從1989年我國上海地下鐵道一號(hào)線工程正式采用盾構(gòu)法修建區(qū)間隧道以來，廣州地鐵2號(hào)線、南京地鐵2號(hào)線、深圳地鐵1號(hào)線、北京地鐵5號(hào)線、天津地鐵1號(hào)線先后從德國、日本引進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，掘進(jìn)地鐵隧道50km。2003年，上海軌道交通楊浦線（M8線）首次采用雙圓盾構(gòu)隧道新技術(shù)，盾構(gòu)法隧道已經(jīng)成為我國城市地鐵隧道的主要施工方法。
本文結(jié)合我公司在上海軌道交通楊浦線（M8線）一期工程曲阜路站～人民廣場站區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)施工實(shí)際情況，對盾構(gòu)法隧道施工工序及質(zhì)量控制作一個(gè)回顧和綜述。
1.盾構(gòu)推進(jìn)的前期準(zhǔn)備工作
1.1 盾構(gòu)基座
盾構(gòu)基座為鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制成榀，盾構(gòu)基座位置按洞口實(shí)際中心位置和設(shè)計(jì)軸線準(zhǔn)確放樣，基座安裝時(shí)按照測量放樣的基線，吊入井下就位焊接。
1.2 負(fù)環(huán)管片拼裝
工作井內(nèi)尺寸為23.4m×11.36m，盾構(gòu)后座由十環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝而成，考慮到盾構(gòu)車架的轉(zhuǎn)接及長軌道的吊運(yùn)需要，其中設(shè)開口環(huán)8環(huán)、閉口環(huán)2環(huán)。第1環(huán)負(fù)環(huán)管片的環(huán)面必須符合軸線高程和平面放樣的位置，校正到垂直于設(shè)計(jì)軸線的位置，第1環(huán)負(fù)環(huán)管片的拼裝質(zhì)量是控制管片拼裝質(zhì)量的第一步。
1.3 洞門的密封裝置安裝
由于工作井洞圈直徑與盾構(gòu)外徑存有一定的間隙，為了防止盾構(gòu)出洞時(shí)及施工期間土體從該間隙中流失，在洞圈周圍安裝由橡膠簾布帶、圈板等組成的密封裝置，并設(shè)置注漿孔，作為盾構(gòu)出洞洞口出現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象的堵漏的輔助措施。
1.4 盾構(gòu)出洞地基加固處理
為了確保盾構(gòu)出洞施工的安全和更好地保護(hù)附近建筑物、行車軌道基礎(chǔ)和施工場地，盾構(gòu)出洞口土體采用深層攪拌樁或旋噴樁等方法進(jìn)行地基加固。待加固強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，盾構(gòu)才能進(jìn)行出洞施工，否則應(yīng)采取補(bǔ)加固措施。
2.盾構(gòu)出洞
2.1在各項(xiàng)推進(jìn)施工準(zhǔn)備工作完成和各種施工材料具備的條件下，盾構(gòu)方可進(jìn)行出洞施工；
2.2盾構(gòu)向洞口靠攏，為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀頭和洞口密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力，通過螺旋機(jī)反轉(zhuǎn)的方式向盾構(gòu)土倉內(nèi)填充流塑性粘土，建立初步的土艙壓力；
3. 盾構(gòu)出洞段施工
3.1盾構(gòu)穿越加固區(qū)
盾構(gòu)出洞后，須耐心磨削洞口加固區(qū)，使加固區(qū)土體得到充分切削，為控制好刀盤油壓和轉(zhuǎn)速，在推進(jìn)時(shí)按工況條件在盾構(gòu)正面加入水或泥，以減小刀盤扭矩和改良正面的土體，推進(jìn)速度不宜過快。盾構(gòu)穿越加固區(qū)平衡壓力設(shè)定值應(yīng)略低于理論值，盾構(gòu)坡度須控制在－2‰左右。
