摘要：本文以北方盾構(gòu)工程冬季施工為論述重點(diǎn)，分析出盾構(gòu)冬季施工的重難點(diǎn)，并討論本工程冬季盾構(gòu)分體始發(fā)的特點(diǎn)，從安全、進(jìn)度、質(zhì)量幾個(gè)方面對(duì)冬施措施展開論述，總結(jié)了本工程施工中出現(xiàn)的問題，為后續(xù)盾構(gòu)項(xiàng)目冬季施工提供借鑒。
前言
盾構(gòu)冬季施工屬特殊季節(jié)施工，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，尤其在盾構(gòu)分體始發(fā)方式下，施工風(fēng)險(xiǎn)及難度亦成倍增加。一般在北方，寒冷地區(qū)，盡量避免盾構(gòu)冬季施工，除增加成本外，施工進(jìn)度亦很難保證，因此盾構(gòu)冬季施工的可行經(jīng)驗(yàn)較少。
1.工程概述
1.1環(huán)境氣候、溫度
本工程區(qū)屬北溫帶季風(fēng)型大陸氣候區(qū)，區(qū)內(nèi)年平均氣溫9.3℃，極端最低氣溫為-32.3℃（1月份），最高達(dá)35℃（7月份），多年平均最高氣溫14.7℃[1]。日平均溫度低于＋5℃的天數(shù)為132 天，最大凍土層深度93cm。冬季氣候寒冷少雪，冰期多為11月至第二年3月中旬。
每年的12月份至次年的3月中旬，3個(gè)半月時(shí)間的溫度基本在0℃以下，最低達(dá)到-26℃，平均溫度在-8℃左右[2]。
1.2施工情況
本工程由2條平行的盾構(gòu)隧洞組成，單洞長度1200余米,盾構(gòu)機(jī)外徑6.95m，管片外徑6.7m，管片厚0.35m，管片環(huán)寬1.5m，采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)先后始發(fā)的施工方式。
本工程盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地位于一個(gè)全敞開式放坡開挖的大基坑內(nèi)，這種全敞開式，不同于地鐵盾構(gòu)隧道從已施工完的車站始發(fā)，地鐵車站環(huán)境溫度較高，本區(qū)域始發(fā)階段盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車周邊一般白天溫度在5℃ ~-7℃之間，夜間溫度在-3℃ ~-14℃，風(fēng)速在3~6級(jí)。由于施工場(chǎng)地長度有限，遂采用盾構(gòu)分體始發(fā)技術(shù)，盾構(gòu)始發(fā)時(shí)間又剛好處于冬季，為盾構(gòu)冬季施工增加了不小的難度。
圖1 盾構(gòu)分體始發(fā)場(chǎng)地圖
2.冬季施工風(fēng)險(xiǎn)分析
2.1盾構(gòu)冬季施工概況
通過對(duì)盾構(gòu)冬季施工的分析，總結(jié)出如下施工重點(diǎn)、難點(diǎn)，如下：
同步注漿漿液拌制：1）在冬季時(shí)處于氣溫低、
1. 風(fēng)大的環(huán)境；2）拌制砂漿的原材料砂、袋裝水泥、膨潤土、拌制用水在低溫環(huán)境中容易凍結(jié)；3）拌制好的砂漿儲(chǔ)存在露天環(huán)境下也容易凍結(jié)。
2. 施工用水及排水：1）施工用水在冬季露天環(huán)境下，管道容易凍裂；2）盾構(gòu)施工用水是從洞外接至作業(yè)面，靠近洞門一段的水管若凍裂，直接影響到盾構(gòu)掘進(jìn)；3）盾構(gòu)場(chǎng)地內(nèi)的施工污水管道全部處于冬季露天環(huán)境，因此管道也容易凍裂，影響整個(gè)排水功能。
3. 盾構(gòu)掘進(jìn)：本工程隧洞洞門直徑大，成型內(nèi)徑6.0m，在冬季時(shí)，洞外冷空氣會(huì)沿洞門進(jìn)入洞內(nèi)，因此洞門進(jìn)洞后一段距離會(huì)受冷空氣影響。
4. 機(jī)械設(shè)備及材料：1）在冬季氣溫低下環(huán)境中，機(jī)械設(shè)備容易出故障，使用率大大降低；2）并且本工程區(qū)冬季屬于大風(fēng)頻發(fā)期，當(dāng)風(fēng)速超過6級(jí)以上時(shí)，龍門吊必須停止作業(yè)，盾構(gòu)無法掘進(jìn)。3）在冬季氣溫低下環(huán)境中，盾構(gòu)用材料泡沫油脂及液壓油等容易受凍，降低了材料的利用率。
