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摘要：盾构法施工具有地面作业少、适宜建造深埋隧道、对周围环境影响小、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快等优点，盾构施工方法以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性，越来越受到建设和施工单位的重视。本文针对地铁隧道结合现代工程测量新技术，从理论和方法上探讨过河道地铁盾构施工技术。
关键词：地铁；盾构施工；河道；技术
中图分类号：U231文献标识码： A
引言
近年来，为适应城市发展需要和满足城市居民日益增长的出行需求，成都市地铁建设不断加快了建设步伐。由于地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多因此，施工人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工安全监控重点及相应对策，才能真正做到有效地对施工安全和质量进行监控，从而为业主提供优质的工程产品。
一、成都地铁主要地质简况
成都盾构隧道穿越的地层主要有粉土、细砂、卵石土（2-8）、密度不一的卵石层（3-8）和风化泥岩（5-2、5-3），以及卵石层与泥岩复合地层等。卵石地层中的卵石含量50%～85%，卵石粒径从2cm~15cm，局部含漂石，粒径达20cm，充填物为砾石、细砂或中砂；卵石地层富水时自稳差，但失水后具有一定自稳性。全强风化泥岩（5-2、5-3）呈半岩半土、碎块状，软硬不均，遇水易软化，容易形成“泥饼”。成都位于岷江水系冲洪积区，根据区域水文地质资料，区内地下水季节性变化明显，水位总体呈西北高东南低，沿河一带高，河间阶地中部低的特点。盾构隧道范围以孔隙水和基岩裂隙水居多，渗透系数为18m/d~22m/d，属于富水地层。
二、地铁工程盾构施工技术方法分析
（一）、施工前期准备
只有在工程施工前期进行充分的筹备，才能满足施工的正常条件。通常现场的布置以“三通一平”为原则，并结合现场的实际情况。对于市政工程而言，在开工之前要向相关政府部门提交申请，得到许可以后方可开始施工，在申请中，必须明确规划出土的路线以及材料进场的路线。在施工场地，测量工作人员必须对装点复测、盾构基座放样等结果及时汇报给相关部门。根据出洞后管片的偏移量选择合理的出洞方案。主要材料要根据国家规范和实际要求联系监理旁站做好复测检验工作；工程设备也要报审监理。在施工开始之前必须对工程范围内的管线布置情况详细的掌握，比如埋深、管径、平面位置以及材质等多个方面。
图1施工流程图
（二）、盾构机及后配套设备的检查
本工程区间隧道掘进采用的美国罗宾斯生产制造的复合式土压平衡盾构机构成主要由盾构壳体(包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾)、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。在下穿河流前的重点工作是对盾构机的刀具磨损情况及后配套设备主要部件和系统进行检查和核对，在盾构到达七里河前，左线隧道于345环、右线隧道于357环，均位于中密卵石地层，对土体加固具备开仓条件后重点对盾构机刀盘的镶齿敷焊滚刀进行磨损量检查，磨损值大于3mm(总厚度6mm)的进行更换，镶齿敷焊滚刀在前期的施工中可以满足400环连续推进的要求。盾构进入七里河范围前10环，将推进油缸推至最大行程，检查盾构掘进方向的前两道盾尾密封刷完好状况，如有损坏则对这两道盾尾刷进行更换必须确保盾构机和后配套完全满足通过该区间的安全要求。
