1 工程概况
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。 其 中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 采用中铁重工制造的 ZTE6250 型号土压平衡盾构机，从含元殿站 始发，掘进到暗挖段出洞，然后空推过暗挖段后从该暗挖段端头 再次始发掘进到大明宫站出洞。盾构区间平面图及 1-1。
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 ，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。
2 重、难点分析
2.1 盾构始发系统安装准备 盾构始发系统由负环管片拼装、始发导轨及反力架安装等组成，盾构始发系统不但要稳固牢靠，同时还要与水平轴垂直，以 便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。
2.2 洞口土体加固技术 洞口土体加固能够确保土体稳定，防止地下水流入以及地层变形对施工影响范围内的地面建筑物及地下管线与构筑物等造成 破坏。同时能够建立始发洞口开始掘进一段距离或达接收洞口前 的一段距离平衡开挖面土体，以便隧道正常掘进和接收。
2.3 洞口建筑空隙的密封技术 洞口密封主要为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封 橡胶板止水装置，防止回填砂浆向洞口渗漏，保证洞口稳定。
3 施工工艺
本工程盾构进出洞施工主要的施工工序包括：始发前端头加 固、安装盾构始发基座、盾构机下井安装及调试、安装洞门密封 装置、安装反力架、盾构机空载调试、拆除洞门部分围护结构 ;
4 盾构进出洞施工技术
4.1 洞口土体加固 确保洞口土体的稳定，必须对洞口状况进行调查，然后采取有效的技术措施，使洞口处的土体不流失、不坍塌。采用土体稳 定措施后，洞门外土体能稳定自立相当长一段时间，可大胆拆除 封门，盾构即可进出洞，但在施工时必须对加固处理后的土体实 际性能作检测，确认其达到施工所规定的要求，方可拆洞口封门。 盾构机在车站进出洞端头加固方式采用单排 Φ1000@1250mm 素砼桩配合降水实现 ( 如图 4-1)。盾构机在暗挖隧道进出洞端头 采用 1300mm 厚 C20 素混凝土墙对洞门进行封闭加固处理。素桩及素墙效果检测可采用施工时通过预留的同条件试块和后期采用钻 芯法检查该加固端墙的强度。( 如图 4-2)
4.2 降水 降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高该层土的密实度，但不能大幅度提高土体的强度，降水仅能作为辅助措施；降水井 一般布置在始发及接收端头基坑外，可与暗挖施工、车站施工共 用降水井，降水井中心距结构外边缘不小于 3m，间距 10 米，井 底距底板 15m。在洞门凿除前 1 个月开始降水，确保在洞门凿除时， 始发段的水位降低至底板下不小于 1m 另外为确保降水效果，在各 个始发、接收端头分别增加一口水位观察井，观察地下潜水水位 是否达到降水要求。
4.3 始发基座安装 安装前，清理基坑，首先依据隧道在此处的设计轴心线确定始发托架中心线，通过测量放线，将托架中心线和托架支撑轨切 点位置刻划于始发井底或端墙及侧墙上，以指示托架的安装位置。 为防止盾构始发时会出现低头和整体下沉现象，将始发托架前部 抬高 30mm, 后部抬高 10mm 安装，托架安装采用钢板垫高找正。托 架安装就位后，为了考虑始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩，在井底采用工字钢和利用四 周井壁将托架支撑加固，焊接定位之后，开始在托架上组装盾体。
4.4 盾构机吊装及组装 盾构的组装场地分成三个区：后配套拖车存放区、主机及配件存放区、起重机存放区。吊装设备一般采用 260t 履带起重机 一台、150t 汽车起重机一台、液压千斤顶 2 台。盾构机的组装一 般按下列程序进行：平板车 （支撑连接梁用） → 6 号台车→ 5号台车→ 4 号台车→ 3 号台车→ 2 号台车→ 1 号台车→连接梁→ 盾构机前盾→ 盾构机中盾→ 刀盘→拼装机双轨梁→ 拼装机 回转体→ 螺旋输送机→ 盾构机尾盾→用千斤顶将盾构机主体向 始发端头推进。
