摘要：结合盾构隧道施工始发技术在广州市轨道交通六号线盾构7标施工中的应用，介绍盾构始发技术的组成、关键工序、关键技术，以及常见的问题和预防措施。
关键词：盾构始发,端头加固,洞门破除,负环,洞门密封,论文发表网
一、前言
盾构始发是盾构施工的重点，由于盾构始发受车站的埋深影响，一般始发端头地层不太稳定，需要进行端头加固，即便如此，国内外盾构始发施工中还是发生了不少事故，如出现大沉降、发生大量涌水、涌泥，造成大面积塌陷，工程无法按计划施工。
本文结合始发的实际经历，谈谈盾构始发技术的一些体会和心得。
二、盾构始发的工作内容及工艺流程
盾构始发施工主要内容包括：始发端头的土体加固、盾构始发基座的安装、盾构机下井安装及调试、洞口防水密封的安装、反力设施的安装、负环管片的安装、盾构机试运转、洞门破除。盾构始发的主要的工艺流程见下图。
三、盾构始发的主要施工技术
盾构始发施工容易发生各种事故，如出现大沉降、发生大量涌水、涌泥，造成大面积塌陷，发生这些事故的原因主要是由于：
①洞门土体存在无支撑或欠支撑的时间。
②洞门处地下水存在直接暴露的可能，盾尾未进入洞门不能同步注浆时，洞门帘布止水效果有限。所以控制盾构始发的各项施工工序是保证盾构安全始发的关键。
3.1 始发端头的地层加固
盾构始发之前，要根据洞口稳定情况评价地层，并采取针对性的加固措施。常见的盾构端头井加固方法有搅拌桩、旋喷桩、水平冻结及垂直冻结、SMW工法等方法进行洞口土体加固，但施工成本、施工速度及施工的安全性却各不相同。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并要严格控制施工过程。
1、盾构进出洞端头土体加固的原则：
(1)根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层情况，确定加固方法和范围。
(2)在充分考虑洞门破除时间和方法，选择合适的加固方法和范围，确保盾构机进出洞的安全和洞门破除的安全。
2、加固要求
(1)加固土体无侧限抗压强度≥1.0Mpa。
(2)渗透系数≤1.0×10-8cm/s。
3、洞门加固效果的检测
通过抽样取芯和水平探孔检查以下内容来检测洞门加固的效果。
⑴加固体强度。
⑵加固体整体性、均匀性。
⑶加固体中地下水含量情况。
3.2 洞门破除
为保证开挖面的稳定，洞门破除分两次进行，第一次先将围护结构的主体凿除，只保留围护结构的外排钢筋和保护层。在盾构始发前进行第二次洞门破除，将洞门剩余部分凿除，并确保洞门范围内无剩余钢筋。
洞门破除按先下后上、先中间后两侧的顺序进行，切忌大面积同时破除。第二次破除需要快速进行破除，尽量缩短洞门土体无支撑时间。
3.3 洞门密封施工
洞口密封是对洞口起始推进段与盾构机或管片之间的间隙采取的防渗措施，防止地层的地下水和背后注浆砂浆外泄，确保施工可靠和安全，即在盾构机开始推进后不久，就可以对开挖面加压，盾构机尾部通过之后，立即进行壁后注浆，尽早稳定洞口。
洞口密封主要由环板A、洞门帘布、环板B、压板及固定它们的铁件组成。
洞口密封的施工分三步进行，第一步在始发井结构施工过程中，做好预埋件的工作，要特别注意的是预埋件必须与始发井结构钢筋连接一起，保证预埋件的锚固长度;第二步在盾构始发之前完成洞口密封的安装，特别要检查螺栓的紧固程度;第三步在盾尾进入洞门后，壁后注浆开始前，对洞门密封压板上设置防反转装置。
3.4 反力架、始发托架的安装
反力架(后座)设计制造必须满足以下几个要求：
①要有足够的强度、刚度，保证传力的可靠性。
②留有足够的空间，使垂直运输和水平运输方便通过，尤其保证后续台车的通过。
③盾构推进轴线和后座壁保持垂直，保证盾构推进方向的准确。
④反力架基面要有足够的平整度，保证管片的拼装质量。
⑤反力架的结构型式要根据始发井的结构型式进行设计，要做到因地制宜。
⑥反力架的结构最好做成组装的型式，便于吊装和安装。
反力架的安装时间根据始发井的大小来确定，像客大盾构区间始发井就采用盾构组装好后，再分节进行安装。安装好后需对反力架进行加固，保证能提供足够的反力。
盾构始发托架不仅用作安装和稳妥地搁置盾构，更重要地是通过设在托架上地导轨使盾构推进出洞时能获得正确地导向。因此盾构托架除了要满足承受盾构自重外，还要满足盾构在导向钢轨上移动时摩擦力的作用引起的位移。盾构始发之前，对始发托架两侧用H型钢进行加固。同时在盾构推进过程中,在中盾和前盾盾壳上加焊抗扭转的牛腿。(见右图)
导轨需要根据隧道的设计轴线、盾构出洞时的施工条件等因素决定其平面、高程和坡度。在围护结构破除后，始发台与开挖面的空间很大，为保证盾构在始发时不至于刀盘和盾体悬空太多而产生盾构“磕头”现象，需要将导轨接长至洞口。同时要求导轨末端留有足够的空间，以满足刀盘的旋转。