三、工程的主要应对措施
（一）、应对措施理念主要贯穿三点
①盾构在卵砾石地层的要能够建足土压掘进，确保地层不坍塌，地表不发生异常沉降。②刀盘开口和渣土改良适宜，满足砂卵石、泥岩地层的顺利掘进和防结泥饼的需要。③刀盘、刀具和螺旋输送机有足够的强度和良好的耐磨性，不易出现异常损坏，尽可能长距离不换刀。④优先采用降水常压换刀措施，降水过程做好地层加固处理，减少地下水流失和有效控制地面沉降。
（二）、盾构到达前盾构姿态和线形测量
盾构机到达前150m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地从预埋钢环内进入到达井。测量内容有:a．定向；b．主导线；c．测量管片位置和走向偏差；d．预埋钢环平面位置。通过测量，对到达前的地段加强盾构掘进的轴线控制，使盾构机进站时其切口平面偏差满足:平面≤±50mm，－10mm≤高程≤+30mm，根据实际测量的洞门中心位置，将右线盾构姿态控制的理论值为:水平方向7mm，竖直方向－17mm，在到达前要求盾构坡度比设计坡度略大2‰，盾构机进入新浦路站到达井的设计坡度水平直线。
（三）、盾构出渣的约束条件及防结泥饼应对措施
为确保卵石不堵塞或卡死螺旋输送机，使盾构能够在砂卵石地层顺利掘进，刀盘的开口尺寸是制约卵石排出的主要约束条件。为使盾构能够在砂卵石地层顺利掘进，采用四辐条加强面板形式刀盘，开口率36%（中心38%)。对刀盘进渣通道采取前小后大或倒喇叭型，在满足刀盘强度的同时，进渣土通道尽量缩短，使渣土顺利快速进入土仓，减小刀盘结泥饼的概率。刀盘开口率大能够将土仓压力更有效的传递到开挖面，配合大扭矩形成土仓压力，避免开挖面坍塌；同时减少面板面积和挤压碴土的数量，降低刀盘摩擦力矩和对刀具的二次磨损；能够在螺旋输送机通过粒径范围内，向土仓排放剥落的卵石，减少刀具的荷载，延长其使用寿命；可以减小刀盘中心结泥饼的概率。
（四）、提高主驱动大扭矩的措施
由于卵石土、稍密、中密砂卵石地层的不自稳或空洞的存在，盾构掘进扰动时容易出现地表异常沉降或地层坍陷。刀盘刀具以冲击剥离或刮切方式使卵石层掉落，刀盘切削力矩很大，对于密实度不同的地层，随着贯入度的加大，切削扭矩上升较快，在失水性致密砂卵石地层（3-8-4）中表现尤为突出。通过停止推进测试，搅拌摩擦力矩在2000～3000kN·m左右，平均切削力矩在1500～2000kN·m左右；碴土改良至浆状，土仓顶部压力约为0.5bar时，刀盘扭矩可达到4000kN·m左右。如果压力升高至0.7～0.9bar，所需扭矩达5000～5500kN·m左右。由于成都主要地质为砂卵石层，易发生刀盘被卵石卡住的现象，因此在盾构中采用液压驱动。主驱动采用9组液压马达驱动，驱动功率945kW，额定扭矩6650kN·m（扭矩系统26.8），脱困扭矩8100kN·m，可以满足在对扭矩要求较高的地层中掘进；最高转3.35r/min，可以满足在风化岩中较快转速的掘进要求。
（五）、同步注浆及二次注浆系统措施
同步注浆是地表沉降控制的第二道防线，一般而言，在出土正常、同步注浆正常的情况下，地表沉降都能得到有效控制，除防止地表沉降外，同步注浆液还有增强防水和限制管片变形的作用。为有效地对顶部空洞进行回填，盾尾顶部增设2根内置注浆管，盾尾注浆管共有6根，注浆时根据是否超挖情况，调整泵出口管路联接位置进行作业，可直接对顶部空洞进行回填。为了及时补充注浆效果，防止地表沉降及管片上浮，在盾构上设置管片背部二次注浆系统。
