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中铁九局集团第五工程有限公司 116600
摘要：本文结合某地铁工程线路的工程概况，分析了隧道盾构法施工技术方法，旨在为今后类似工程指导借鉴。
关键词：地铁；隧道盾构法；施工技术
一、工程概况
某地铁站有效站台宽度14米，有效站台长度118米，车站主体结构总长213米。本工程起点里程CK12+145.180，终点里程CK14+383.350，区间全长2238.17双线米。
区间地质情况：0-495环为全断面圆砾土；496-645环为粗砂，加少量中砂；646环-810环为粗砂，顶部有少量粉质粘土；811-1455环为粗砂、中砂、砾砂、断面范围内有2m厚粉质粘土；1456-1867环为砾砂、圆砾土。
二、盾构推进施工准备
1盾构安装与调试验收
先将盾构后配套的6节台车依次吊装下井，拖至第二层的车站结构内，然后将盾构分段吊入井下，并在井下盾构基座上进行正确组装就位，完成后由专业技术人员对整机调试验收。
2后盾拼装（拼装负环管片、钢支撑）
盾构的钢后靠应满足盾构推进所需要的强度、刚度和平整度。钢后靠由钢立柱、后座基座、环形调整环、负环衬砌、反力架组成。负环管片根据实际情况，随盾构的推进逐环拼装。为保证管片点位的准确，拼装第-9环负环管片时一定要精确控制好标准的位置，确保施工的安全。
三、盾构始发
1凿除洞门混凝土
盾构调试完成并确保盾构运转正常、盾构就位姿态准确的情况下，开始凿除洞门混凝土。
在洞门混凝土凿除时开三个Φ50mm的观察洞，验证土体加固效果，如土体加固效果未达到要求，应采取注浆补强措施。
2盾构出洞
①盾构初期掘进时前期出土及管片下井由车站预留出土孔进行，这个位置由一台32T门吊进行垂直运输。当掘进100～200环后，出土及管片下井转至端头井开口环处进行。
②当盾构进入洞圈立即进行洞圈帘布的整理工作。刀盘距加固区约20cm～30cm时，通过螺旋机反转向土仓内加泥，以建立开挖面的初始平衡。
③初出洞时盾构要迅速上靠，用刀盘切削土体。初出洞时，由于位于加固区域内，土体较硬，为控制轴线、保护刀盘，土压力应略低于理论值，保持在0.2MPa，推进速度不宜过快，宜小于2.0cm/min；并在推进时按土体加固的情况在盾构的正面加入发泡剂，以减少刀盘所受扭矩，降低总推力，改善刀盘受力情况，同时改良正面土体，便于土体排出。出加固区后为防止盾构“磕头”，将平衡土压力值设定稍高于理论值；盾构推进轴线略大于设计坡度。同时根据地层变形量等监控信息对平衡压力设定值、推进速度等施工参数及时调整。
④盾构出洞要注意盾构推进力不能大于后靠的结构承受力，要观察钢后靠的变形情况，如发现变形较大要及时采取措施，以免管片上浮。负环管片间加衬石棉橡胶板缓冲垫。
⑤洞口洞圈环形钢板上预留开启的2#阀门1只。当盾尾全部出洞时，固定好扇形板，启动盾尾注浆，填充盾尾后空腔，待阀门出浆后关闭阀门，开始掘进且同步注浆。
⑥当盾尾脱出工作井壁后，调整洞圈止水装置中的圆环板并与洞门特殊管片焊接成一体，防止水、土的流失造成地面塌陷或下沉。
3盾构100米试推进
区间隧道采用土压平衡盾构掘进，盾构推进过程中，要根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。
根据施工要求，出洞口100m范围作为试掘进段，此段施工要对推进参数认真控制，将推进的各项技术参数（如推力、推进速度、出土量、正面土压力）和地面沉降结合起来进行收集、统计、分析，掌握适应地层的盾构合理的推进参数，以科学地指导后续施工。
1）土仓压力值P的选定
P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为PO，PO=γ·h（γ—土的平均重度，h—刀盘中心至地表的垂直距离），则P=K·PO（K—土的侧向静止土压力系数）。
盾构在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，具体施工时根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。
盾构掘进过程中，地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对策见表。
地表隆陷与工作面稳定关系以及相应对策表
地表沉降信息 工作面状态 P与PO关系 措施与对策 备注
下沉超过基准值 工作面坍塌与失水 Pmax 隆起超过基准值 支撑土压力过大，土仓内水进入土层 Pmin>PO 减小P值
2）出碴量的控制
每环理论出碴量（每实方）为：
