浅谈地铁隧道盾构施工技术

建筑与发展　・８４・　Ｊｉａｎ　ＺｈｕＹｕ　Ｆａ　ＺｈＧｎ　工程实录　Ｇｏｎｇ　Ｃｈｅｎｇ　Ｓｈｉ　Ｌｕ　浅谈地铁隧道盾构施工技术　魏辉　中铁二十局集团第五工程有限公司　云南　昆明　６５０１０６　【摘要】本文作者对某地铁盾构施工工程进行分析，该线路沿线长距离穿越石灰岩地层，溶洞、土洞发育，地质条件十分复杂，地面建（构）　筑物密集。盾构施工风险高，属首次岩溶、土洞复合地层中采用盾构掘进施工。文章概要介绍了该地铁复合地层盾构掘进施工技术及施工工序，望　使读者对复合地层盾构施工技术有一定的了解，为从事盾构施工的技术人员提供参考。　【关键词】地铁施工施工技术　１工程概况　某地铁区间地质溶洞发育，以竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀　深槽，溶洞的分布在纵横向上变化很大，岩面起伏较大；土洞主要　分布在上覆土层与下伏基岩接触带，经勘测，溶洞、土洞繁多；该　工程采用盾构法掘进施工。　２施工技术原理　利用三维数值模拟分析，确定沿线影响盾构施工及隧道结构安全　‘的溶洞、土洞范围。对范围内的溶洞、土洞进行勘测，确定其类型　及大小，然后根据不同溶洞、土洞的特点制定处理措施。根据制定　的各种措施对影响范围内的溶洞、土洞进行处理，使得沿线地质条件　趋于相对均匀，地层无空洞。防止盾构施工中盾构机突然下沉、偏　转，保证盾构施工过程中的安全。做盾构机适应性研究，制定适应　岩溶地区盾构机改造及设计方案。盾构掘进施工过程中，根据实时监　测的数据，动态控制及时调整盾构机施工参数，确保盾构安全掘进、　防止地表塌陷，保证地面建（构）筑物安全。　３溶洞探测及处理　３．１对影响范围内溶洞土洞的详细勘测　采用地面勘探（包括地质钻孔勘察、地质雷达、ｃ　Ｔ、瑞雷波等　方法）和洞内勘探（盾构机自身的超前钻探孔）相结合的方法对溶　（土）洞进行超前地质预报预测，详细、准确确定溶洞、土洞沿线　路方向分布特点、洞体大小及形状。为盾构掘进提供详尽的地质情　况，分析不良地质对盾构施工及隧道安全的影响。　３．１．１地质钻孔勘察　在地质详勘的基础上，采用地质钻机在隧道中心及边线外２．５ｍ，　５ｍ位置布置钻孔，＿沿线路方向钻孔间接１　０一个，梅花型布置，钻孔　深度为隧道底板下１　２ｌｉｔ。　当钻孔发现有溶（土）洞后，在原钻孔周边采用２　２ｍ布置加密布　孔，详细掌握溶（土）洞的大小形状类型等参数。　３．１．２地质雷达探测　在地面主要采用地质雷达探测方法。并且，分别采用２　５　ＭＨ　Ｚ、　ｌ００ＭＨｚ和４００ＭＨｚ三种天线探测，以隧道中线为准，在中线及隧道外侧　分别布置测线，线距１米，确保查明影响范围内的岩溶分布情况。　地质钻孔未发现，但地质雷达显示的溶（土）洞，在溶（土）　洞位置需重新钻孔，从而探明溶（土）洞的类型。并将所有探明的　溶（土）洞在地质纵断面图中标示清楚。根据溶洞土洞的不同类型　有针对性地制定处理措施。　３．１．３工程ｃＴ技术　来源于医学ｃＴ技术的工程ｃＴ地质预报原理主要通过在溶洞段近距　离的布置钻孔实现空间密集对穿，对测试剖面范围内的地质进行直观　的三维图像描述，准确了解溶洞的边界、走向、规模。　３．１．４瑞雷波监测　瑞雷波监测仪（ｓＭ９８～１　２Ａ）是一种利用瑞雷波的运动学特征和动　力学特征来进行工程地质勘察的物探方法。