四、采用的关键技术措施
（一）、出土方式的转换
在盾构刀盘位于四处勘探孔范围时，可能发生螺旋机喷涌现象，此时须进行盾构出土方式的转换，即:盾构暂停掘进并关闭螺旋机末道闸门，开启螺旋机出口处的球阀，让泥浆或水通过DN200镀锌钢管直接排至渣土斗中，同时盾构机恢复掘进；当镀锌钢管中水流终止，则切换回常规出土方式，关闭球阀、清洗钢管；如此交替转换，使盾构刀盘脱离勘探孔范围盾构穿越河道。在其他情况下螺旋机发生喷涌时，也可通过此出土方式的转换，来保证盾构连续掘进。
（二）、曲线段推进
此段地铁隧道部分位于半径350m的左转弯圆曲线上，属于小转弯半径线型，在推进过程中着重采取以下措施:①盾构机在掘进过程中在确保姿态的基础上，控制每环的糾偏量不大于3mm；②手动控制土仓压力，严禁土方超挖；③每环的出土量以渣土车实际存方方量统计值为准④注重同步注浆质量，特别是浆液初凝时间、稠度与方量，确保隧道外间隙填充饱满与及时固结。
（三）、渣土改良措施
渣土改良做为盾构施工中一个重要的环节，尤其对提高盾构掘进效率以及控制地面沉降有较大的影响。渣土改良技术应用的好坏，对降低工程造价、提高工程施工进度都有着决定性的作用。配备4路单管单泵泡沫系统进行渣土改良，不因出口压力不等而堵管。前盾及中盾共设计有12个壳外膨润土注入口。泡沫和膨润土管路独立，可同时注入到刀盘前部，利用刀盘的旋转进行充分的搅拌，能达到更好的渣土改良效果。通过多次试验发现，采用膨润土溶液+泡沫。溶液对成都富水砂卵石地层的改良效果较好，改良出来的渣土具有较好的流塑性、止水性，盾构的各项掘进参数均控制较好，为成都富水砂卵石地层的掘进提供了一项新的渣土改良技术。
结束语
盾构机过河道施工是一项技术性较强的作业，通过多年来前人的不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术，尤其是近年来在地铁建设中得到了广泛的应用，而且国产盾构的制造及施工技术也取得了可喜的成绩。
参考文献
[1]贺奇峰.浅谈地铁盾构法施工中盾构机转接始发技术[J].中国高新技术企业，2013（15）．
[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
关键词：地铁；盾构施工；河道；技术
中图分类号：U231文献标识码： A
引言
近年来，为适应城市发展需要和满足城市居民日益增长的出行需求，成都市地铁建设不断加快了建设步伐。由于地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多因此，施工人员应熟悉和掌握盾构法隧道施工安全监控重点及相应对策，才能真正做到有效地对施工安全和质量进行监控，从而为业主提供优质的工程产品。
一、成都地铁主要地质简况
成都盾构隧道穿越的地层主要有粉土、细砂、卵石土（2-8）、密度不一的卵石层（3-8）和风化泥岩（5-2、5-3），以及卵石层与泥岩复合地层等。卵石地层中的卵石含量50%～85%，卵石粒径从2cm~15cm，局部含漂石，粒径达20cm，充填物为砾石、细砂或中砂；卵石地层富水时自稳差，但失水后具有一定自稳性。全强风化泥岩（5-2、5-3）呈半岩半土、碎块状，软硬不均，遇水易软化，容易形成“泥饼”。成都位于岷江水系冲洪积区，根据区域水文地质资料，区内地下水季节性变化明显，水位总体呈西北高东南低，沿河一带高，河间阶地中部低的特点。盾构隧道范围以孔隙水和基岩裂隙水居多，渗透系数为18m/d~22m/d，属于富水地层。
二、地铁工程盾构施工技术方法分析
（一）、施工前期准备
