1 前言
我國地鐵隧道施工已開始使用盾構(gòu)法。隨著技術(shù)進(jìn)步、認(rèn)識(shí)提高、綜合國力的增強(qiáng)，特別是隨著該施工技術(shù)所顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，盾構(gòu)法越來越多地被國內(nèi)地鐵界所接受，上海、廣州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈陽、杭州、青島等城市都使用這種方法。上海地鐵是國內(nèi)最早采用盾構(gòu)施工的，且大部分工程都是利用盾構(gòu)完成的；南京地鐵目前有3個(gè)盾構(gòu)標(biāo)段4臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行施工，施工總量約占全線的30％。雖然盾構(gòu)有許多成功的工程實(shí)例，但是使用這種方法也有較大的風(fēng)險(xiǎn)。如盾構(gòu)在隧道內(nèi)只能前進(jìn)，不可后退，一旦盾構(gòu)本身出現(xiàn)致命的故障，可能就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。而且使用盾構(gòu)在對(duì)洞口進(jìn)行加固處理的始發(fā)時(shí)階段出問題的概率很高，即使是非常有經(jīng)驗(yàn)的承包商也常會(huì)發(fā)生類似事故。本文重點(diǎn)介紹盾構(gòu)始發(fā)的技術(shù)問題。
2 始發(fā)技術(shù)的重要性及關(guān)鍵技術(shù)
由于在始發(fā)階段存在以下幾種特殊情況：
（1）始發(fā)推進(jìn)前需鑿除車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（主要是處理鋼筋砼結(jié)構(gòu)），鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體在一定的時(shí)間段內(nèi)必須保持自穩(wěn)，不能有水土流失；
（2）始發(fā)階段盾構(gòu)機(jī)主體在始發(fā)導(dǎo)軌上不能進(jìn)行調(diào)向；
（3）始發(fā)階段的姿態(tài)及地面沉降控制比正常推進(jìn)階段更困難；
（4）始發(fā)期間一些設(shè)備如管片小車、管片吊機(jī)，包括出渣都不能正常使用。有時(shí)也會(huì)存在盾構(gòu)機(jī)因?yàn)檐囌窘Y(jié)構(gòu)的原因而不能整機(jī)始發(fā)。
綜上所述，盾構(gòu)在初始階段的施工難度很大。因此，盾構(gòu)隧道始發(fā)技術(shù)是盾構(gòu)法施工技術(shù)的關(guān)鍵，也是盾構(gòu)施工成敗的一個(gè)標(biāo)志，必須要全力做好。同時(shí)還應(yīng)確保盾構(gòu)連續(xù)正常地從非土壓平衡工況過渡到土壓平衡工況，以達(dá)到控制地面沉降，保證工程質(zhì)量等目的。
始發(fā)技術(shù)包括洞口端頭處理（在軟土無自穩(wěn)能力的地層中）、洞門砼鑿除（主要針對(duì)鋼筋砼圍護(hù)結(jié)構(gòu)）、盾構(gòu)始發(fā)基座的設(shè)計(jì)加工、定位安裝；始發(fā)用反力架的設(shè)計(jì)加工、就位；支撐系統(tǒng)、洞門環(huán)的安設(shè)、盾構(gòu)組裝、盾構(gòu)始發(fā)方案、其他保證盾構(gòu)推進(jìn)用設(shè)備、人員、技術(shù)準(zhǔn)備等，直到始發(fā)推進(jìn)。
3 始發(fā)施工技術(shù)
3.1 始發(fā)洞口的地層處理
在盾構(gòu)始發(fā)之前，一般要根據(jù)洞口地層的穩(wěn)定情況評(píng)價(jià)地層，并采取有針對(duì)性的處理措施。地層處理一般采取如“固結(jié)灌漿”、“冷凍法”、“插板法”等措施進(jìn)行地層加固處理。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側(cè)向自穩(wěn)能力，且不能有地下水的損失。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法，SMW工法、冷凍法等。選擇哪一種方法要根據(jù)地層具體情況而定，并且嚴(yán)格控制整個(gè)過程。
3.2 始發(fā)洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)的切除
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般在始發(fā)前至少一個(gè)月開始洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)的切除。整個(gè)施工一般分兩次進(jìn)行，第一次先將圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體鑿除，只保留維護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層，在盾構(gòu)始發(fā)前將保護(hù)層混凝土鑿除。