當(dāng)盾構(gòu)出加固區(qū)時(shí)，為防止由于正面土質(zhì)變化而造成盾構(gòu)姿態(tài)突然變化，必需及時(shí)調(diào)整平衡壓力，此時(shí)推進(jìn)施工地面變形監(jiān)測頻率須加密，根據(jù)地面變形量等信息反饋對平衡壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)作及時(shí)調(diào)整，以控制盾構(gòu)切口處地面變形量在＋3～5mm為宜。
盾尾鋼刷必需充滿盾尾油脂。當(dāng)盾尾脫出工作井壁后，調(diào)整洞圈止水裝置中的弧型板，并與出洞特殊環(huán)管片焊接成一體，以防止土體從間隙中流失而造成地面的塌落。
3.2 后盾支撐
在第一環(huán)閉口負(fù)環(huán)管片脫出盾尾后，立即進(jìn)行后盾“π”支撐的安裝，盾構(gòu)推進(jìn)上部千斤頂頂力通過“π”支撐和4根Ф580鋼管作軸向力傳遞，將力傳遞給2根三榀56號(hào)工字鋼，其中1根三榀56號(hào)工字鋼，需通過斜撐把力傳遞至車站底板。這樣，盾構(gòu)出洞推進(jìn)時(shí)千斤頂?shù)膮^(qū)域及油壓可有較大的選擇范圍，便于盾構(gòu)出洞施工時(shí)軸線的控制。后盾支撐設(shè)置完成后，在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，應(yīng)注意觀察后座的變形，防止位移量過大而造成破壞。在后靠設(shè)置變形觀測點(diǎn)，開始時(shí)每推進(jìn)一箱土測量一次，待后靠變形較穩(wěn)定時(shí)每環(huán)測量一次，直至后靠穩(wěn)定后方可停止觀測。
3.3 車架轉(zhuǎn)換前的推進(jìn)
盾構(gòu)出洞后，車架轉(zhuǎn)接的推進(jìn)距離約35米。此段施工時(shí)應(yīng)注意對控制的盾構(gòu)臨時(shí)管線進(jìn)行保護(hù)，確保盾構(gòu)正常運(yùn)行。爭取在較短時(shí)間內(nèi)掌握盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備的性能，熟悉盾構(gòu)操作要領(lǐng)，控制好盾構(gòu)施工軸線和地面變形量。此階段段施工重點(diǎn)要求做好以下的幾項(xiàng)工作：
A、用最短的時(shí)間掌握盾構(gòu)機(jī)的操作方法，掌握機(jī)械性能，盾構(gòu)設(shè)備的不足之處提出要求整改。
B、了解和認(rèn)識(shí)隧道穿越的土層的性能，掌握這種土層下的土壓平衡式盾構(gòu)的控制方法。
C、通過本段施工，加強(qiáng)對地面變形情況的監(jiān)測分析，掌握盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)及同步注漿量。
3.4 出洞口處理
在出洞推進(jìn)35米后盾構(gòu)車架進(jìn)行轉(zhuǎn)接的過程中，出洞口須壓注水硬性漿液，其目的在于壓密固結(jié)洞口土體，杜絕洞口漏泥漏水，同時(shí)也為井接頭施工時(shí)拆除負(fù)環(huán)提供安全保證。
3.4.1 盾構(gòu)推進(jìn)和地層變形的控制
本工程采用土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，其利用壓力倉內(nèi)的土壓力來平衡開挖面的土體，從而達(dá)到對盾構(gòu)正前方開挖面支護(hù)的目的。平衡壓力的設(shè)定是土壓平衡式盾構(gòu)施工的關(guān)鍵，維持和調(diào)整設(shè)定的壓力值又是盾構(gòu)推進(jìn)操作中的重要環(huán)節(jié)，這里面包含著推力、推進(jìn)速度和出土量的三者相互關(guān)系，對盾構(gòu)施工軸線和地層變形量的控制起主導(dǎo)作用，所以在盾構(gòu)施工中要根據(jù)不同土質(zhì)和覆土厚度、地面建筑物，配合監(jiān)測信息的分析，及時(shí)調(diào)整平衡壓力值，同時(shí)要求推進(jìn)坡度保持相對的平穩(wěn)，控制每次糾偏的量，減少對土體的擾動(dòng)，并為管片拼裝創(chuàng)造良好的條件。同時(shí)根據(jù)推進(jìn)速度、出土量和地層變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整注漿速度和注漿量，從而將軸線和地層變形控制在允許的范圍內(nèi)。