4.5 洞口间隙的密封技术 在盾构通过洞口及整个隧道施工过程中，洞口与盾构、洞口与隧道结构之间总有一个圆环间隙存在，若不作密封处理，洞口 外土体及水就会从此间隙中流入工作井内，使洞口处土体流失， 引起地层沉降变形、破坏环境，影响极大，所以，洞口间隙的密 封技术也是进出洞施工中的一项重要技术。
4.5.1 洞口密封技术 在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环 行密封橡胶板止水装置，详见图 4-3，该装置在内衬墙入口洞圈 周围安装设有 M20 螺孔的预埋板 A，用螺栓将密封橡胶板、压紧 环板 B 和扇形压板栓连在预埋环板 A 上 , 扇形压板采用钢丝绳连 接成一个整体。
4.5.2 洞口密封安装顺序 洞门圈预埋钢环（车站施工时已预埋）→安设双头螺栓→帘布橡胶板→圆环压板→折页压板→垫圈→螺母 4.5.3 安装注意事项为防止盾构机掘进时，刀盘损伤帘布橡胶板，在盾构向前推 进前应在帘布橡胶板外侧及边刀上涂抹黄油；在盾构机刀盘进入 洞门环后，要密切关注密封装置，发现帘布橡胶板受损，要及时 采取措施，使得折页压板压好帘布橡胶板，以保证能起到良好的 密封效果。
4.6 反力架安装 反力架由两根立柱和两根横梁以及水平支撑组成。立柱与横梁采用高强螺栓连接，为加强整体性所有节点都为固定连接，反 力架为一门式钢架。后支撑采用外径为 530mm（壁厚 14mm）钢管 斜撑的方式。具体结构形式见图 4-4、图 4-5
4.6.1 反力架安装施工工艺 反力架安装顺序：测量定位→安装反力架底座→安装反力架立梁→安装反力架横梁→安装反力架横梁斜撑及直撑→定位复测 及焊接加固
在盾构机的主机在托架上安装好后，将反力架和基准环由下 至上分别吊入井下进行组装。
第一步：先将反力架的下横梁吊到井下，进行拼装，再将侧 梁和上部吊入与下部组装在一起。
第二步：将基准环的下半部吊入井下与反力架进行连接，再 将基准环的上半部吊入与反力架和基准环下半部连接，经测量检 查、调整使基准环的中心与反力架的中心重合，然后安装牢固。
第三步：根据测量的结果对反力架进行水平方向和标高的调 整，使反力架和基准环的中心线与隧道的轴线一致，并报监理单 位进行复测。
第四步：对反力架进行焊接加固。
4.6.2 负环安装
在始发井内，盾构机依靠负环管片提供支撑进行掘进，本区 间左右线各安装 7 环负环管片，以满足始发井的尺寸要求及保证 洞门环梁长度在 400 ～ 700mm，见图 4-6。
负环管片采用标准环，为防止负环管片失圆，负环管片采取 错缝拼装。负环管片安装使用管片拼装机进行。
由于始发支座轨道与管片外侧有 125mm 的空 隙（盾构始 发台的尺寸是按照盾构机的前体 6250mm 设 计，管片外径为 6000mm），为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发台导 轨上用方木楔楔紧。在负环掘进阶段，负环管片需要固定牢固， 在导台上利用 M20 膨胀螺栓配合 20mm 厚钢板，将钢丝绳捆紧，在 盾构机掘进时（负环范围内）。盾构边掘进边进行管片与始发导 台的支撑工作，方木与方木之间间距为 20cm，同时绑钢丝绳进行 固定管片。如图 4-7
盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。空载调试的 目的主要是检查盾构各系统和设备是否正常运转，并与工厂组装 时的空载调试进行比较，从而检查各系统是否按要求运转，速度 是否满足要求，对不满足要求的，要查找原因。主要调试内容为： 液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、主机系统、控制系 统以及各种仪表的校正。
4.8 破除洞门
4.8.1 破除前准备工作
4.8.1.1 15 ～ 20 天，对洞门区域素墙进行强度检测和通过 水平观察孔来检测盾构端头的加固效果，主要是观察正面土体的 含水量及土体的加固强度等。