在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時(shí)檢查始發(fā)洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設(shè)計(jì)輪廓范圍之內(nèi)。
3.3 洞口密封
洞口密封是為盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)防止背襯注漿砂漿外泄所用，按種類分有壓板式和折葉式兩種，其中折葉式越來越被人們所認(rèn)可。洞口密封的施工分兩步進(jìn)行施工，第一步是在車站結(jié)構(gòu)的施工工程中，做好始發(fā)洞門預(yù)埋件的埋設(shè)工作，要特別注意的是在埋設(shè)過程中預(yù)埋件必須與車站結(jié)構(gòu)鋼筋連接在一起；第二步在盾構(gòu)正式始發(fā)之前，應(yīng)先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安裝。
3.4 洞口始發(fā)導(dǎo)軌的安裝
在圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除后，盾構(gòu)始發(fā)臺(tái)端部距離洞口圍巖必然會(huì)產(chǎn)生一定的空隙，為保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)不致于因刀盤懸空而產(chǎn)生盾構(gòu)“叩頭”現(xiàn)象，需要在始發(fā)洞內(nèi)安設(shè)洞口始發(fā)導(dǎo)軌。安設(shè)始發(fā)導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)在導(dǎo)軌的末端預(yù)留足夠的空間，以保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)，不致因安設(shè)始發(fā)導(dǎo)軌而影響刀盤旋轉(zhuǎn)。
3.5 反力架、始發(fā)臺(tái)的安裝
3.5.1 反力架、負(fù)環(huán)管片位置的確定依據(jù)
反力架的位置確定主要依據(jù)洞口第一環(huán)管片的起始位置、盾構(gòu)的長度以及盾構(gòu)刀盤在始發(fā)前所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置確定。
3.5.2 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)的確定
假定盾構(gòu)長度LTBM＝8.3M，安裝井長度LAS＝12M（因不同的始發(fā)井尺寸而不同），洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)在完成第一次鑿除后的里程DF，設(shè)計(jì)第一環(huán)管片起始里程D1S，管片環(huán)寬WS＝1.2M，反力架與負(fù)環(huán)鋼管片長WR＝1.5M（自行設(shè)計(jì)加工的尺寸）。DR為反力架端部里程，N為負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)。
（1）在安裝井內(nèi)的始發(fā)時(shí)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)確定N＝（D1S－DF＋8.3）／WS環(huán)
3.5.3 反力架、負(fù)環(huán)鋼管片位置的確定
在確定始發(fā)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)后，即可直接定出反力架及負(fù)環(huán)管片的位置。
反力架端部里程DR＝D1S－N×WS3.5.4反力架、始發(fā)臺(tái)的定位與安裝
在盾構(gòu)主機(jī)與后配套連接之前，開始進(jìn)行反力架的安裝。安裝時(shí)反力架與車站結(jié)構(gòu)連接部位的間隙要墊實(shí)，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強(qiáng)度。
由于反力架和始發(fā)臺(tái)為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)提供初始的推力以及初始的空間姿態(tài)，在安裝反力架和始發(fā)臺(tái)時(shí)，反力架左右偏差控制在±10MM之內(nèi)，高程偏差控制在±5MM之內(nèi)，上下偏差控制在±10MM之內(nèi)。始發(fā)臺(tái)水平軸線的垂直方向與反力架的夾角＜±2‰，盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線豎直趨勢(shì)偏差＜2‰，水平趨勢(shì)偏差＜±3‰。