[（π×D2）÷4]×L=[（π×6.252）÷4]×1.2=36.88m3/环
盾构推进出碴量控制在98%～100%之间，即36.12m3/环～36.88m3/环。
3）推进速度
盾构出洞在试验段推进速度在正常情况下应为20～40mm/min，并根据地面测量数据及时调整盾构正面中心土压力。
4）盾构轴线及地面沉降控制
初期地面沉降量控制目标是在管片脱出盾尾时在-15mm～+10mm范围内。盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在-30mm～+10mm。
盾构掘进时，对邻近的建筑物、构筑物、地面应加设沉降和变形观测点。盾构推进时，进行同步跟踪测量和监控。 5）盾构推进中的碴土改良
理论上碴土在土压平衡工况模式下支撑介质碴土应具有以下特征：①良好的流塑状态；②良好的粘—软稠度；③低的内摩擦力；④低的透水性。
当碴土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、土仓及螺旋输送机内注入添加剂对碴土进行改良，采用的添加剂种类主要是泡沫和泥浆。
a、泡沫剂的使用
泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。
泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%，水97%。
泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。
泡沫的注入量按开挖方量计算：300～600L/m3。
b、泥浆的使用
在粉性土中推进时要考虑在土仓注入泥浆。
其配合比为：
水：膨润土：粉煤灰：添加剂=4：1：1：0.1，加泥量为5～20%出土量。注入压力与盾构的土仓压力一致或略高。
4盾构正式推进
初期掘进较长一段距离后，在满足盾构推进所需反力的前提下可拆除临时管片和后靠，在端头井内布置轨道，随后转入正常施工掘进。
4.1盾构掘进
⑴盾构正式掘进中加强施工监测，随时调整掘进参数，不断完善施工工艺，控制地表最大变形量在-30～+10mm范围内。
⑵掘进推进过程中应严格控制盾构方向，确保隧道实际中线与设计偏差在上、下、左、右均小于50mm。同时应勤纠偏，坡度和方向不能突变，隧道轴向和折角变化不能大于0.4%。在缓和曲线、圆曲线段应根据里程控制掘进方向和偏转角度。
⑶盾构推进速度正常控制在2～4cm/min范围，穿过建筑物或与地下构筑物很近时推进速度应适当减缓，以防推进造成周围土体较大的扰动。
⑷推进出土量控制
每环出土量在98～100%间，即36.4～36.8m3
4.2管片拼装
盾构施工的区间隧道，管片衬砌是隧道防水的重要环节。管片拼装的质量直接影响到隧道寿命及永久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重要。
⑴质量要求
根据招标文件及相关技术规范，管片的拼装精度见下表另外，要求管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象。
管片拼装精度要求表
序 号 项 目 允许偏差（mm）
1 拼装成环后水平直径与垂直直径允许偏差（浆液凝固后） 10
2 第一片管片定位量允许偏差 3
3 相邻管片（环与环、块与块）间的“踏步” 4
4 相邻管片肋面允许不平整度 5
4 环缝张开 ≤2
5 纵缝张开 ≤2
⑵防水等材料的安装
①弹性密封垫、自粘性橡胶薄板、传力衬垫的安装以及石棉橡胶板的使用必须按设计要求进行，避免错用漏用；②密封垫等材料的安装要制定专门的作业指导书，并要求在施工中必须严格执行。在弹性密封垫粘贴安装前应清除管片上预留凹槽接触面的灰尘，防止安装后剥离、脱落。安装时应特别注意，弹性密封垫必须精确的粘贴在凹槽的正中位置，以保证管片拼装时弹性密封垫能以紧大面积接触；③在存放管片进行密封垫粘贴的场地应配备防雨、防潮设备，避免密封垫或软木传力衬垫淋雨、受潮而损坏；④在管片拼装前，若因故导致弹性密封损坏，则必须重新更换弹性密封垫；⑤石棉橡胶的使用必须按工程师的技术交底进行，坚决杜绝使用错误。以免引起拼装困难等不良后果。⑥按设计本标段区间工程管片均采用错缝拼装方式，拼装时先拼装底部标准块，然后按左右对称顺序逐块拼装标准块和邻接块，最后拼装封顶块。封顶块拼装时先搭结二分之一环宽，径向推上，再纵向插入。
4.3同步注浆和二次注浆
⑴注浆方式和特点
本标段区间隧道穿越及施工影响范围内地层自稳能力差，盾构掘进后受扰动的围岩不能自稳，易产生坍塌变形，从而引起地表沉降，采用同步注浆及时回填，必要时再以二次补强注浆进一步填充，确保对盾尾建筑空隙填充密实。