在盾構(gòu)施工至旁通道部位時(shí)，加強(qiáng)對軸線的控制，使軸線控制在允許偏差范圍內(nèi)，以保證旁通道的施工質(zhì)量。
3.4.2盾構(gòu)推進(jìn)主要參數(shù)設(shè)定
A、平衡壓力值的設(shè)定
平衡壓力設(shè)定值以推進(jìn)第10環(huán)為例，按水土合算原則計(jì)算所得土壓力為：
正面土壓力：P=k0gh
P: 土壓力（包括地下水）
g：土體的平均重度，取17.5KN/M3
h：隧道埋深,取7.2米
k0：靜止土壓力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.7
代入公式得：P＝0.0882MPa＝0.882kg/cm2
本次施工中，盾構(gòu)在推進(jìn)第10環(huán)時(shí)，平衡壓力值擬取0.89kg/cm2，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況作及時(shí)調(diào)整。
盾構(gòu)在掘進(jìn)工程中均可參照以上方法來取得平衡壓力的設(shè)定值。具體施工根據(jù)盾構(gòu)埋深、所在位置的土層狀況以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。
B、推進(jìn)出土量控制
每環(huán)理論出土量＝p/4×D2×L＝p/4×6.342×1＝31.57m3/環(huán)。盾構(gòu)推進(jìn)出土量控制在98％～100％之間。即30.94m3/環(huán)～31.57m3/環(huán)。
C、推進(jìn)速度
正常推進(jìn)時(shí)通過調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)總油壓，使盾構(gòu)刀盤驅(qū)動(dòng)油壓、轉(zhuǎn)速及螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)油壓、速度控制在盾構(gòu)設(shè)備允許的范圍內(nèi)，同時(shí)，推進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)刀盤轉(zhuǎn)速，使盾構(gòu)正面的土體得到充分切削和攪拌，減少盾構(gòu)推進(jìn)過程中的土體擠壓，故推進(jìn)速度宜控制在2～4cm/min之間。
D、盾構(gòu)軸線及地面沉降量控制：
盾構(gòu)推進(jìn)施工軸線偏離設(shè)計(jì)軸線不得大于±50mm；地面沉降量控制在＋10mm～－30mm范圍內(nèi)。
4. 盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的同步注漿和襯砌壁后補(bǔ)壓漿
盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿和管片壁后補(bǔ)壓漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期沉降的主要手段，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。盾構(gòu)推進(jìn)施工中的注漿，選擇具有和易性好、泌水性小，且具有一定強(qiáng)度的漿液進(jìn)行及時(shí)、均勻、足量壓注，確保其建筑空隙得以及時(shí)和足量的充填。
每推進(jìn)一環(huán)的建筑空隙為：p（6.342－6.22）/4＝1.38M