我國地鐵隧道施工已開始使用盾構(gòu)法。隨著技術(shù)進(jìn)步、認(rèn)識(shí)提高、綜合國力的增強(qiáng)，特別是隨著該施工技術(shù)所顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，盾構(gòu)法越來越多地被國內(nèi)地鐵界所接受，上海、廣州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈陽、杭州、青島等城市都使用這種方法。上海地鐵是國內(nèi)最早采用盾構(gòu)施工的，且大部分工程都是利用盾構(gòu)完成的；南京地鐵目前有3個(gè)盾構(gòu)標(biāo)段4臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行施工，施工總量約占全線的30％。雖然盾構(gòu)有許多成功的工程實(shí)例，但是使用這種方法也有較大的風(fēng)險(xiǎn)。如盾構(gòu)在隧道內(nèi)只能前進(jìn)，不可后退，一旦盾構(gòu)本身出現(xiàn)致命的故障，可能就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。而且使用盾構(gòu)在對(duì)洞口進(jìn)行加固處理的始發(fā)時(shí)階段出問題的概率很高，即使是非常有經(jīng)驗(yàn)的承包商也常會(huì)發(fā)生類似事故。本文重點(diǎn)介紹盾構(gòu)始發(fā)的技術(shù)問題。
2 始發(fā)技術(shù)的重要性及關(guān)鍵技術(shù)
由于在始發(fā)階段存在以下幾種特殊情況：
（1）始發(fā)推進(jìn)前需鑿除車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（主要是處理鋼筋砼結(jié)構(gòu)），鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體在一定的時(shí)間段內(nèi)必須保持自穩(wěn)，不能有水土流失；
（2）始發(fā)階段盾構(gòu)機(jī)主體在始發(fā)導(dǎo)軌上不能進(jìn)行調(diào)向；
（3）始發(fā)階段的姿態(tài)及地面沉降控制比正常推進(jìn)階段更困難；
（4）始發(fā)期間一些設(shè)備如管片小車、管片吊機(jī)，包括出渣都不能正常使用。有時(shí)也會(huì)存在盾構(gòu)機(jī)因?yàn)檐囌窘Y(jié)構(gòu)的原因而不能整機(jī)始發(fā)。
綜上所述，盾構(gòu)在初始階段的施工難度很大。因此，盾構(gòu)隧道始發(fā)技術(shù)是盾構(gòu)法施工技術(shù)的關(guān)鍵，也是盾構(gòu)施工成敗的一個(gè)標(biāo)志，必須要全力做好。同時(shí)還應(yīng)確保盾構(gòu)連續(xù)正常地從非土壓平衡工況過渡到土壓平衡工況，以達(dá)到控制地面沉降，保證工程質(zhì)量等目的。
始發(fā)技術(shù)包括洞口端頭處理（在軟土無自穩(wěn)能力的地層中）、洞門砼鑿除（主要針對(duì)鋼筋砼圍護(hù)結(jié)構(gòu)）、盾構(gòu)始發(fā)基座的設(shè)計(jì)加工、定位安裝；始發(fā)用反力架的設(shè)計(jì)加工、就位；支撐系統(tǒng)、洞門環(huán)的安設(shè)、盾構(gòu)組裝、盾構(gòu)始發(fā)方案、其他保證盾構(gòu)推進(jìn)用設(shè)備、人員、技術(shù)準(zhǔn)備等，直到始發(fā)推進(jìn)。
3 始發(fā)施工技術(shù)
3.1 始發(fā)洞口的地層處理
在盾構(gòu)始發(fā)之前，一般要根據(jù)洞口地層的穩(wěn)定情況評(píng)價(jià)地層，并采取有針對(duì)性的處理措施。地層處理一般采取如“固結(jié)灌漿”、“冷凍法”、“插板法”等措施進(jìn)行地層加固處理。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側(cè)向自穩(wěn)能力，且不能有地下水的損失。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法，SMW工法、冷凍法等。選擇哪一種方法要根據(jù)地層具體情況而定，并且嚴(yán)格控制整個(gè)過程。
3.2 始發(fā)洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)的切除
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般在始發(fā)前至少一個(gè)月開始洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)的切除。整個(gè)施工一般分兩次進(jìn)行，第一次先將圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體鑿除，只保留維護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層，在盾構(gòu)始發(fā)前將保護(hù)層混凝土鑿除。
