浅谈盾构穿越特殊地段施工控制措施

浅谈盾构穿越特殊地段施工控制措施
摘要：本文以某城市某盾构区间施工为背景，结合作者亲身经历，较为详细地阐述了盾构穿越桥梁、河流、大型市政管网、住宅小区等特殊地段的重难控制点，并结合施工实际，阐述了盾构穿越特殊地段的组织、技术、安全等控制措施。

关键字：盾构；穿越；特殊地段；控制措施
Abstract: On the background of shield construction of subway sectional tunnel, and through the author’s personal experience, the paper elaborates on the tough controlling points of special sections like bridges, rivers, mass municipal tubes, residential clusters, when tunneling with shield method. And combining with actual situation of construction, it states controlling measures, such as organization, techniques, safety, for shield tunneling at special sections.
Key words: shield method; tunneling; special sections; controlling measures
引言
盾构施工，以自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快、交通影响小在城市轨道交通建设中占据着不可动摇的位置。

伴随着各大城市地下交通的飞跃发展，盾构施工技术也日渐成熟。

充分的事前分析，严格的事中控制，科学的事后总结，有利于将盾构风险降到最低，实现盾构技术的发展。

虽然不同城市，都会遇到类似的问题，但是，不同城市的地质、水文状况，也随之带来了不同的困难。

严谨的施工方案，高素质的操作人员等将会为盾构的顺利推进提供保障。

以下内容结合作者的亲身经历，阐述了盾构穿越特殊地段的控制要点，如有不妥之处，还请指正。

1.工程概况
某盾构区间（为方便，称之为A-B区间）是某城市轨道交通的重要组成部分，自得A站出站后以R=350m沿某路右拐穿过河流、住宅区；接着以R=350m 右拐穿过住宅后进入北京路；然后沿某路右线以R=1000m先左拐后又以R=1200m右拐，左线以R=1200m左拐后到达B站。

本项目盾构区间将以复杂的线形，在复杂的地质条件下，穿越复杂的施工环境。

其中盾构区间下穿河流、下穿既有地铁隧道等工况在某城市轨道交通建设中均属首例，尚无成功经验可以借鉴，施工风险极高、技术难度极大。

2.特殊地段概况及风险点
2.1盾构穿越河流桥梁
区间左线在DK11+758.314～DK11+787.038、右线在DK11+758.714～DK11+791.111范围下穿河流，左线穿越长度为28.7m，右线穿越长度为32.4m，隧顶距河床底最小覆土厚度5.9m。

某桥沿东西方向横跨河流，为某市保护建筑。

其中西边桥头最南端桩基距离盾构隧道仅0.886m，对得胜桥的保护是盾构区间施工的重点。

图1隧道与桥桩位置关系图
2.2盾构下穿大型管网
环～得区间左、右线分别在DK12+124.838～DK12+137.238、DK12+118.497～DK12+130.897处下穿排污管网。

排污管网为地下暗河，是主要的排污干渠。

暗河顶部为砖砌拱形盖板，盖板顶部距地面不足1m，下部无任何基础。

盾构下穿位置隧顶至暗河定净距约16.46m，若因扰动过大或出土超量造成砖拱盖板坍塌，将直接威胁地表道路及邻近建筑的安全。

图2隧道与管网关系图
2.3盾构下穿房屋建筑
从A站始发后侧穿、下穿10处住宅楼；然后横穿道路，进入住宅小区，共下穿4处住宅楼；最后进入大型道路，近距离侧穿或下穿10处楼房和1座人行天桥。

整个区间左右线共计穿越建筑物28处，多为年代久远、基础较差的砖混结构。

在盾构穿越过程中确保地面建筑物的安全是本项目盾构施工的重点。

3.风险管理措施
3.1组织保证措施
为了加强区间盾构下穿特殊地段施工的组织和技术管理措施，施工单位成立了以项目经理为组长的“下穿特殊地段现场工作小组”，对特殊地段盾构下穿作业行使管理职责。

对具体施工操作人员进行调整和充实，增加富有施工经验的、责任心强的优秀施工人员。

在穿越前对全体施工人员进行全面详细的技术交底和施工管理交底，切实落实各项技术措施，做到信息畅通。

在施工过程中，现场工作小组24 小时值班，随时对特殊地段的构（建）筑物监测结果进行分析，并及时向领导小组汇报。

3.1.1人员配备
在下穿特殊地段的过程中将配备足够的管理人员、技术人员、现场施工人员、后配套维修保养人员、地面监控人员、监测人员、地表巡视人员以及突发情况应急人员。

