 反力架安装工艺
施工安装顺序：测量放线→预埋钢构件→反力架拼装→位置校核及加固→完成安装。为了更加方便、有效的安装和加固反力装置，在暗挖隧道二衬中预埋吊钩与钢板预埋件。暗挖隧道断面内共设置18个吊钩，吊钩采用直径32mm圆钢加工而成，反力架上方并排设计4 个吊钩，盾构机上方设计14个吊钩用于后期拆除负环管片和其它用。吊钩与二衬主筋焊接或者绑扎，吊钩嵌入二衬500mm，外漏80mm。另外，反力架底部预埋2块1500×1500×20mm钢板与反力架焊接作为固定措施之一。支撑反力架的斜撑下部施做6500×1175×800mm（从反力架底部算起高800mm）素混凝土台，预埋共计6块1500×750×20mm钢板作为斜撑的支撑基础。预埋钢构件具体位置见图5。
图5 反力架安装预埋件位置及尺寸图
反力架六大部分全部采用板车运至安装现场，并利用暗挖隧道拱顶预埋的吊钩进行吊装。首先将下八字撑导入盾构机尾部，将两块下八字撑吊至反力架设定位置，采用高强度螺栓连接。然后连接反力架中柱，待下八字撑与中柱安装牢固后，将反力架与二衬底板结构上预埋的钢板焊接牢固，然后钢管斜撑与导台处预埋钢板焊接。最后将反力架上八字撑与中柱进行连接加固，并架设第三道斜撑，保证反力架的每一部分都有斜撑支撑。
3.6 负环安装
在始发时，盾构机依靠负环管片提供支撑进行掘进，负环管片为标准环，拼装方式为错缝拼装，安装使用管片拼装机直接安装。本区间暗挖隧道内安装7环负环管片，以满足始发段的尺寸要求及保证洞门环梁长度。见图6。
图6 负环平面示意图
4、质量控制
刀盘进入洞门环后，密切关注密封装置，确保扇形压板压好帘布橡胶板，保证良好的密封效果。在安装反力架和始发台时，测量人员全程监测，反力架左右偏差控制在±5mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±3‰，确保盾构机始发姿态。避免推力增大，防止盾体前移“L”型管片拉钩断裂而造成管片掉下对人及机器的伤害。认真检查盾构机、始发架等各连接部位连接牢靠，焊缝饱满【3】。
5、结语
地裂缝处小断面暗挖隧道盾构的合理运用是影响地铁工程施工质量的关键，因此在地铁工程施工的过程中，一定要对地裂缝处小断面暗挖隧道盾构进行合理运用。综上所述，希望通过本文的分析，对地铁工程的施工具有积极作用。
参考文献：
[1]吴占瑞. 盾构扩挖地铁车站地层与建筑物变形规律及控制研究[D].西南交通大学，2013.
[2]吕纬. 浅埋暗挖含水砂层隧道围岩稳定性研究[D].广东工业大学，2011.
[3]柳厚祥. 地铁隧道盾构施工诱发地层移动机理分析与控制研究[D].西安理工大学，2008.
论文作者:闫创
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/10
标签：盾构论文; 隧道论文; 标高论文; 混凝土论文; 基座论文; 管片论文; 断面论文; 《防护工程》2019年第2期论文;