主要来确定溶洞的位置和大小　以及溶洞充填物的性质，为溶洞充填介质的选择提供科学依据。　３．２溶（土）洞处理措施　３．２．１施工工艺要求：　（１）在探到有溶洞的钻孔周围按照纵横向２　ｍ的间距补充钻孔。　（２）对全填充的溶（土）洞采用静压注浆法对溶洞内填充物进　行处理，注浆参数为：１）注浆采用单液浆（水泥浆）；２）注浆　终压０．４２ＭＰａ，在注浆过程中注浆压力逐渐提高，达到终压继续注浆　ｌ０ｍｉｎ以上：３）采用４２．５级普通硅酸盐水泥，水灰比０．５：ｌ～１：　１；４）注浆速度３０Ｌ／ｍｉｎ　７０Ｌ／ｍｉ１１，实际灌浆参数，根据现场实验　确定．　（３）注浆孔采用直径６０ｍｍ的ＰＶＣ袖阀管．　（４）袖阀管具有上下两个止浆圈，能将浆液限定任何区段内进　行注浆，可达到分段注浆的目的；止浆圈可在袖阀管内自由移动，可　根据需要在注浆区域内反复注浆：可根据地层特点，在同一袖阀管内　采用不同的注浆材料，选用不同的注浆参数进行注浆；见图１单向袖　阀管示意图。　。　ｔ囊件　●—●ｔ■　业　一　错ｔ歼扎　图１单向袖阀管示意图　（５）灌浆过程中，通过观察灌浆范围内排气、返水、冒浆及　灌浆孔浆量、压力提升速度、浆流量等情况，充分收集现场各种迹　象综合判断，及时调整灌浆方法、及施工参数。　３．２．２半填充及未填充溶（土）洞处理方法　当溶洞高度大于２ｍ且少填充或未填充时采用吹砂或碎石回填＋静　压灌浆法处理。吹砂孔采用直径２００ｍｍ的ＰＶＣ管相套，向洞内吹填砂　夹石，砂夹石要求级配良好（选用砾石卵石中粗砂，粒径小于２ｍｍ的　部分不超过总重的４　５％，不含植物残体垃圾等杂质），然后通过高压　注浆，使浆液填充填料的空隙，固结后形成强度高的固结体，达到　处理的目的。当吹砂困难时可改用￣【７．５号水泥砂浆灌注，然后再注　水泥单液浆；当溶洞高度小于２ｍ且少填充或未填充时，直接采用水　泥浆填充密实施工工艺要求：　（１）在探到有溶洞的钻孔周围按照纵横向２ｍ的间距补充钻孔。　（２）对半填充及未填充的溶（土）洞采用吹砂或碎石回填静压　灌浆法对溶洞内填充物进行处理吹砂用的砂夹石要求级配良好，选用　砾石卵石中粗砂，粒径小于２ｍｍ的部分不超过总重的４５％，不含植物　残体、垃圾等杂质。　吹填砂夹石完成后通过高压注浆，使浆液填充填料的空隙，固结　后形成强度高的固结体。注浆参数：１）注浆采用单液浆（水泥　浆）；２）注浆终压０．４　２ＭＰａ，在注浆过程中注浆压力逐渐提高，达　到终压继续注浆１０ｍｉ１１以上；３）采用４２．５级普通硅酸盐水泥，水灰　比０．５：１～１：ｌ；４）注浆速度３０Ｌ／ｍｉ　ｒｌ～７０Ｌ／ｍｉ　ｒｌ。　当吹砂困难时可改用Ｍ　７．５号水泥砂浆灌注，然后再注水泥单液　浆。　（３）注浆孔采用直径６０ｍｍ的ＰＶＣ袖阀管，吹砂孔采用直径２００ｍｍ　（下转和第８２页）　建筑与发展　‘工程实录　Ｇｏｎｇ　Ｃｈｅｎｇ　Ｓｈｉ　Ｌｕ　８２’　Ｊｉｏｎ　ＺｈｕＹｕ　Ｆｏ　Ｚｈａｎ　５００ｍｍ且不大于振动棒长１．２５倍：坡取１：７～１：８。在下一层混凝土　初凝之前浇筑上一层混凝土，避免产生冷缝。浇筑混凝土时间应符合　规范要求，掺外加剂时由试验确定，但最长不得大于初凝时间９０ｍｉｎ。　振捣混凝土应使用高频振动器，振动器的插点间距为１．５倍振动器　的作用半径，防止漏振。斜面推进时振动棒应在坡脚与坡顶处插振。　