同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，本标段即0.2～0.5Mpa，二次注浆压力为0.3～0.6Mpa。
⑵注浆材料、浆液配比及性能指标
盾构施工背衬注浆宜选用具有料源广、可注性强、经久耐用、固结实体强度能达到设计要求、对地下水和周围环境无毒性污染、价格低廉等特点的材料。注浆浆液要流动性好，便于盾构移动过程中持续不停的注浆，而一环注浆结束后，浆液凝固有较好的强度，具有膨胀性，避免后期收缩变形，二次注浆材料要可注性强，能补充同步注浆的缺陷，对同步注浆起充填和补充作用。
同步注浆、二次注浆初步采用的注浆材料及配比、性能指标如表所示。
浆液配比和性能指标表
注浆方式 水泥（kg） 细砂（kg） 粉煤灰（kg） 膨润土
（kg） 微膨胀剂
（kg） 水灰比 性能指标
稠度
（cm） 比重
（g/cm3） 结石率
（%） 凝胶时间（h） 1天
抗压（Mpa） 28天
抗压（Mpa）
同步注浆 12～20 50～60 10～25 0～2.5 0～2 0.7～0.9 7.5～9.0 1.7～1.8 >97 ≤6 >0.3 >5.0
二次注浆 5.4～7.5 - - 0.4～0.5 0～2 0.7～0.75 12.5～13.0 43～1.55 >97 <4 >0.3 >4.5
当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向穿隙中充填的同时将地下水疏干（将地下水压入地层深处），获得最佳充填效果，这时需要将浆液的凝胶时间调整到1～4min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。
五、结语
本工程线路的施工中，合理安排施工组织及相关的协调工作。编制详尽的施工方案、预案和计划，严格工序，遵规守时，使工程项目取得圆满成功。特发此文，希望对相关的工程人员有所帮助。
参考文献：
[1]《地下铁道工程施工及验收规范》；（GB50299-2003）
[2]《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2002）
[3]《盾构法隧道施工及验收规范》（GB50446-2008）
[4]《钢筋混凝土强度检查评定标准》（GBJ107-87）
摘要：本文结合某地铁工程线路的工程概况，分析了隧道盾构法施工技术方法，旨在为今后类似工程指导借鉴。
关键词：地铁；隧道盾构法；施工技术
一、工程概况
某地铁站有效站台宽度14米，有效站台长度118米，车站主体结构总长213米。本工程起点里程CK12+145.180，终点里程CK14+383.350，区间全长2238.17双线米。
区间地质情况：0-495环为全断面圆砾土；496-645环为粗砂，加少量中砂；646环-810环为粗砂，顶部有少量粉质粘土；811-1455环为粗砂、中砂、砾砂、断面范围内有2m厚粉质粘土；1456-1867环为砾砂、圆砾土。
二、盾构推进施工准备
1盾构安装与调试验收
先将盾构后配套的6节台车依次吊装下井，拖至第二层的车站结构内，然后将盾构分段吊入井下，并在井下盾构基座上进行正确组装就位，完成后由专业技术人员对整机调试验收。
2后盾拼装（拼装负环管片、钢支撑）
盾构的钢后靠应满足盾构推进所需要的强度、刚度和平整度。钢后靠由钢立柱、后座基座、环形调整环、负环衬砌、反力架组成。负环管片根据实际情况，随盾构的推进逐环拼装。为保证管片点位的准确，拼装第-9环负环管片时一定要精确控制好标准的位置，确保施工的安全。
三、盾构始发
1凿除洞门混凝土
盾构调试完成并确保盾构运转正常、盾构就位姿态准确的情况下，开始凿除洞门混凝土。
在洞门混凝土凿除时开三个Φ50mm的观察洞，验证土体加固效果，如土体加固效果未达到要求，应采取注浆补强措施。
2盾构出洞
①盾构初期掘进时前期出土及管片下井由车站预留出土孔进行，这个位置由一台32T门吊进行垂直运输。当掘进100～200环后，出土及管片下井转至端头井开口环处进行。
②当盾构进入洞圈立即进行洞圈帘布的整理工作。刀盘距加固区约20cm～30cm时，通过螺旋机反转向土仓内加泥，以建立开挖面的初始平衡。
③初出洞时盾构要迅速上靠，用刀盘切削土体。初出洞时，由于位于加固区域内，土体较硬，为控制轴线、保护刀盘，土压力应略低于理论值，保持在0.2MPa，推进速度不宜过快，宜小于2.0cm/min；并在推进时按土体加固的情况在盾构的正面加入发泡剂，以减少刀盘所受扭矩，降低总推力，改善刀盘受力情况，同时改良正面土体，便于土体排出。出加固区后为防止盾构“磕头”，将平衡土压力值设定稍高于理论值；盾构推进轴线略大于设计坡度。同时根据地层变形量等监控信息对平衡压力设定值、推进速度等施工参数及时调整。