5. 渣池：渣池處于露天環(huán)境中，在冬季氣溫低的情況下，渣池若長時(shí)間不出渣，容易造成渣池水凍結(jié)后開挖困難。
6. 交通運(yùn)輸：1）雪天道路結(jié)冰，增加車輛運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)；2）渣土運(yùn)輸時(shí)泥水外溢，易造成道路結(jié)冰。
7. 施工人員的行為：1）在冬季低溫環(huán)境下，尤其是洞外施工人員，防寒保暖措施若不到位，容易造成施工人員生病，直接影響盾構(gòu)施工；3）在冬季低溫環(huán)境下工作，施工人員的思想意識(shí)會(huì)比正常環(huán)境下更遲頓，表現(xiàn)在精神不集中，動(dòng)作反應(yīng)慢，容易造成在施工時(shí)發(fā)生安全事故。
2.2冬季分體始發(fā)的特殊難點(diǎn)
由于本工程采用盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)技術(shù)，1#與2#拖車、6#與7#拖車間的管路及線纜需延長，液壓油管、泡沫溶液管、水管、氣管等管路總計(jì)增加3000余米，增加了管路抗凍要求，具體如圖2所示。
3.冬季施工安全措施
3.1渣土、管片運(yùn)輸
盾構(gòu)工作基坑出渣道路最大坡度大12.4%，為整個(gè)運(yùn)輸線路中最大坡度，為保證冬季渣土運(yùn)輸?shù)陌踩煽�，通過對(duì)坡道進(jìn)行：（1）拉毛；（2）設(shè)置坡道限速；（3）減速帶；（4）雪天采用爐渣墊路；（5）渣土車設(shè)置密封條，確保渣土不外流等措施，確保交通運(yùn)輸通暢。
3.2管路
分體始發(fā)，因此盾構(gòu)機(jī)的后配套連接管路較長，暴露在空氣中的時(shí)間也長，但還是多次出現(xiàn)如泡沫管、注漿管受凍堵管和爆管現(xiàn)象，每次清理的時(shí)間也相當(dāng)長。
由于盾構(gòu)采用的是分體始發(fā)，因此盾構(gòu)后配套的連接管路較長，很多是暴露在低溫環(huán)境中，現(xiàn)要求對(duì)暴露在外的管路進(jìn)行二次包裹保溫材料；在停機(jī)情況下也要啟動(dòng)泡沫系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)，讓其一直循環(huán)，并視情況調(diào)整流量，避免停機(jī)堵管；加強(qiáng)對(duì)管線路的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，做到防犯于未然。
圖2 加裝保溫棉及電伴熱帶增壓水泵及管路
3.3鋼管路
供水、循環(huán)水等鋼制管路，會(huì)因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生伸縮，尤其管路在夏季高溫情況下安裝，待冬季降溫后，前后溫差可達(dá)20～30℃，根據(jù)溫度變化而引起管道長度成比例的變化。
3.4油脂
提前放入保溫集裝箱進(jìn)行升溫，如圖4待溫度提升后進(jìn)行使用。在盾構(gòu)機(jī)上使用時(shí)，使用專用的帶有溫度輸出調(diào)節(jié)的加熱帶對(duì)盾尾油脂桶進(jìn)行自動(dòng)加熱，如圖5。
3.6其他安全方面
（1）安全管理規(guī)定，每當(dāng)風(fēng)速超過6級(jí)時(shí)，整個(gè)廠區(qū)會(huì)發(fā)布禁止所有起重吊裝、高邊坡、臨邊作業(yè)等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，而工程地所處季風(fēng)發(fā)育地帶，尤其是冬期超6級(jí)大風(fēng)天氣頻發(fā)，
（2）龍門吊的鋼絲繩需采用能滿足冬季施工的防凍鋼絲繩，冬季施工時(shí)龍門吊鋼絲繩采用帶棉芯的鋼絲繩
（3）電瓶充電
