大直径泥水盾构始发技术

1隧道概况

天津西站至天津站地下直径线工程（简称天津地下直径线）为单洞双线隧道，圆形隧道采用通用管片，盾构隧道长2146m。始发段位于缓和曲线上（始发推进约12m后进入直线段），以22.7‰下坡坡度始发，以最小转弯半径600m的曲线接收，隧道最大埋深约43m，平均约20m。采用开挖直径为11.97m的盾构机，设2个盾构工作井，自东向西掘进，即从盾构始发工作井（中心里程DK3+926）出发，至盾构到达工作井（中心里程DK1+780）。

隧道内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。赋存于第¨陆相层及其以下粉砂和粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。始发段地质自上而下依次出现填充土、粉土和粉质黏土，盾构机始发时完全包裹在粉土和粉质黏土层内。盾构始发段纵断面见图1。

2始发施工技术

盾构在初始阶段的施工难道较大，主要包括：（1）洞门围护结构凿除后土体在一定时间内必须保持自稳，不能有水土流失；（2）始发时盾构机主体在始发基座上不能调向和有大的纠偏处理：（3）始发阶段姿态控制和地面沉降控制比正常推进时更难；（4）配套设施使用的局限性，如管片的吊运需设临时副井口。因此，做好盾构隧道始发是盾构施工成败的标志之一．必须全力做好。

2.1始发洞门地层处理

盾构始发前，一般要根据洞门的地层情况采取有针对性的处理措施。目前一般采取固结灌浆、注浆法、冷冻法、水泥搅拌桩加固、高压旋喷桩加固等措施进行地层加固处理。针对天津地下直径线项目盾构隧道始发地段地质水文及地质勘察情况，对始发盾构井端头地层采用“高压旋喷桩+搅拌咬合桩”组合加固的方式，加固范围见图2。

通过实地掘进发现，采用“高压旋喷桩+搅拌咬合桩”组合加固的方式能够更好地保证始发掌子面（围护结构全凿处以后的端面）稳固及止水，并能达到最佳的止水效果。

2.2始发洞门围护结构的凿除

始发洞门围护结构的凿除就是将预埋钢环内的地连墙凿除，裸露出加固端面及始发掌子面。一般地铁隧道端面为6m多，凿除工作从搭脚手架到完全凿除只需一周多时间，但对于一个12m的铁路隧道，工作量相应增加很多，一般至少提前一个月准备，凿除工作将近20d。先凿除围护结构内保护层，裸露出钢筋，再凿除中间混凝土。由于端面较大，需分层分段阶梯破除，并割除内层钢筋，但不可一次割除到底，也不可将外层钢筋全剥离混凝土层，只需露出一半钢筋，外层钢筋需从下向上割除，并清除所有渣土，便于将来的洞门底部封堵。

凿除完最后一层混凝土后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围以内。2.3洞门密封处理

洞口密封是为盾构机在始发时防止开挖仓泥浆和背衬同步注浆浆液外泄，同时也是为了保证始发推进时开挖面泥水压力的建立和稳定，避免开挖面失稳和地面出现塌方。密封一般有压板式和折叶式，常用折叶式。

考虑到泥水加压平衡盾构机的特性及地质情况，采用2道橡胶帘布折叶式组合结构加箱体和预埋钢环内焊接2道钢丝刷并涂抹盾尾密封油脂进行密封，并在箱体增加4个密封油脂注浆孔（也是洞门封堵双液注浆孔），如果出现漏浆，可向4孔对应位置进行密封油脂注入（见图3）。

2.4反力架始发基座的安装

反力架的安装主要是为了保证始发时能提供足够的始发反推力，其安装位置主要根据始发基座的安放及零环管片的位置确定。

考虑到预埋钢环在安装和主体侧墙混凝土浇筑时的变形，始发基座的安放要根据始发要求及洞门钢环的实际中心位置对正摆放，避免始发时盾体出现卡壳或损坏洞门密封装置，始发基座要加固稳定牢靠，推进时要满足所需的强度和刚度。确定始发基座后，根据设计图纸要求及管片特性确定零环管片的外伸量，进而确定负环管片数量，便可以确定反力架的位置及支撑。结合天津地下直径线盾构施工情况，采用全环始发，7环负环管片加1环零环管片，零环管片外伸一半即90cm，反力架采用2cm钢板及型材通过焊接和螺栓连接而成，并进行支撑加固，能够保证始发的需要（见图4）。

由于反力架和始发基座为盾构始发时提供初始推力及初始空间姿态，安装反力架和始发基座时，反力架左右偏差控制在±10mm，高程偏差控制在±5mm，上下偏差控制在±10mm;始发基座水平轴线垂直方向与反力架的夹角<±2%。为了能够使盾构机顺利推进到预埋钢环内，并使刀盘中心刀刚好接触到开挖面，不出现磕头现象，必须将基座上的导轨延长至钢环内，并在钢环内左右两侧及导轨延长方向加焊2道坡度导向轨，但导向轨不得影响刀盘旋转。

2.5负环管片的拼装及固定

由于采用全环始发，管片采用直螺杆预埋螺栓套筒连接，对盾尾间隙及拼装要求较高，因此第一环的拼装至关重要，拼装质量直接影响到下一环。（1）拼装前必须在盾尾下半部分焊接25～30mm的圆钢，作为盾尾间隙量：（2）采用错缝拼装，为了保证下一环推进的间隙量，对封顶块位置选择也很重要：（3）油缸行程差不能太大（不能大于管片楔形量的1.5倍），否则会出现间隙量太小进而损坏管片。因此，负环管片拼装需考虑盾尾间隙、封顶块位置及油缸行程差3个要素，基本能保证拼装的质量。