在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時(shí)檢查始發(fā)洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設(shè)計(jì)輪廓范圍之內(nèi)。
3.3 洞口密封
洞口密封是為盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)防止背襯注漿砂漿外泄所用，按種類分有壓板式和折葉式兩種，其中折葉式越來越被人們所認(rèn)可。洞口密封的施工分兩步進(jìn)行施工，第一步是在車站結(jié)構(gòu)的施工工程中，做好始發(fā)洞門預(yù)埋件的埋設(shè)工作，要特別注意的是在埋設(shè)過程中預(yù)埋件必須與車站結(jié)構(gòu)鋼筋連接在一起；第二步在盾構(gòu)正式始發(fā)之前，應(yīng)先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安裝。
3.4 洞口始發(fā)導(dǎo)軌的安裝
在圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除后，盾構(gòu)始發(fā)臺(tái)端部距離洞口圍巖必然會(huì)產(chǎn)生一定的空隙，為保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)不致于因刀盤懸空而產(chǎn)生盾構(gòu)“叩頭”現(xiàn)象，需要在始發(fā)洞內(nèi)安設(shè)洞口始發(fā)導(dǎo)軌。安設(shè)始發(fā)導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)在導(dǎo)軌的末端預(yù)留足夠的空間，以保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)，不致因安設(shè)始發(fā)導(dǎo)軌而影響刀盤旋轉(zhuǎn)。
3.5 反力架、始發(fā)臺(tái)的安裝
3.5.1 反力架、負(fù)環(huán)管片位置的確定依據(jù)
反力架的位置確定主要依據(jù)洞口第一環(huán)管片的起始位置、盾構(gòu)的長度以及盾構(gòu)刀盤在始發(fā)前所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置確定。
3.5.2 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)的確定
假定盾構(gòu)長度LTBM＝8.3M，安裝井長度LAS＝12M（因不同的始發(fā)井尺寸而不同），洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)在完成第一次鑿除后的里程DF，設(shè)計(jì)第一環(huán)管片起始里程D1S，管片環(huán)寬WS＝1.2M，反力架與負(fù)環(huán)鋼管片長WR＝1.5M（自行設(shè)計(jì)加工的尺寸）。DR為反力架端部里程，N為負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)。
（1）在安裝井內(nèi)的始發(fā)時(shí)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)確定N＝（D1S－DF＋8.3）／WS環(huán)
3.5.3 反力架、負(fù)環(huán)鋼管片位置的確定
在確定始發(fā)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)后，即可直接定出反力架及負(fù)環(huán)管片的位置。
反力架端部里程DR＝D1S－N×WS3.5.4反力架、始發(fā)臺(tái)的定位與安裝
在盾構(gòu)主機(jī)與后配套連接之前，開始進(jìn)行反力架的安裝。安裝時(shí)反力架與車站結(jié)構(gòu)連接部位的間隙要墊實(shí)，以保證反力架腳板有足夠的抗壓強(qiáng)度。
由于反力架和始發(fā)臺(tái)為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)提供初始的推力以及初始的空間姿態(tài)，在安裝反力架和始發(fā)臺(tái)時(shí)，反力架左右偏差控制在±10MM之內(nèi)，高程偏差控制在±5MM之內(nèi)，上下偏差控制在±10MM之內(nèi)。始發(fā)臺(tái)水平軸線的垂直方向與反力架的夾角＜±2‰，盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線豎直趨勢(shì)偏差＜2‰，水平趨勢(shì)偏差＜±3‰。