隧道内人员与地面人员通过电话进行联络，地面管理人员及时将监测信息及参数设定指令传达给隧道内的施工人员，隧道内施工人员及时将施工情况、掘进参数等反馈给地面管理人员，达到实时优化施工参数的效果。

3.1.2技术准备
在近接特殊地段之前，对所有施工人员进行技术交底及施工组织交底，在试验段、穿越段、保护段施工期间分期对关键工序施工人员进行技术交底及施工组织交底。

使每一个参加施工的工作人员时刻清楚了解盾构与特殊地段之间的相对位置以及不同地段所采取的盾构穿越施工流程、技术措施、掘进参数。

在盾构操作室和工区办公室张贴相关技术交底、盾构穿越流程及重点控制措施。

3.1.3物设保障
穿越特殊地段之前对盾构机及龙门吊、电瓶车等后配套设备进行一次彻底的检修，并对易损坏的零部件进行清查和备货，对不常用的配件提前联系供货渠道。

保证盾构机及后配套设备在穿越特殊地段的过程中一旦发生设备故障可以在第一时间维修解决。

同时联系盾构机供应商，要求其在盾构下穿特殊地段期间全力提供技术支持，当盾构机发生现场维修人员无法解决的疑难故障时在短时间内到达施工现场，及时解决问题。

在施工现场提前配备充足的注浆设备及材料，保证同步注浆、二次注浆、盾体径向注浆的正常进行。

储备足够数量的膨润土和碴土改良剂，保证碴土改良能够持续正常进行。

储备足够的应急物资并单独存放，保证发生险情时可以立刻到达抢险现场并投入使用。

3.2穿越前准备措施
3.2.1实地勘察
在穿越前，我单位派遣相关技术人员、盾构操作人员对特殊地段进行实地踏勘，以了解其的现状，尤其是确切位置及目前的状况。

3.2.2技术交底
在穿越前，对所有施工人员进行施工技术和安全交底。

使每一个参加施工的工作人员清楚了解盾构与特殊地段之间的相对位置以及应当采取的不同技术措
施。

3.2.3碴土改良试验
为有效控制穿越特殊时的盾构土仓环境，在推进过程中采用向掌子面及土仓内加注泡沫剂膨润土泥浆的方法，以达到填补拱顶坍腔、调和碴土和易性、形成护壁泥浆的效果；同时在有必要时采用加注高分子聚合物的方法控制螺旋机喷涌，减缓地下水损失。

正式穿越特殊地段之前，在类似地层中进行碴土改良试验，确定泡沫、泥浆、碴土改良剂的加注方式、加注剂量和配合比等参数，为正式下穿时提供相关数据和经验。

3.2.4优化盾构机配套设施
在盾构机上设置加注膨润土泥浆和碴土改良剂的配套设备，保证需要时可以在不停机的情况下及时、高效的进行碴土改良；
配置相应注浆设备设备，保证在刀盘上部出现空腔时可以及时通过布设在盾构机前体上的径向注浆孔进行注浆填充；
在盾构机车架上增设二次注浆系统，保证可以在推进过程中对脱出盾尾的管片及时进行二次补强注浆。

3.2.5增设管片预留注浆孔
为控制盾构穿越特殊地段后的后续沉降，需对特殊地段及其前后一定范围内进行全面的二次注浆，确保后续沉降得到有效控制。

为提高注浆点位选取的灵活性，在特殊地段采用增加注浆孔的特殊管片，将二次注浆孔增加至每环16个。

3.2.6配备地面远程监控系统
在地面配备远程联机监控系统，将盾构机推进参数界面、螺旋机口碴土改良情况视频、皮带出土口碴车运输视频等通过数据线传输至地面监控室，在地面上实现对盾构施工的“现场直播”，并指派技术专家对各项掘进参数进行24小时监控调整。

3.2.7设置试验掘进段
在盾构穿越特殊地段之前设置试验掘进段，及时分析盾构所穿越地层的地质特性，掌握不同地质条件下土压平衡盾构推进的合理参数，并且通过实践不断地进行优化（特别是盾构施工到道前20m的施工参数的优化），以求达到盾构以最合理的施工参数穿越特殊地段。

将穿越前20环～10环作为穿越的试掘进区间，通过在此区间的试推进，来摸索盾构推进参数和地面沉降变形规律，以保证盾构在穿越期间，采取最合理的
施工参数，将特殊地段沉降控制在允许范围内。

