地铁盾构机下穿河流施工安全监控重点及对策

作者：胡兰初

来源：《科技创新导报》 2014年第1期

胡兰初

(中铁四局城轨分公司 安徽合肥)

摘要:盾构法隧道施工在我国地铁建设中应用最为广泛，其中盾构机穿越河流的情况比较常见。在实施盾构法隧道施工安全工作中施工人员应熟悉和掌握施工安全监控重点及相应对策，从而为业主提供优质的工程产品。

关键词:盾构机 下穿河流 监控重点 对策

中图分类号：TU94 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)01(a)-0113-02

近年来，为适应城市发展需要和满足城市居民日益增长的出行需求，南京市地铁建设不断加快了建设步伐。由于地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多。因此，施工人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工安全监控重点及相应对策，才能真正做到有效地对施工安全和质量进行监控，从而为业主提供优质的工程产品。本人有幸参加了地铁南京至高淳城际轨道穿越国铁段工程土建施工（DJ-TA04标）的施工，是南京市2013年的重点工程之一，该区段地质条件复杂，影响的构建物较多，特别是下穿秦淮新河，是全线施工中的难度最大的，本人在区间隧道掘进施工过程中，通过不断摸索与总结，也积累了一些菲薄的施工经验，以下就以此为例，对隧道盾构机下穿河流掘进施工中安全工作应监控的重点及采取的对策，谈几点体会，以为抛砖引玉。

1 盾构机下穿河流前的准备工作

1.1 盾构机及后配套设备的检查

本工程区间隧道掘进采用两台中铁隧道装备制造有限公司生产制造的复合式土压平衡盾构机。构成主要由盾构壳体（包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾）、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。在下穿河流前的重点工作是对盾构机的刀具磨损情况及后配套设备主要部件和系统进行检查和核对，在盾构到达秦淮新河前，左线隧道于1040环、右线隧道于1030环，均位于上部强风化粉细砂岩、下部中风化粉细砂岩地层，具备开仓条件。重点对盾构机刀盘的镶齿敷焊滚刀进行磨损量检查，磨损值大于3mm（总厚度6mm）的进行更换，镶齿敷焊滚刀在前期的施工中可以满足400环连续推进的要求。盾构进入秦淮新河范围前10环，将推进油缸推至最大行程，检查盾构掘进方向的前两道盾尾密封刷完好状况，如有损坏则对这两道盾尾刷进行更换。必须确保盾构机和后配套完全满足通过该区间的安全要求。

1.2 物资材料储备

盾构穿越秦淮新河区段，隧道左右线共计220环，在盾构到达前，将穿越施工相关的物资材料配备齐全。物资材料除同步注浆所需水泥、膨润土、砂、粉煤灰，以及管片须分批次购进外，其余所有材料均在盾构到达前一天全部备至现场。

1.3 机械设备储备

在检查设备的同时，对日常的设备易损件进行备货，主要包括：

(1)盾构机易损件：刀具、各部位传感器、油料滤芯、电器控制元件、双梁控制开关触点、隔膜泵密封圈、O型密封圈。

(2)门吊易损件配备：限位开关、空气开关、控制接触器等电器元件。

(3)搅拌站易损件：空气开关、提升钢丝绳、密封盘根、限位开关。

(4)电瓶列车：电瓶插头、刹车气管、保险丝。

(5)其他：临电开关、各型号熔断器、电力电缆、照明灯具、电箱等。

1.4 机械设备的改造

为防止盾构刀盘在通过四处勘探孔时发生螺旋机喷涌现象，对螺旋机出口处进行改造，即在螺旋机出口处加焊DN200球阀，球阀与同直径镀锌钢管连接，沿皮带机方向一直连通至出土口，镀锌钢管使用支架锚固，支架焊接在台车上部，皮带机左侧；镀锌钢管末端弯折处理，开口向下。镀锌钢管分段铆接，以方便堵管时的清理工作。

2 施工流程的编制

盾构穿越秦淮新河施工流程如图1。

3 前期盾构施工参数优化

左右线盾构前期分别顺利穿越了国铁桥群、机场高速跨宏运大道立交桥，两个特殊地段均

处于全断面中风化粉细砂岩地层。在施工过程中，经过反复调整后，确定盾构施工参数(表1）。

4 采用的技术控制措施

借鉴前期施工经验参数，结合秦淮新河段地质、埋深、线型等具体情况，在盾构穿越期间采取以下措施：

(1)推进土压、出土量

①推进土压

盾构穿越秦淮新河期间，隧道位于强风化、中风化粉细砂岩地层，隧道顶埋深目前介于15.21～15.7m（包括水深），因此为杜绝土方超挖，减少土仓含水量，控制刀盘土仓上部土压为0.18MPa。