④盾构出洞要注意盾构推进力不能大于后靠的结构承受力，要观察钢后靠的变形情况，如发现变形较大要及时采取措施，以免管片上浮。负环管片间加衬石棉橡胶板缓冲垫。
⑤洞口洞圈环形钢板上预留开启的2#阀门1只。当盾尾全部出洞时，固定好扇形板，启动盾尾注浆，填充盾尾后空腔，待阀门出浆后关闭阀门，开始掘进且同步注浆。
⑥当盾尾脱出工作井壁后，调整洞圈止水装置中的圆环板并与洞门特殊管片焊接成一体，防止水、土的流失造成地面塌陷或下沉。
3盾构100米试推进
区间隧道采用土压平衡盾构掘进，盾构推进过程中，要根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。
根据施工要求，出洞口100m范围作为试掘进段，此段施工要对推进参数认真控制，将推进的各项技术参数（如推力、推进速度、出土量、正面土压力）和地面沉降结合起来进行收集、统计、分析，掌握适应地层的盾构合理的推进参数，以科学地指导后续施工。
1）土仓压力值P的选定
P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为PO，PO=γ·h（γ—土的平均重度，h—刀盘中心至地表的垂直距离），则P=K·PO（K—土的侧向静止土压力系数）。
盾构在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，具体施工时根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。
盾构掘进过程中，地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对策见表。
地表隆陷与工作面稳定关系以及相应对策表
地表沉降信息 工作面状态 P与PO关系 措施与对策 备注
下沉超过基准值 工作面坍塌与失水 Pmax
2）出碴量的控制
每环理论出碴量（每实方）为：
[（π×D2）÷4]×L=[（π×6.252）÷4]×1.2=36.88m3/环
盾构推进出碴量控制在98%～100%之间，即36.12m3/环～36.88m3/环。
3）推进速度
盾构出洞在试验段推进速度在正常情况下应为20～40mm/min，并根据地面测量数据及时调整盾构正面中心土压力。
4）盾构轴线及地面沉降控制
初期地面沉降量控制目标是在管片脱出盾尾时在-15mm～+10mm范围内。盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在-30mm～+10mm。
盾构掘进时，对邻近的建筑物、构筑物、地面应加设沉降和变形观测点。盾构推进时，进行同步跟踪测量和监控。 5）盾构推进中的碴土改良
理论上碴土在土压平衡工况模式下支撑介质碴土应具有以下特征：①良好的流塑状态；②良好的粘—软稠度；③低的内摩擦力；④低的透水性。
当碴土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、土仓及螺旋输送机内注入添加剂对碴土进行改良，采用的添加剂种类主要是泡沫和泥浆。
a、泡沫剂的使用
泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。
泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%，水97%。
泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。
泡沫的注入量按开挖方量计算：300～600L/m3。
b、泥浆的使用
在粉性土中推进时要考虑在土仓注入泥浆。
其配合比为：
水：膨润土：粉煤灰：添加剂=4：1：1：0.1，加泥量为5～20%出土量。注入压力与盾构的土仓压力一致或略高。
4盾构正式推进
初期掘进较长一段距离后，在满足盾构推进所需反力的前提下可拆除临时管片和后靠，在端头井内布置轨道，随后转入正常施工掘进。
4.1盾构掘进
⑴盾构正式掘进中加强施工监测，随时调整掘进参数，不断完善施工工艺，控制地表最大变形量在-30～+10mm范围内。
⑵掘进推进过程中应严格控制盾构方向，确保隧道实际中线与设计偏差在上、下、左、右均小于50mm。同时应勤纠偏，坡度和方向不能突变，隧道轴向和折角变化不能大于0.4%。在缓和曲线、圆曲线段应根据里程控制掘进方向和偏转角度。