通过对穿越前20环～10环试验段推进施工过程的地面监测报表数据进行汇总分析，在此段区间土体沉降变化中寻找其中规律，主要从盾构轴线横断面方向横向沉降槽、沿盾构推进轴线方向纵向沉降槽的沉降变化规律以及盾构推进造成地层损失等方面进行分析；在盾构穿越测点过程中，从盾构切口到达测点到盾尾离开测点，以及测点后期沉降各个不同区域的沉降变化规律分析，并根据分析得出结论。

4.穿越段掘进措施
4.1推进参数设定
平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的土压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者相互关系，对盾构轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、特殊地段情况，根据对穿越前试掘进参数的分析，配合监测信息，及时调整平衡土压力值的设定、推进速度、出土量和注浆量等施工参数。

同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制隧道轴线和折角变化不能超过0.2％，以减小对地层的挠动，进而确保特殊地段施工的安全。

4.2碴土改良
为确保盾构机顺利穿越特殊地段，应当充分利用盾构机的碴土改良功能对土仓环境进行改良，以达到避免结泥饼、避免喷涌、控制出土量、提高推进效率的目的。

如下图所示，理想的碴土改良可将螺旋机出土调整为牙膏状
图3 碴土改良螺旋机出土调整状
在盾构施工中，对于圆砾土、泥炭质土、粉土之类粘粒含量较高的地层，宜采用主要加注泡沫、辅助加注膨润土泥浆或高分子聚合物的碴土改良工艺。

4.3姿态控制
在盾构机进入穿越区之前，尽量将盾构机的姿态调整至最佳，严格控制盾构的纠偏量。

盾构施工过程中，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。

盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，并控制每次纠偏的量，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动，并为管片良好拼装创造良好的条件。

4.4同步注浆
盾构推进中的同步注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期变形的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。

浆液压注要及时、均匀、足量，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填。

每推进一环的理论建筑空隙为：1.2×π（63402－62002）/4＝1.655m3 ，实际注浆应控制在理论值的130%～180%，即为2.15～2.98m3。

同步注浆采用可硬性浆液，注浆压力应控制在2.5～3.0bar，控制注浆速度至千斤顶行程达到1150mm时注完，并保证2根注浆管同时工作。

若某根同步注浆管因压力过高注浆困难，可临时将其从盾尾拆除，连接在已脱出盾尾3环以上的管片上进行注浆，注浆位置应选择高于2点、10点的点位。

注浆量与注浆压力可根据监测结果作适当调整。

在特殊地段穿越过程中，现场土木技术员负责对注浆量、注浆压力作好详细记录，并根据每一掘进循环的进尺情况及监测数据对注浆参数及时调整，确保同步注浆的质量。

同时应随时检查盾尾是否出现漏浆现象，若盾尾漏浆立即采用手动模式对漏浆点位进行盾尾油脂补注，若漏浆严重需在对应管片脱出盾尾后及时进行二次注浆。

在特殊地段穿越过程中，现场技术人员应严格控制同步注浆浆液质量，认真检查每次进洞浆液，每3环取一组试样并观察记录其稠度、粗颗粒含量、初凝时间、终凝时间和泌水率，确保浆液质量合格。

4.5穿越后跟踪注浆
根据以往施工经验，同步注浆不可能完全填充管片背后的空隙，且砂浆存在达到强度时间长、容易收缩变形、受扰动可能液化等缺陷，管片周围地层在盾构通过一段时间后仍存在继续沉降变形的可能。

为控制土体后续沉降，在穿越特殊地段之后（尤其是建筑物、既有地铁隧道、重要管线等）应及时利用增加注浆孔的管片进行二次补强注浆，使隧道周围土体彻底固结，确保特殊地段安全。

盾构区间穿越房屋范围内存在大量年代久远、基础较差的砖混结构房屋。

对于具备拆迁条件的房屋，应当在盾构通过之前完成拆迁。

对于不具备拆迁条件的房屋，应当在盾构通过前采取临时迁移居民的措施，在盾构穿越过程中加强推进参数控制及地表监测，提前做好地面跟踪注浆加固的准备，一旦发生险情立即采取地表加固措施。

对于基础较好、距离盾构区间相对较远的房屋可不采取特殊措施，但在盾构穿越后应检测其安全性能，确保其质量安全未受影响后方可继续使用。

5.结论
文章通过对盾构穿越部分特殊地段的风险点和控制措施进行了概述，为盾构施工提供了适当参考，希望有利于加强对盾构施工的控制管理，确保盾构穿越特
殊地段的施工安全。

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中铁二局股份有限公司城通公司，从事城市轨道交通工程工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。