振动混凝土时，振动器应均匀地插拔，插入下层混凝土５　０　ｃ　ｍ左右，　每点振动时间１　０～１　５　Ｓ以混凝土泛浆不再溢出气泡为准，不可过振，　试件（１组为６个抗渗试件）。抗渗性能试验应符合现行《普通混凝土　长期性能和耐久性能试验方法》（ＧＢＪ８　２—８　５）的有关规定。　用于检验混凝土强度的试件，应在混凝土的浇筑地点随机抽取。取　样与试件留置应符合下列规定：①当一次连续浇筑超过１０００ｍ　时，同一配　合比的混凝土每２００ｍ３取样不得少于一次：②每次取样应至少留置一组标准　养护试件，同条件养护试件的留置组数应根据实际需要确定。　底板混凝土外观质量检验数量，应按混凝土外露面积每１００ｍ　抽查　１处，每处１　０ｍ　２，且不得少于３处：细部构造应按全数检查。　根据日（班次）浇筑量，及时做好商品混凝土试块的取样工作。　实验员每班至少４次做好混凝土坍落度的实测工作，资料员要及时采　集、核验、查收商品混凝土开盘鉴定资料及混凝土配合比通知单等系　列质量保证资料文件，及时如实填写混凝土施工记录、测温记录，发　现异常温度信息及时汇报处理：现场应留置好足够的各种同条件试块及　备用试块，同时做好标养试块的留置和养护工作。　亦不可漏振。混凝土浇筑终了以后３～４ｈ，在混凝土接近初凝之前进　行二次振捣，然后按标高线用刮尺刮平，并轻轻抹压。　３．３保温与测温　混凝土表面在初凝后覆盖塑料薄膜，上方再盖４层毛毡，终凝后　洒水。混凝土的养护期限：自混凝土浇筑开始计算，使用普通硅酸盐　水泥不少于１４ｄ，使用其他水泥不少于２１　ｄ。养护期内混凝士表面应始　终保持温热潮湿状态。混凝土养护用水为饮用自来水，与混凝土搅拌　用水一致。　般情况下，大体积混凝土测温延续时间自混凝土浇筑始至撤保　一４施工效果观测　测温记录显示：温度最高在１　２：００—１　５：００时，最低为早晨时　温后为止，同时应不少于２　０ｄ。本工程每个测温点位由不少于３根间　距各为１００ｍｍ呈三角形布置，分别埋于距板底２００ｍｍ，板中间距５ＯＯ～　１０００ｍｍ及距混凝土表面１００ｍｍ处的测温管构成。测温点位间距不大于　６ｍ，测温管采用直径４　８ｍｍ的脚手管，下端封闭，上端开口，管口高　于保温层５０～１　００ｍｍ，测温管上口应用软木塞封堵，只允许在测温时　打开：测温仪探头插入管内测出读数后如实记录。测温时作详细记录并　整理绘制温度曲线图，温度变化情况应及时反馈，当各种温差达到１　８　℃时应预警，２２℃时应报警。测温管使用完毕后用流体状沥青砂浆灌　满以防渗水。　３．４混凝土检验及试块留置　防水混凝土抗渗性能，采用标准条件下养护混凝土抗渗试件的试验结　果评定。试件在浇筑地点制作。连续浇筑混凝土每５００ｍ。应留置１组抗渗　≤　一　ｉ　分，混凝土上部温度随环境温度变化，在同一时间同一测点温度高于　环境温度，整个底板基础混凝土内部晟高温度６１℃：从各测温点的温度　变化显示，混凝土中部及下部温度自浇筑之后４　８　ｈ内温度为最高时　期，之后温度逐渐下降：从同位置测温孔的上、中、下测温点及与大　气之间的温差数据记录来看，中部与表面温差、表面与大气温差变化　较大，最大温差１　９℃。　结束语　温度控制和温度监测是大体积混凝土施工过程中必须考虑的重要问　题，与混凝土结构早期裂缝控制和耐久性研究密切相关。大体积混凝　土施工重点主要是将温度应力产生的不利影响减少到最小，防止和降　低混凝土裂缝的产生和发展。　０　Ｌ皇　旦　阻　ｊｉ旦　ｄｉ旦　（上接第８４页）　的ＰＶＣ管，排气孔采用直径６０ｍｍ的ＰＶＣ管。　