每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的200％～250％，即每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量為2.76 M3～3.45 M3。泵送出口處的壓力應(yīng)控制在0.3MPa左右。壓漿量和壓漿點(diǎn)視壓漿時(shí)的壓力值和地層變形監(jiān)測數(shù)據(jù)而定。在管片脫出盾尾30環(huán)后，對管片的建筑空隙進(jìn)行壁后二次注漿，整個(gè)區(qū)間每隔5環(huán)注漿一次，壓漿量的控制根據(jù)地面變形監(jiān)測數(shù)據(jù)確定。
壓漿屬一道重要工序，須指派專人負(fù)責(zé)，對壓入位置、壓入量、壓力值均作詳細(xì)記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時(shí)調(diào)整，確保壓漿工序的施工質(zhì)量。為防止?jié){液在注漿系統(tǒng)內(nèi)的硬化，必須定時(shí)對工作面注漿系統(tǒng)、隧道內(nèi)運(yùn)輸車以及地面上的拌漿系統(tǒng)進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間基本控制在每班一次。由于盾構(gòu)工作面的注漿管路清洗等原因?qū)⑿纬梢欢ǖ膹U漿，對工作環(huán)境造成污染，所以必須利用平板車、土箱外運(yùn)。
盾尾油脂的壓注
本區(qū)間隧道掘進(jìn)需要穿過大量建筑物，所以盾構(gòu)機(jī)的盾尾密封功能就顯得特別重要。為了能安全并順利地完成區(qū)間隧道的掘進(jìn)任務(wù)，必須切實(shí)地做好盾尾油脂的壓注工作。
5. 管片防水涂料的制作
5.1 對運(yùn)輸至現(xiàn)場的管片根據(jù)管片質(zhì)保書，進(jìn)行外觀質(zhì)量驗(yàn)收，確認(rèn)沒有缺角掉邊及養(yǎng)護(hù)期限等問題，并分類堆放。
5.2 對管片的各防水處理面進(jìn)行清潔。
5.3 彈性密封墊采用遇水膨脹橡膠與氯丁橡膠復(fù)合墊，形式為角部棱角分明的框形橡膠圈，封頂塊與鄰接塊兩側(cè)的防水密封墊在拼裝前涂表面潤滑劑（粘度為300cp的水性涂抹劑），以減少封頂塊插入時(shí)彈性密封墊間的摩阻力。
5.4 密封墊表面遇水膨脹橡膠遇到水和潮汽會(huì)膨脹，故逢雨天或梅雨季節(jié)，應(yīng)覆蓋塑料薄膜或在表面涂緩膨脹劑。為適應(yīng)施工條件，拱底塊管片的密封墊露于溝槽外的表面必須涂刷緩膨脹劑。
6. 管片拼裝
隧道襯砌由6塊預(yù)制鋼筋混凝土管片拼裝而成，其中拱底塊最重為3.75T，整環(huán)總重16.1T。成環(huán)形式為小封頂縱向全插入式。管片在拼裝過程中必須控制以下幾點(diǎn)：
6.1在拼裝過程中要清除盾尾拼裝部位的垃圾和積水，同時(shí)必須注意管片定位的正確，尤其是拱底塊管片的定位會(huì)影響整環(huán)管片拼裝質(zhì)量及其與盾構(gòu)的相對位置，盡量做到居中拼裝。
6.2千斤頂應(yīng)按拼裝管片的順序相應(yīng)縮回。
6.3每塊管片拼裝好后及時(shí)靠攏千斤頂，防止盾構(gòu)后退。
6.4環(huán)面平整度：必須自負(fù)環(huán)做起，且逐環(huán)檢查，相鄰塊管片的踏步應(yīng)小于4mm，封頂塊環(huán)面不能凸出相鄰管片的環(huán)面，以免鄰接塊接縫處管片碎裂。
6.5 環(huán)面超前量控制：盾構(gòu)推進(jìn)施工軸線控制，一方面靠控制盾構(gòu)姿態(tài)，另一方面取決于控制成環(huán)管片環(huán)面的超前量，控制管片環(huán)面的質(zhì)量是控制隧道施工軸線和保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵手段。盾構(gòu)推進(jìn)施工，每班必須檢查環(huán)面超前量，一有差值，即用軟性楔子給予糾正，從而保證隧道環(huán)面與隧道設(shè)計(jì)軸線的垂直度。
6.6相鄰環(huán)高差控制：相鄰環(huán)高差量的大小直接影響到建成隧道軸線的質(zhì)量及隧道有效斷面，因此必須嚴(yán)格控制環(huán)高差。相鄰環(huán)管片高差£4mm。