只有在工程施工前期进行充分的筹备，才能满足施工的正常条件。通常现场的布置以“三通一平”为原则，并结合现场的实际情况。对于市政工程而言，在开工之前要向相关政府部门提交申请，得到许可以后方可开始施工，在申请中，必须明确规划出土的路线以及材料进场的路线。在施工场地，测量工作人员必须对装点复测、盾构基座放样等结果及时汇报给相关部门。根据出洞后管片的偏移量选择合理的出洞方案。主要材料要根据国家规范和实际要求联系监理旁站做好复测检验工作；工程设备也要报审监理。在施工开始之前必须对工程范围内的管线布置情况详细的掌握，比如埋深、管径、平面位置以及材质等多个方面。
图1施工流程图
（二）、盾构机及后配套设备的检查
本工程区间隧道掘进采用的美国罗宾斯生产制造的复合式土压平衡盾构机构成主要由盾构壳体(包括刀盘及切口环、支撑环、盾尾)、推进系统、拼装系统、油脂润滑系统、监控系统等组成。在下穿河流前的重点工作是对盾构机的刀具磨损情况及后配套设备主要部件和系统进行检查和核对，在盾构到达七里河前，左线隧道于345环、右线隧道于357环，均位于中密卵石地层，对土体加固具备开仓条件后重点对盾构机刀盘的镶齿敷焊滚刀进行磨损量检查，磨损值大于3mm(总厚度6mm)的进行更换，镶齿敷焊滚刀在前期的施工中可以满足400环连续推进的要求。盾构进入七里河范围前10环，将推进油缸推至最大行程，检查盾构掘进方向的前两道盾尾密封刷完好状况，如有损坏则对这两道盾尾刷进行更换必须确保盾构机和后配套完全满足通过该区间的安全要求。
三、工程的主要应对措施
（一）、应对措施理念主要贯穿三点
①盾构在卵砾石地层的要能够建足土压掘进，确保地层不坍塌，地表不发生异常沉降。②刀盘开口和渣土改良适宜，满足砂卵石、泥岩地层的顺利掘进和防结泥饼的需要。③刀盘、刀具和螺旋输送机有足够的强度和良好的耐磨性，不易出现异常损坏，尽可能长距离不换刀。④优先采用降水常压换刀措施，降水过程做好地层加固处理，减少地下水流失和有效控制地面沉降。
（二）、盾构到达前盾构姿态和线形测量
盾构机到达前150m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地从预埋钢环内进入到达井。测量内容有:a．定向；b．主导线；c．测量管片位置和走向偏差；d．预埋钢环平面位置。通过测量，对到达前的地段加强盾构掘进的轴线控制，使盾构机进站时其切口平面偏差满足:平面≤±50mm，－10mm≤高程≤+30mm，根据实际测量的洞门中心位置，将右线盾构姿态控制的理论值为:水平方向7mm，竖直方向－17mm，在到达前要求盾构坡度比设计坡度略大2‰，盾构机进入新浦路站到达井的设计坡度水平直线。
（三）、盾构出渣的约束条件及防结泥饼应对措施
为确保卵石不堵塞或卡死螺旋输送机，使盾构能够在砂卵石地层顺利掘进，刀盘的开口尺寸是制约卵石排出的主要约束条件。为使盾构能够在砂卵石地层顺利掘进，采用四辐条加强面板形式刀盘，开口率36%（中心38%)。对刀盘进渣通道采取前小后大或倒喇叭型，在满足刀盘强度的同时，进渣土通道尽量缩短，使渣土顺利快速进入土仓，减小刀盘结泥饼的概率。刀盘开口率大能够将土仓压力更有效的传递到开挖面，配合大扭矩形成土仓压力，避免开挖面坍塌；同时减少面板面积和挤压碴土的数量，降低刀盘摩擦力矩和对刀具的二次磨损；能够在螺旋输送机通过粒径范围内，向土仓排放剥落的卵石，减少刀具的荷载，延长其使用寿命；可以减小刀盘中心结泥饼的概率。
（四）、提高主驱动大扭矩的措施