盾构在通过溶洞时，应加密溶洞范围内地表建筑、地１Ｆ管线监测　点，加强地表建筑、地下管线的沉降观测和变形测量：同时还需对盾　构机平面姿态、高程进行量测，当盾构平面位置或高程偏离设计轴线　３．３溶（土）洞处理效果检查　溶（土）洞处理后的土体应具有良好的均匀性、自立性、封闭　性。溶洞处理效果检查的方法是在灌浆固结体内钻孔取芯，测得其无　侧限强度和渗透系数Ｋ，以检验是否满足灌浆固结体设计强度和渗透性　是否满足要求。不满足要求时重新进行处理。　灌浆固结体２８ｄ的单轴无侧限强度和渗透性系数Ｋ按照如下标准。　取芯数量为溶洞处理钻孔数量的１％；　２　０ｍｍ时，应进行盾构姿态的纠偏。　４．２．４管片拼装　管片采用错缝拼装，增强整体刚度。管片采用高强螺栓连接，管　片拼装完成后及时拧紧螺栓，同时在盾构掘进过程中，加强对已拼装　完成的管片螺栓检查，及时做好螺栓复拧工作，减少管片变形空间。　同时加强管片外二次注浆，减小管片变形空间，稳固管片。　４．２．５盾构掘进过程控制　　’固结体：无侧限强度≥０．２ＭＰａ：　渗透系数≤１．０　Ｘ　１０　／ｓｅｃ：　土洞检测：土洞采用位标贯测试，标贯击数应大于１　０击。　４掘进施工　４．１盾构掘进施工前准备　盾构掘进施工前，采用地质钻孔地质雷达探测详细探明溶洞、土　洞情况，在地面建筑物密集区无钻孔及雷达探测条件的盾构掘进区段　采用超前地质钻探探测溶洞、土洞情况。根据溶洞、土洞特点对其　采用不同方法进行处理。　在未勘测地段掘进中，采用超前地质钻探发现溶洞（土洞）后，　及时进行溶洞处理，在隧道贯通后采用管片预留注浆孔进行洞内注浆　处理。　采用土压平衡盾构掘进过程中，严格监视土仓压力、扭矩、刀　盘压力、盾构偏转、盾构及管片姿态等参数。土仓压力变化，压力　突然降低或上升时，立即停机，分析发生原因，及时进行处理，处　理完成后再恢复掘进。加强渣样分析，为掘进参数调整提供依据。控　制推力及刀盘转速，根据主控室内能显示的刀盘受力分布的状况，体　会掘削面岩块分布位置，控制刀具磨损，防止刀周崩裂。　４．３涌水应急措施　为防止溶洞涌水（或突水），应备好抽水设备等应急设备和物　资，制定应急抢险预案．　４．２盾构掘进　根据地质条件，计算各项参数的初始值，在施工过程中，根据　监测结果进行调整优化。　４．２．１掘进速度　推进速度根据地层确定，一般控制在２Ｃｍ／ｍｉｎ，由于岩面不规则，　盾构掘进过程中，盾构抖动大，适当控制掘进速度，减小掘进对周　围地层的扰动，保证地层稳定。　４．２．２壁后注浆　壁后注浆分同步注浆和二次补强注浆。同步注浆与盾构掘进同时　进行；二次补强注浆采用滞后盾构掘进环５环进行双液浆加强注浆，　结束语　通过准确确定溶洞处理范围，采用合理的溶洞处理措施及盾构掘　进技术，保证了盾构掘进、隧道结构及地面建（构）筑物的安全。　为采取经济有效的溶洞士洞处理措施降低盾构刀盘和刀具磨损、减小　盾构隧道病害等提供技术支持，并实现盾构施工成本的有效控制。将　促进地下工程施工技术进步，取得了良好的社会效益及经济效益。　参考文献　［１］竺维彬，鞠世健，史海欧．广州地铁三号线盾构隧道工程施　工技术研究［￣Ｉ］．广州：暨南大学出版社，２　００　７．　［２］陈馈，洪开荣，吴学松．盾构施工技术［Ｍ］．北京：人民　交通出版社，２００９．　以提高同步注浆的效果。　４．２．３施工测量