充電池采用可折疊伸縮的移動(dòng)式鋼架棚，棚架頂部呈拱形，方便排除積雪、雨水，四周掛輕質(zhì)棉被保溫，在充電時(shí)整體封閉。當(dāng)電瓶吊放入池時(shí)則收縮鋼架，方便電瓶的吊放。同時(shí)，充電池安裝溫控?zé)崴暨M(jìn)行水加熱，防止充電池中的水凍結(jié)。
（4）內(nèi)循環(huán)
刀盤冷卻內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)可視極端情況(一般正常運(yùn)行時(shí)無需采用防凍劑措施)添加乙二醇類防凍載冷劑，但需添加緩蝕劑，或咨詢專業(yè)廠家采用防腐蝕載冷劑
（5）地表排水
因工作基坑處地下水位線以下10m多，基坑巖層裂縫處反水，致使路面極易結(jié)冰，通過對(duì)硬化路面進(jìn)行切槽排水，并在槽內(nèi)設(shè)置內(nèi)穿電伴熱帶的PPR管，使排水槽內(nèi)不至于結(jié)冰堵塞。
圖5 充電房折疊棚
4.冬季同步注漿施工質(zhì)量措施
由于處于冬期，同步注漿細(xì)砂顆粒較粗，易造成同步注漿管路堵塞，這些是影響盾構(gòu)正常掘進(jìn)的主要原因。通過對(duì)砂漿拌和站采取以下措施，可大大提高施工效率：
（1）袋裝水泥、膨潤土等材料存放在拌和站保溫棚內(nèi)，河砂提前運(yùn)至保溫棚內(nèi)進(jìn)行升溫，如有需要進(jìn)行加熱。
（2） 在保溫棚內(nèi)修建水池儲(chǔ)放拌制用水，在儲(chǔ)水池內(nèi)安裝加熱棒進(jìn)行加熱，并設(shè)計(jì)溫度控制回路，當(dāng)水箱內(nèi)水溫降至40℃以下，加熱棒開始加熱，加熱至70℃時(shí)即停止加熱，以保證砂漿拌制用水的正常[5]。
（3）砂漿拌制時(shí)，嚴(yán)格遵循先加骨料和水進(jìn)行攪拌，最后加水泥的順序進(jìn)行拌制。同時(shí)保證拌合站內(nèi)成品砂漿出倉溫度不低于15℃、隧洞內(nèi)砂漿實(shí)測(cè)溫度不低于10℃。
（4）盡量減少拌和站與砂漿車之間的距離，砂漿拌合站至隧洞洞門之間的管路重新進(jìn)行鋪設(shè)，減少管路彎折、低凹，讓其漿液呈自由落體流至電瓶車的漿液罐中。
（5）每次清洗管路采用熱水拌注膨潤土的方式?jīng)_洗，避免砂粒在管路中堆積；定期統(tǒng)一對(duì)放漿管路進(jìn)行疏通。同步注漿管路在每環(huán)推進(jìn)完成后及時(shí)打開進(jìn)行沖洗，并用高壓風(fēng)吹凈涼干。
圖6 全封閉砂漿拌合站
5.施工期間出現(xiàn)的問題
（1）由于放漿管路過長（長約80米）,每次放漿后漿液會(huì)在彎管處積存，放漿次數(shù)越多，漿液積存越多，在低溫環(huán)境下容易凍結(jié)，導(dǎo)致頻繁疏通放漿管，影響到盾構(gòu)的正常掘進(jìn)。
（2）由于盾構(gòu)始發(fā)時(shí)盾構(gòu)機(jī)處于露天環(huán)境中，同步注漿機(jī)的注漿泵容易積水受凍。
（3）分體始發(fā)期間盾構(gòu)機(jī)泡沫劑箱內(nèi)表層容易冰凍，泡沫管受凍脹裂。
（4）分體始發(fā)期間后配套設(shè)備受低溫天氣影響，故障率較高。
（5）上水管在夏天高溫環(huán)境下進(jìn)行安裝，并采用法蘭連接，但未設(shè)置伸縮調(diào)節(jié)節(jié)，在冬季低溫時(shí)發(fā)生低溫收縮，致使閥門處發(fā)生拉斷。
總結(jié)
對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目來說，盾構(gòu)冬季施工必須要綜合評(píng)價(jià)，目的要明確，只有在此基礎(chǔ)上才能判斷盾構(gòu)冬施的必要性。冬季施工屬于特殊季節(jié)施工，且每個(gè)地區(qū)的冬季環(huán)境條件也不一樣，因此要滿足特殊季節(jié)施工，必須周密布署和制定詳細(xì)的可實(shí)施的方案，實(shí)施冬施必然會(huì)增大人力和財(cái)力的投入，若采取的措施不當(dāng)則會(huì)造成支出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于收入，反而得不償失。
