28-盾构始发施工技术概论

3-2-28盾构始发（含试掘进）施工技术

1.前言

1.1概述

盾构始发是指在盾构机组装完成后,放置在符合设计轴线的基座上,具备掘进、管片安装、背衬注浆条件,利用负环管片、反力架等承受反作用力的设备,将盾构机贯入出洞口进入地层沿所定线路向前推进,直至盾构机完全进入隧道，拆除洞口负环管片、反力架等辅助设施的一系列作业。

由于在始发阶段存在以下几种特殊情况：

（1）始发推进前需凿除车站的围护结构（主要是处理钢筋砼结构），凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳，不能有水土流失；

（2）始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能进行调向；

（3）始发阶段的姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难；

（4）始发期间一些设备如管片小车、管片吊机，包括出渣都不能正常使用。有时也会存在盾构机因为车站结构的原因而不能整机始发。

综上所述，盾构在初始阶段的施工难度很大。因此，盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须要全力做好。同时还应确保盾构连续正常地从非土压平衡工况过渡到土压平衡工况，以达到控制地面沉降，保证工程质量等目的。

1.2适用范围

适用于土压平衡式盾构机始发段施工。

2.盾构始发（含试掘进）施工工艺

2.1盾构始发施工工艺流程图

盾构始发施工工艺流程如图2-1所示

图2-1 盾构始发施工工艺流程图

2.2洞门结构形式选择

2.2.1洞门结构形式选择原则

盾构进出洞施工中要确保洞口暴露后正面土体的稳定，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。

工作井一般用沉井法施工，但建筑物密集地区或大型结构的工作井是采用地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW工法等建造的，围护结构的不同，洞口的封门形式也不同。洞口的封闭方法与盾构出洞口是否方便、安全、可靠的关系极大。

2.2.2常见洞门结构形式

（1）外封门

当工作井采用沉井法施工时，洞门封门一般采用钢板桩（常用槽钢组合），一种方法是在沉井下沉施工时，将封门安装在洞门（封门板桩与沉井洞口的固定连接均设于井内的洞圈内，出洞施工时要能方便拆除)然后与沉井一起下沉到位,封门安置要牢固，不应在沉井施工时遭到破坏；另一种方法是待沉井下沉井到位后再紧贴井处壁打入封门板桩，但沉井预留洞口在沉井下沉沉施工时须临时封闭，待洞门板桩打入后再拆除临时封闭。

盾构出洞时先进入井壁洞圈内，安装好推进施工时的洞口密封装置，然后拔除封门板桩，盾构出洞。

外封门形式一般用于出洞施工,其因受到钢板桩长度、构造及拔桩等影响，当洞口埋深较深时不宜采用。

（2）内封门

盾构进洞的封门一般采用内封门形式。封门可用型钢组合（有竖封门及横封门两种形式），固定在井内壁洞口处（在沉井下沉施工时，洞圈内用粘土填封密实），当盾构最前端离封50mm停止推进

施工，拆除封门，尽快将盾构推入并内的接收基座上，并及时封堵管片与洞圈之间的空隙，防止泥水从间隙处渗漏。

当洞口埋深较深、洞口处土质较好，自立性能强或洞口土体进行加固处理，内封闭形式，也可用于出洞施工中，但洞圈内必须用粘土夯填密实，使洞圈内土体起到一个土塞作用，用以平衡井外的侧向压力。

（3）特殊封门（井内外封门）

当工程埋深深、井外砂性土渗透系数大、地下水位高、要平衡地下水压力较为困难时，则盾构出洞时可采用另一种“外”封门形式，即在井内筑一定长度的筒套（采用钢筋混凝土在结构或钢结构），内径与井壁预留洞口相同，筒套与井壁连成一体，筒套后端设有密封装置，进入筒套与井壁内面间有密排竖向钢板桩封闭洞口，沉井下沉前在井壁洞圈内填粘土，盾构先进入筒套内）。出洞施工时，逐根拔除钢板桩，每拔除1根，须及时封住上开口。

1）盾构出洞前已建立正面平衡体系，在出洞过程中能较好地控制正面平衡压力，使洞口外土体流失能控制在允许范围内，有效地保护环境；

2）井壁洞口内及筒内均用粘土填充，土塞效应长度大，洞口间隙密封效果好，土体不易流失；

3）洞口封门板桩由于设在井内，板桩长度略大于洞口直径，只需用推进施工用的行车即可方便、迅速拔除，不需另行配置大型设备；

4）通套构造设计时，考虑了出洞时可能够出现的问题，降低了施工难度。

（4）SMW工法施工洞口封门

当工作井采用围护开挖施工工艺时，可在工作井出洞处用SMW工法作结构施工围护，在进出洞施工时，先拔除SMW桩内的H型钢，利用掘进设备刀盘切削SMW桩的水泥土，逐步完成进出洞施工。

