地铁车站盾构机磨桩进洞 施工技术

地铁车站盾构机磨桩进洞 施工技术

张志强

中铁六局集团有限公司交通工程分公司

摘要：盾构机始发、到达是盾构法隧道施工中至关重要环节，施工前应充分考虑水文、地质条件，考虑是否采用盾构机磨桩进洞 施工，进而采取具体的措施，包括土压平衡盾构机刀盘改造、千斤顶推力、刀盘转速、盾构机姿态的控制、磨桩进洞 过程中辅助措施等，确保盾构机以准确的姿态安全进洞。

关键词：土压平衡盾构机；盾构法隧道施工；磨桩进洞

1.1工程简介

郑州西站～商隐路站区间隧道左线长度1577.080m，右线区间长度1577.140m。区间采用盾构机进行掘进施工，从郑州西站东端头竖井内出洞，商隐路站西端进洞。

商隐路站西端头盾构接收井，端头围护桩为直径1m，间距1.4m，桩身采用C35混凝土浇筑而成，接收井端墙盾构掘进及以外1.5m范围，围护桩配筋采用玻璃纤维筋。盾构围护桩内侧设置10cm厚C20喷射混凝土结构，盾构机接收时无需对洞门进行破除。

1.2工程地质及水文地质情况

1.2.1地形地貌

本工程线路为山前冲洪积平原，地表为现状道路和绿地，地势较平坦。

1.2.2气象特征

郑州地区年平均气温14.4°C。其中最热月份7月平均27.3°C；最冷月份1月平均0.2°C；年平均降雨量640.9毫米。

1.2.3工程地质

本工程表为现状道路和绿地，地势较平坦，地面高程为162.0m～170.0m，拱顶覆土厚度9.83～16.21m。区间接收端头穿越地层为⑤1层黏质粉土、⑦1层粉质黏土、⑧1层粉质黏土。见附图1区间纵断面地质图。

图1.2-1 盾构机进洞影响范围地质剖面图

表1.2-1区间接收端头地层岩性分布表

1.2.4水文地质

本段线路所在场区内及其附近500m内无地表水系。工程隧道底水位埋深48.50～51.00m，平均49.88m；水位标高114.40～120.60m，平均116.30m。

二、隧道、工作井结构设计情况

商隐路站车站采用明挖顺筑法施工，车站围护桩为φ1000mm钻孔桩，接收井端墙盾构掘进范围外放1.5m，围护桩配筋采用玻璃纤维筋，桩间距1400mm，桩间施工100mm厚喷射混凝土，外侧铺设预铺自粘型防水卷材。接收端头工作井结构尺寸为7.5*11.5*14.59m，端墙厚度800mm，强度等级C35，抗渗等级P8。盾构区间管片外径6200mm，内径5500mm，管片厚度350mm，强度等级C50，抗渗等级P12。

图2-1盾构接收井围护桩示意图

三、盾构机进洞施工方法

3.1盾构机进洞施工流程

盾构机进洞接收是指从盾构机到达接收竖井井之前50m到上接收托架的整个施工过程。包括:盾构机定位、进洞洞门位置复测、安装洞门帘布及翻板、安装接收托架等。盾构机接收施工顺序如下图3-1：

图3-1盾构机接收到达施工流程图

3.2盾构机到达前的准备工作

（1）盾构机定位及接收洞门位置复核测量

在盾构掘进至到达阶段时，确定成型隧道中线与隧道设计中线的保持一致，并对进洞洞门位置进行复测，用以判断盾构机的贯通姿态及制定掘进纠偏计划。

（2）洞门密封的安装

在洞口搭设架体，安装洞门帘布及翻板，保证进洞盾构机与土体之间建筑空隙密封性良好。

（3）接收托架的安装

接收托架的中轴线应与隧道设计轴线一致，并考虑盾构机进洞姿态。接收托架的轨面标高比设计低20mm，便于盾构机顺利上基座。盾构进洞方向设置千分之五的坡度保证刀盘贯通后拼装管片有足够的反力。

3.3盾构机磨桩施工准备工作

（1）盾构机姿态纠偏要做到缓纠慢纠，纠偏量不大于10mm。

（2）盾构始发前对刀盘刀具的合格证、材料质量进行检验，玻璃纤维筋桩现场检测强度强度达40Mpa，前盾盾体前端外侧焊接25mm耐磨层保证磨桩的顺利工作。刮刀刀座采用螺栓连接，刮刀背部设置台阶承受刀具的轴向推力，防止磨桩过程中刮刀承受过大剪切力而发生破坏。在刀具焊接与刀具材质相同的合金材料，防止磨桩时混凝土、玻璃纤维筋等对刀具造成磨损。

（3）螺旋输送机最大通过粒径尺寸为直径0.34m长度0.56m，通过液压马达控制正反转，有900mm范围的伸缩长度；在螺旋输送机上设置9个泡沫注入孔用来改良渣土，确保了磨桩混凝土渣样可顺利排出。

磨桩进洞过程中要遵循较小的推力、较低的速度、较少的出渣量、合理的土仓压力以及充足的同步注浆量，确保盾构接收的总体安全。盾构机在进洞磨桩时候土仓压力会慢慢减小，掌子面土压力无法建立，推进时要求保持匀速、平稳，避免车站结构及管线造成破坏。

表3-1盾构掘进参数表

图3-2盾构机主监控页参数图 图3-3盾构机磨桩渣样

（5）盾构机进入进洞阶段后，需要时刻对地表沉降进行监测，及时反馈监测信息用以指导掘进，防止因震动、土体扰动等原因对车站结构及周围构筑物造成损坏。

（6）最后10环管片的拼装

盾构机进洞阶段，土仓压力会慢慢减小，盾构机磨桩产生的振动对管片影响较大，现场设置拉紧装置将管片进行连接固定。如图所示。

图3-4管片拉紧 图3-5 洞门密封拉紧

四、质量控制要点

（1）增加地表沉降、周围建构筑物沉降开裂、成型隧道变形监测的频次，并及时反馈监测结果指导现场施工。

（2）进洞前调整好盾构姿态，盾构操作手与监测人员及时联系，根据施工情况及时进行调整控制好磨桩参数，控制好掘进方向，确保盾构进洞姿态满足设计及规范要求。

五、安全控制要点

（1）磨桩时产生的振动对周围环境、成型隧道、既有车站影响较大，过程中加强人员巡视，发现异常及时联系盾构机操作人员停机，查明原因并采取措施后继续施工确保磨桩安全。

（2）磨桩进洞时掌子面桩身会出现倒塌，施工时接收工作井内不能有施工人员进行作业，配备专职安全员确保进洞安全。

六、文明施工、环境保障措施

（1）盾构机磨桩进洞时，刀盘和桩体摩擦易产生大量粉尘，现场及时开启雾炮，避免造成扬尘污染。

（2）磨桩完成后掌子面破裂，会出现大量泥浆、渣土改良剂外溢碎石块等现象，产生的污水及时抽排至指定位置，防止对周围土体造成污染。

七、结束语

综上所述，玻璃纤维筋桩施工减少了前期土体加固、后期洞门破除工序，在施工时只要做好盾构设备选型、维保，周围建构筑物及环境的监测，安全质量的保障措施，再经过周密策划﹑精心施工就可以保证盾构机顺利磨桩进洞，最终盾构进洞误差较设计规定仅为7mm。经过研究盾构机磨桩进洞施工是一项高效、经济且安全的施工方法，在前提条件具备的情况下值得推广应用。

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