4.8.1.2 盾构始发洞门破除时机：盾构始发的所有准备工作 以“不让破除后的洞门悬空时间过长”为原则，具体情况具体安排， 时间灵活掌握，力求让风险降到最低。下面是含元殿站～大明宫 站盾构区间洞门破除时机参数情况：a 暗挖段铺设轨道，用时约 4 天；b 盾体和后配套整体平移 到位，盾体位置应不影响安装反力架和负环管片的位置（反力架 端部里程确定公式 DR ＝ D1S － N×WS，DR 为反力架端部里程，N 为负环管片环数，D1S 为设计第一环管片起始里程，WS 为管片环 宽 ），用时约 3 天；c 盾构机调试，用时约 1 天； d 反力架安装， 用时约 3 天；e 在暗挖段铺设轨道的同时，始发洞门开始进行搭 设脚手架，安装洞门帘布和帘布压板，进行水平探孔，然后进行 洞门破除，用时约 10 天。
4.8.1.3 盾构接收前的洞门破除时机：在盾构机掘进距离接收端洞门 20 环的时候，接收端洞门完成搭设脚手架、水平探孔施 工、安装洞门帘布和帘布压板，并开始洞门破除工作。此时盾构 机以慢匀速持续掘进。
4.8.2 洞门破除施工工艺
4.8.2.1 车站洞门破除
第一步先对围护桩内侧 1/2 部分从上到下逐层进行破除，并 割除外侧 1/2 钢筋，内侧 1/2 桩体破除清理完毕后，然后第二步 对外侧 1/2 桩体混凝土进行破除，保留钢筋，以防万一有涌水涌 砂发生时，钢筋可以作为最后一道防护，以减小风险。对渣土清 理完毕后进行钢筋割除。根据以往洞门凿除的施工经验，考虑到 施工难度及安全性，混凝土共分十二块从上至下，从中间至两边 采取人工用高压风镐凿除。如图 4-8、如图 4-9、如图 4-10
4.8.2.2 暗挖端墙洞门破除工艺 暗挖端墙凿除分两次进行，第一次凿除厚度约为 80cm，后预留稳定前方土体 50cm 厚素砼，在到达和始发条件具备后及时破除 预留层（即第二次凿除）。首先由上至下凿除洞圈混凝土，先凿 除最上层两侧部分，然后向中部凿除，完成第一层混凝土的凿除后， 把第一层作为平台，依次竖直向下凿除。在凿除完第一次混凝土 之后，要及时检查洞口的净空尺寸不小于 6480mm，在到达和始发 条件具备后及时破除预留层（即第二次凿除），将渣土进行清理后， 即可接收和始发。详见图 4-11、4-12
4.8.2.3 洞门凿除注意事项
a 在第二次凿除过程中，必须在通风、照明、人力配备上 满足要求，尽快完成洞门凿除，避免掌子面长时间的暴露。
b 在凿除完毕后，盾构机要及时贯入将掌子面支撑，避免 端头土体失稳。
c 洞门凿除后要对洞门的净空进行测量保证盾构机能够顺 利通。
d 需注意的是，在洞门凿除过程中，为确保洞口土体稳定 和洞门附近作业人员的安全，必须对洞口土体稳定性进行监测， 尤其是对洞门处的监控量测，同时注意洞门渗水情况。当洞门 变形较大时，立即停止砼凿除，用 4 根方木支撑拱顶，支撑范 围以洞口上半部分范围内为宜，随即对洞门土体进行加固处理。
5、盾构进出洞施工中易发生的事故
5.1 洞口周圈涌泥水 由于在出洞施工时损坏了洞口密封装置，盾构出洞后没有及时做好洞口防渗漏处理，故在盾构未全部通过工作井洞圈或 已经脱出洞圈时，井外泥水不断从洞圈与盾构或隧道之间的间 隙涌入井内。如不及时处理，将导致地面沉陷和洞口处已建造 好的隧道产生过量沉降。
5.2 盾构出工作井洞口时“叩头”现象 盾构出工作井洞口后，就失去了基座的支撑，若在施工中对正面平衡压力值的设定和控制不当，则极易产生盾构的“叩 头”，这将使隧道偏离设计轴线，甚至无法正常施工。
5.3 管片产生碎裂、管片错台、内外张角严重、环向旋转 等不良现象。
6、结束语
随着盾构施工技术日益成熟，盾构施工应用面更广，而盾 构进出洞施工技术是盾构施工两个关键的工序，怎么做好盾构 进出洞施工是盾构施工的重中之重。其中做好进出洞前的准备 工作尤其重要，包括加固区强度检测、支撑系统安装、洞门破除、 洞门止水等，施工中应对这些方面加强检测力度，确保万无一失， 加大对施工参数变化的观察，对出土量、地面监测及时进行监 控，以确定合适的掘进参数，为进出洞施工提供一个好的条件。 本文阐述的盾构进出洞施工技术，同样适用于顶管机的施工。
参考文献：
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论文作者:王煜晨
论文发表刊物:《红地产》2017年7月
论文发表时间:2018/4/2
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