由于卵石土、稍密、中密砂卵石地层的不自稳或空洞的存在，盾构掘进扰动时容易出现地表异常沉降或地层坍陷。刀盘刀具以冲击剥离或刮切方式使卵石层掉落，刀盘切削力矩很大，对于密实度不同的地层，随着贯入度的加大，切削扭矩上升较快，在失水性致密砂卵石地层（3-8-4）中表现尤为突出。通过停止推进测试，搅拌摩擦力矩在2000～3000kN·m左右，平均切削力矩在1500～2000kN·m左右；碴土改良至浆状，土仓顶部压力约为0.5bar时，刀盘扭矩可达到4000kN·m左右。如果压力升高至0.7～0.9bar，所需扭矩达5000～5500kN·m左右。由于成都主要地质为砂卵石层，易发生刀盘被卵石卡住的现象，因此在盾构中采用液压驱动。主驱动采用9组液压马达驱动，驱动功率945kW，额定扭矩6650kN·m（扭矩系统26.8），脱困扭矩8100kN·m，可以满足在对扭矩要求较高的地层中掘进；最高转3.35r/min，可以满足在风化岩中较快转速的掘进要求。
（五）、同步注浆及二次注浆系统措施
同步注浆是地表沉降控制的第二道防线，一般而言，在出土正常、同步注浆正常的情况下，地表沉降都能得到有效控制，除防止地表沉降外，同步注浆液还有增强防水和限制管片变形的作用。为有效地对顶部空洞进行回填，盾尾顶部增设2根内置注浆管，盾尾注浆管共有6根，注浆时根据是否超挖情况，调整泵出口管路联接位置进行作业，可直接对顶部空洞进行回填。为了及时补充注浆效果，防止地表沉降及管片上浮，在盾构上设置管片背部二次注浆系统。
四、采用的关键技术措施
（一）、出土方式的转换
在盾构刀盘位于四处勘探孔范围时，可能发生螺旋机喷涌现象，此时须进行盾构出土方式的转换，即:盾构暂停掘进并关闭螺旋机末道闸门，开启螺旋机出口处的球阀，让泥浆或水通过DN200镀锌钢管直接排至渣土斗中，同时盾构机恢复掘进；当镀锌钢管中水流终止，则切换回常规出土方式，关闭球阀、清洗钢管；如此交替转换，使盾构刀盘脱离勘探孔范围盾构穿越河道。在其他情况下螺旋机发生喷涌时，也可通过此出土方式的转换，来保证盾构连续掘进。
（二）、曲线段推进
此段地铁隧道部分位于半径350m的左转弯圆曲线上，属于小转弯半径线型，在推进过程中着重采取以下措施:①盾构机在掘进过程中在确保姿态的基础上，控制每环的糾偏量不大于3mm；②手动控制土仓压力，严禁土方超挖；③每环的出土量以渣土车实际存方方量统计值为准④注重同步注浆质量，特别是浆液初凝时间、稠度与方量，确保隧道外间隙填充饱满与及时固结。
（三）、渣土改良措施
渣土改良做为盾构施工中一个重要的环节，尤其对提高盾构掘进效率以及控制地面沉降有较大的影响。渣土改良技术应用的好坏，对降低工程造价、提高工程施工进度都有着决定性的作用。配备4路单管单泵泡沫系统进行渣土改良，不因出口压力不等而堵管。前盾及中盾共设计有12个壳外膨润土注入口。泡沫和膨润土管路独立，可同时注入到刀盘前部，利用刀盘的旋转进行充分的搅拌，能达到更好的渣土改良效果。通过多次试验发现，采用膨润土溶液+泡沫。溶液对成都富水砂卵石地层的改良效果较好，改良出来的渣土具有较好的流塑性、止水性，盾构的各项掘进参数均控制较好，为成都富水砂卵石地层的掘进提供了一项新的渣土改良技术。
结束语
盾构机过河道施工是一项技术性较强的作业，通过多年来前人的不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术，尤其是近年来在地铁建设中得到了广泛的应用，而且国产盾构的制造及施工技术也取得了可喜的成绩。
参考文献
[1]贺奇峰.浅谈地铁盾构法施工中盾构机转接始发技术[J].中国高新技术企业，2013（15）．
[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.