6.7縱、環(huán)向螺栓連接：成環(huán)管片均有縱、環(huán)向螺栓連接，其連接的緊密度將直接影響到隧道的整體性能和質(zhì)量。因此每環(huán)拼裝結(jié)束后應(yīng)及時(shí)擰緊縱、環(huán)向螺栓；在下一環(huán)推進(jìn)時(shí)，應(yīng)在千斤頂頂力的作用下，復(fù)緊縱向螺栓，當(dāng)成環(huán)管片脫出盾尾后，在外部土壓力的作用下，復(fù)緊環(huán)向螺栓；當(dāng)成環(huán)管片推出車架后，必須再次復(fù)緊縱、環(huán)向螺栓。
6.8隧道橢圓度的控制：每環(huán)拼裝結(jié)束后，應(yīng)測量隧道的橢圓度，不合格的及時(shí)糾正，直到橢圓度小于10mm后方能進(jìn)行下一環(huán)的推進(jìn)。
6.9管片糾偏量控制：施工中隧道軸線、環(huán)面平整度或傾斜度需予以糾正時(shí)，采用專門楔料（丁晴橡膠軟木片），每環(huán)糾偏量最大不超過5mm。
6.10防迷流值測試：按防迷流設(shè)計(jì)要求，管片鋼筋籠制作時(shí)已按設(shè)計(jì)要求焊接連通，每塊管片都成等電位體；盾構(gòu)推進(jìn)施工時(shí)通過環(huán)、縱向通過螺栓與墊圈將每塊管片，每環(huán)管片連成一體，成為法拉第籠，以達(dá)到防迷流要求。本區(qū)間隧道施工每200m測分段隧道的防迷流值，隧道貫通后測整個(gè)區(qū)間的防迷流值。
7. 特殊段盾構(gòu)推進(jìn)施工
7.1盾構(gòu)穿越蘇州河及西藏路橋
根據(jù)資料，老橋橋樁為350×350毫米，長12.5米的木樁，樁底標(biāo)高-17.32米，隧道將在樁群中穿過，這將對盾構(gòu)施工帶來不少困難，因此根據(jù)區(qū)間隧道軸線圖，對隧道穿越范圍內(nèi)的木樁進(jìn)行拔樁處理。且根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)工藝的要求，拔樁后的樁孔必須地基加固和復(fù)原。采用特制的水泥、粘土、粉煤灰、細(xì)砂等材料攪拌而成的混合材料進(jìn)行填充，夯實(shí)。樁基處理完畢后，對該區(qū)域的基礎(chǔ)進(jìn)行覆蓋施工，選用5米門幅的高密度土工布材料，南北兩側(cè)各敷設(shè)10米×10米的范圍，兩塊土工布之間，用一塊2米×10米的土工布搭接，覆蓋層用盾構(gòu)頂進(jìn)過程中出土的粘土進(jìn)行拋填。
盾構(gòu)近距離穿越防汛墻樁基，在盾構(gòu)推出防汛墻的前后，覆土厚度有一個(gè)突變，因此，應(yīng)該先確定防汛墻的里程，在盾構(gòu)切口過防汛墻后及時(shí)調(diào)整設(shè)定土壓力，減少對土體的擾動(dòng)，保護(hù)好防汛墻，減少江底的變形。另外，盾構(gòu)進(jìn)入蘇州河后，覆土厚度每環(huán)都有變化，所處的水深也有變化，再加上水位的影響，在設(shè)定土壓力時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素。盾構(gòu)穿越樁群時(shí)，盾構(gòu)穿越部分木樁雖然已拔除，但是土體不是很穩(wěn)定，可能引起其它未拔除木樁的整體變形、位移，使得樁群周邊的土體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)。在施工中，考慮到其特殊性，應(yīng)保持施工連續(xù)性。
7.2盾構(gòu)穿越地鐵二號(hào)線
曲阜路站～人民廣場站區(qū)間距人民廣場站北端頭井約50米的范圍內(nèi)盾構(gòu)將從運(yùn)營中的地鐵二號(hào)線的上部斜向穿越，兩條隧道的最小豎向凈距為1.32m。
正式穿越地鐵二號(hào)線前，根據(jù)模擬推進(jìn)摸索情況，制定了主要施工技術(shù)參數(shù)：正面土壓力0.23MPa～0.25MPa；推進(jìn)速度10～20mm/min；同步注漿量為2.8 m3/環(huán)～3.4 m3/環(huán)。嚴(yán)格按照“分步慢速推進(jìn)，均勻小步轉(zhuǎn)彎，保持穩(wěn)定壓力，適時(shí)適量注漿，少量低壓地基加固”的施工技術(shù)要點(diǎn)組織施工。