②出土量

每环盾构掘进出土量理论值为：

V=L·π·D2/4=1.2×3.14×6.472÷4

=39.4方，由于土体改良，实际出土量在理论值基础上扩充0.3的系数，即：V＇

=39.4×1.3=51.2方。盾构推进过程中通过对渣土车的实际存土数量对开挖土方进行控制，目标值为51方/环。

(2)推进速度、刀盘转速与扭矩

盾构穿越秦淮新河期间，掘进速度控制在20mm/min，匀速推进；刀盘转速控制设定为1.2r/min；刀盘扭矩属于被动参数，因此控制在3500kN·m以内，防止刀盘电机脱扣。

(3)盾构姿态

盾构穿越秦淮新河区域隧道的平面线型为半径350m左转弯圆曲线，纵断面线型为6.948‰（右线6.926‰）的下坡。盾构穿越前将盾构平面姿态控制在±20mm之间，垂直姿态控制在设计轴线以下30～45mm之间；穿越过程中，加强对自动测量控制点进行复测，并控制盾构姿态的纠偏量，确保以既定姿态推进。

(4)确保管片防水和拼装质量

项目部指派2名质检人员，分白晚班专门盯控管片防水材料粘贴质量，杜绝止水条脱落、起鼓以及角部不对齐现象，确保管片防水效果，杜绝地下水渗入现象发生；同时，每环拼装完毕后、下环推进时以及管片脱出盾尾后分别三次紧固连接螺栓，以免管片衬砌变形而引起土体变形；在管片拼装方面，提高拼装质量，杜绝角部破碎，防止隧道漏水，避免引发地面沉降。

(5)做好同步注浆和二次注浆工作

盾构穿越秦淮新河期间，采用同步注浆与二次注浆结合的方式，同步注浆采用压力与注浆量双控的标准，目标压力值为0.2MPa，每环的注浆量控制在6～9方；二次注浆用于隧道封环，盾构每掘进5环对当前环后部第9环位置进行封堵，隔绝后部水体的流通通道，改善同步注浆填充效果，二次注浆压力控制在0.3MPa以内。

(6)刀盘前土体改良及防喷涌

因盾构在穿越期间为带压推进，因此须使用泡沫剂对土体进行改良，泡沫剂原液稀释比例3%，泡沫溶液与空气比例1:8。

(7)合理安排施工工序

盾构穿越秦淮新河期间，项目部2名副经理带班作业，主要负责分配掘进出土与管片拼装等主要施工工序的时间，尽量缩短测量、管片、渣土车等待的时间，提高运输效率，维持作业面连续施工，并及时按照管片需求型号组织下井运输，加快管片拼装作业。

(8)加强地面巡视

由项目部指定专职安全员在穿越期间对秦淮新河进行每日巡视，巡视不间断进行；安全员巡视时主要观察河水气泡现象，并随时上报结果。

5 采用的关键技术措施

(1)曲线段推进

此段地铁隧道部分位于半径350m的左转弯圆曲线上，属于小转弯半径线型，在推进过程中着重采取以下措施：

①盾构机在掘进过程中在确保姿态的基础上，控制每环的纠偏量不大于3mm；

②手动控制土仓压力，严禁土方超挖；

③每环的出土量以渣土车实际存方方量统计值为准。

④注重同步注浆质量，特别是浆液初凝时间、稠度与方量，确保隧道外间隙填充饱满与及时固结。

(2)出土方式的转换

在盾构刀盘位于四处勘探孔范围时，可能发生螺旋机喷涌现象，此时须进行盾构出土方式的转换，即：盾构暂停掘进并关闭螺旋机末道闸门，开启螺旋机出口处的球阀，让泥浆或水通过DN200镀锌钢管直接排至渣土斗中，同时盾构机恢复掘进；当镀锌钢管中水流终止，则切换回常规出土方式，关闭球阀、清洗钢管；如此交替转换，使盾构刀盘脱离勘探孔范围。盾构穿越秦淮新河在其他情况下螺旋机发生喷涌时，也可通过此出土方式的转换，来保证盾构连续掘进。

(3)强风化、中风化粉细砂岩地层推进措施

每环推进前，首先注入泡沫溶液，旋转刀盘并向前顶进，螺旋机不出土，待土仓上部土压达到0.18MPa，土仓内土体搅拌均匀后再开启螺旋机，正常推进。整个推进过程中，须动态控制上部土压，令其始终保持在0.18MPa这一数值。

在推进时，保持20mm/min的速度连续掘进，每环最后200mm行程的推进过程中，减少螺旋机出土，上部土压逐步建压至0.25MPa，减少在推进完成后的管片拼装过程中，前方水体进入刀盘的方量，为下一环推进营造良好的出土条件。

6 结语

盾构机下穿河流施工是一项技术性较强的作业，通过多年来前人的不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术，尤其是近年来在地铁建设中得到了广泛的应用，而且国产盾构的制造及施工技术也取得了可喜的成绩。这些都对施工人员的素质提出了更高的要求，更需施工人员通过不断学习和实践，熟悉这些相关的施工技术，掌握盾构机下穿河流施工安全监控重点及相应的对策，才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保障。

参考文献

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