（5）地下连续墙施工洞口封门

当工作井采用地下连续墙围护，在进出洞施工时，先行凿除地下连续墙，逐步完成进出洞施工。

所谓地下连续墙的施工方法，即在地面上用一种特殊的挖槽设备，沿着工程周边（地下结构的边墙），开挖一定槽段长的沟槽，并用泥浆来支护槽壁土体，然后将预制好的钢筋笼（钢筋骨架），放入槽内。采用导臂在充满稳定液体的沟槽内进行混凝土浇筑。混凝土是由沟底逆向上筑高，直至充满沟槽，即在浇捣施工时稳定泥浆置换出来。相邻的槽段由特殊街头连接，这样把分段的槽壁连成一整体成为埋于地下的一条钢筋混凝土墙。

（6）钻孔灌注桩施工洞口封门

隧道工作井洞门前方土体围护也可采用钻孔灌注桩施工，在进出洞施工时，先行凿除钻孔灌注桩，逐步完成进出洞施工。

2.3盾构端头地基加固

2.3.1盾构端头地基加固要求

盾构进出洞时需采取土体稳定措施。洞门外土体能稳定自立相当长一段时间后，可安全拆除封门，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。当前常用的土体稳定技术有SMW工法，高压旋喷桩、深层搅拌桩、降水法、分层注浆法、冻结法等。

2.3.2常见盾构端头地基加固技术

深层搅拌桩:利用深层搅拌机机械，用水泥作为固化剂与地基土进行原位的强制粉粹拌和,待固化后形成不同形状的桩、墙体或块体等。其计算理论按重力坝式刚性挡土墙计算，同时按刚性挡土墙计算方法验算变形。

高压旋喷桩高压旋喷桩法有单管法、二重管法、三重管法以及今年出现的多重管法。它在地基加固、提高地基承载力、改善土质进行护壁、挡土、隔水等方面起到了很好的作用。利用工程钻机钻孔到设计深度，将一定压力的水泥浆液和空气，通过其端部侧面的特殊喷嘴同时喷射，并强制与喷射出来的浆液混合，胶结硬化。喷射的同时，旋转并一定速度提升注浆管，即在土体中形成直径明显的拌和加固体。桩间叠合就成了隔水、挡土的护壁隔墙。

SMW工法（深层搅拌桩+H型钢）：SMW工法是指通过深层搅拌机器搅拌，使水泥类悬浊液在原地地层中与土体反复均匀混合，并根据一定的间隔插入H钢或板桩等作为加强基材，待水泥土固结后，形成复合的连续挡土墙的技术。

降水法：在软土的含水地层中建造隧道，用降水法排除地下水，稳定开挖面的土体，是防止地下施工流砂产生的有效措施，与其他疏干水方法比较最经济的。

人工降低地下水位是在施工范围内埋设一定数量的滤水管（井），用抽水设备抽其井内水，降低地下水位到有利工程施工，而在施工过程中仍保持不断抽水，使工作面土体始终保持干燥，从根本上防止流砂现象的发生，同时，由于抽去土中水后，动水压减少或消除，土体竖直面更为稳定。

采用降水法一般为地面向下打井点，所以其使用的范围、地区受到了限制，但是在盾构施工进出洞阶段，这是一个主要方法，并经常使用。

用人工降低地下水位方法有：轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点等。而具体采用哪一种方法应根据图的渗透系数，要求降低水位的深度、工程特点、设备条件及现场施工条件而选择。

冻结法：当用其他方法难以达到稳定开挖面土体时，采用冻结法可取得较好的效果.冻结法的主要功能：使不稳定的含水地层能形成强度很高的冻土体；能够形成完整的防水屏蔽，起到隔水作用；能起到良好的挡土墙作用，以承受外来荷载。

（1）依其冷却地层的方式，可以分为直接冻结和间接冻结两大类。

1）直接冻结方式

这是一种低温液化气方法。从工厂将低温液化气（液氮193℃）直接运达到工地，输入到预先埋设在地层中的冷冻管内，液氮在冷冻管中气化而使冷冻管周围地层的土壤冻结，气化后的氮气放入大气中。液氮冻结温度极低，冻结速度快，时间短。一般适用于暂时性的小规模工程施工，常用在一些地下的危急工程。

2）间接冻结方式

通常采用盐水冻结法。盐水冻结法是利用氨压缩调节制冷，并通过盐水媒介热传导原理进行冻结。一般是在工地现场冷冻设备，冷却不冻液（一般为盐水）至20℃～30℃，然后盐水进入冻结管内使地层土壤冻结，温度升高后的盐水回流到冷冻机再冷却。这样，盐水就在热交换过程中循环不息，冻结管周围地层的冻土圆柱体直径不断扩展变大，并与相邻冻土圆柱体相交，在工程施工范围内形成完整的屏蔽，成为具有一定厚度和强度的又能防渗的挡土墙或拱形体。

盐水冻结法一般适用于规模较大的冻结工程。

（2）冻结法依其冷却位置的方式，可以分为水平冻结和垂直冻结两大类。