⑶盾构推进速度正常控制在2～4cm/min范围，穿过建筑物或与地下构筑物很近时推进速度应适当减缓，以防推进造成周围土体较大的扰动。
⑷推进出土量控制
每环出土量在98～100%间，即36.4～36.8m3
4.2管片拼装
盾构施工的区间隧道，管片衬砌是隧道防水的重要环节。管片拼装的质量直接影响到隧道寿命及永久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重要。
⑴质量要求
根据招标文件及相关技术规范，管片的拼装精度见下表另外，要求管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象。
管片拼装精度要求表
序 号 项 目 允许偏差（mm）
1 拼装成环后水平直径与垂直直径允许偏差（浆液凝固后） 10
2 第一片管片定位量允许偏差 3
3 相邻管片（环与环、块与块）间的“踏步” 4
4 相邻管片肋面允许不平整度 5
4 环缝张开 ≤2
5 纵缝张开 ≤2
⑵防水等材料的安装
①弹性密封垫、自粘性橡胶薄板、传力衬垫的安装以及石棉橡胶板的使用必须按设计要求进行，避免错用漏用；②密封垫等材料的安装要制定专门的作业指导书，并要求在施工中必须严格执行。在弹性密封垫粘贴安装前应清除管片上预留凹槽接触面的灰尘，防止安装后剥离、脱落。安装时应特别注意，弹性密封垫必须精确的粘贴在凹槽的正中位置，以保证管片拼装时弹性密封垫能以紧大面积接触；③在存放管片进行密封垫粘贴的场地应配备防雨、防潮设备，避免密封垫或软木传力衬垫淋雨、受潮而损坏；④在管片拼装前，若因故导致弹性密封损坏，则必须重新更换弹性密封垫；⑤石棉橡胶的使用必须按工程师的技术交底进行，坚决杜绝使用错误。以免引起拼装困难等不良后果。⑥按设计本标段区间工程管片均采用错缝拼装方式，拼装时先拼装底部标准块，然后按左右对称顺序逐块拼装标准块和邻接块，最后拼装封顶块。封顶块拼装时先搭结二分之一环宽，径向推上，再纵向插入。
4.3同步注浆和二次注浆
⑴注浆方式和特点
本标段区间隧道穿越及施工影响范围内地层自稳能力差，盾构掘进后受扰动的围岩不能自稳，易产生坍塌变形，从而引起地表沉降，采用同步注浆及时回填，必要时再以二次补强注浆进一步填充，确保对盾尾建筑空隙填充密实。
同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，本标段即0.2～0.5Mpa，二次注浆压力为0.3～0.6Mpa。
⑵注浆材料、浆液配比及性能指标
盾构施工背衬注浆宜选用具有料源广、可注性强、经久耐用、固结实体强度能达到设计要求、对地下水和周围环境无毒性污染、价格低廉等特点的材料。注浆浆液要流动性好，便于盾构移动过程中持续不停的注浆，而一环注浆结束后，浆液凝固有较好的强度，具有膨胀性，避免后期收缩变形，二次注浆材料要可注性强，能补充同步注浆的缺陷，对同步注浆起充填和补充作用。
同步注浆、二次注浆初步采用的注浆材料及配比、性能指标如表所示。
浆液配比和性能指标表
注浆方式 水泥（kg） 细砂（kg） 粉煤灰（kg） 膨润土
（kg） 微膨胀剂
（kg） 水灰比 性能指标
稠度
（cm） 比重
（g/cm3） 结石率
（%） 凝胶时间（h） 1天
抗压（Mpa） 28天
抗压（Mpa）
同步注浆 12～20 50～60 10～25 0～2.5 0～2 0.7～0.9 7.5～9.0 1.7～1.8 >97 ≤6 >0.3 >5.0
二次注浆 5.4～7.5 - - 0.4～0.5 0～2 0.7～0.75 12.5～13.0 43～1.55 >97 <4 >0.3 >4.5
当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向穿隙中充填的同时将地下水疏干（将地下水压入地层深处），获得最佳充填效果，这时需要将浆液的凝胶时间调整到1～4min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。
五、结语
本工程线路的施工中，合理安排施工组织及相关的协调工作。编制详尽的施工方案、预案和计划，严格工序，遵规守时，使工程项目取得圆满成功。特发此文，希望对相关的工程人员有所帮助。
参考文献：
[1]《地下铁道工程施工及验收规范》；（GB50299-2003）
[2]《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2002）
[3]《盾构法隧道施工及验收规范》（GB50446-2008）
[4]《钢筋混凝土强度检查评定标准》（GBJ107-87）