3.5 反力架、钢管片、负环管片数量的确定
反力架的确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度、洞门的宽度以及刀盘在始发前所能到达的最远的位置决定。
以六号线盾构右线第一次始发为例。盾构井长12m，盾构机长度8.7m，管片长度为1.5m/环，洞门一般宽度为0.4~1.2m。它们长度之间的关系为：盾构井+洞门=管片总长+反力架+钢管片
盾构长度为8.7m，考虑盾构拼装的来回移动，负环管片的总长不能少于9m(6环)。取负环管片数量为8环时，洞门的宽度恰好为钢管片和反力架的总长。钢管片为0.4m，为满足反力架的刚度，洞门要求至少为1m。
取负环管片为7环时，洞门取0.4m，钢管片为0.4m，反力架的总宽度为1.5m。
取负环管片为6环时，取洞门宽为0.4m，钢管片为0.4m，反力架的总宽度为3m。
负环管片取8环时，洞门宽度太大，不利于洞门负环的拆除;取6环时，反力架宽度太大，不利于反力架的稳定性及其安装;综合考虑，负环数量为7环，钢管片为0.4m，反力架宽为1.5m。
3.6 第一环负环管片的安装
在安装负环管片前，为保证负环管片不破坏盾尾尾刷、保证负环管片能顺利向后推进，在盾尾内安设厚度为盾尾间隙大小的方木，以使管片在盾构内的位置得以保证。
负环管片的最终位置通过推进油缸的行程进行控制，在负环管片与钢管片之间的空隙要用钢板或铜板塞满。
3.7 盾构的始发
盾构始发采取小推力、低扭矩向前推进。刀盘进入洞门前，在刀头和绞接密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损害洞门密封装置。
推进过程中，跟踪加固负环管片。在负环管片脱出盾尾后，及时用钢丝拉结和木楔子等进行加固，以保证在传递推力过程中管片不会浮动、下沉变位。
3.8 洞口注浆
当盾尾完全进入洞体以后，停机调整洞门密封，采用壁后注浆的方式进行洞口注浆。
四、常见问题的预防和处理
4.1 洞门失稳
破洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失，其主要原因就是端头加固不好所致。在小范围的情况下，可边破除洞门砼，边喷素砼的办法对土体临空面进行封闭。对于坍塌失稳情况严重，只有封闭洞门，重新加固。
4.2 密封效果不好
洞门密封的主要目的是减少土体流失，其主要原因也是端头加固不好和洞门密封安装精度不高所致。在始发过程中发现洞门密封效果不好时，及时通过调整配合比，使注浆后及早封闭，也可以采用在洞门密封外侧向洞门内部注快凝的双液浆的办法来解决。
4.3 地面沉降较大
由于始发的特殊性，始发阶段的沉降量均较大，因此在始发阶段应尽快的建立土压平衡模式，并严密注意出土量及土压力情况，同时加大监测频率，控制地面沉降。必要时，通过事先向土仓内灌土，提前建立土压平衡。
4.4 始发后，盾构机“磕头”
始发推进过程，在盾构刀盘到达掌子面及脱离加固区时，容易出现盾构机“磕头”现象，根据地质条件的不同，有可能出现超限的情况。为此，通常采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过的办法尽量避免“磕头”或减小“磕头”的影响。在客大盾构区间始发过程，根据现场的洞门距掌子面长的特点，在洞内底部按盾构机的弧面浇注了素砼导台，从而避免了“磕头”现象的出现。
4.5 支撑系统失稳
反力架、托架、负环管片等支撑系统，在某些情况下由于盾构机推进的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳，这样导致整个始发工作失败。对于支撑系统失稳只能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强监测。
五、结束语
盾构机的始发成功由始发条件和始发过程中的每一个环节的合理处理所决定的。在始发端头的地质勘察、建筑物和管线调查，尤其对端头井的水文地质的分析。同时对始发施工的每一个环节全面、细心的控制，以确保各种处理措施达到预期的效果。
参考文献：
1、竺维彬，鞠世健，史海鸥 广州地铁三号线盾构隧道工程施工技术研究：暨南大学出版社，2007(1)
2、广州市地下铁道总公司建设事业总部，盾构工程技术及管理培训。
3、康宝生、陈馈，李荣止，南京地铁盾构始发与到达施工技术[J].建筑机械化，2004，(2)：25-29
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