张霄睿 江川

北方重工集团有限公司 辽宁沈阳 110000

随着我国基本道路施工技术的不断改进，复杂地形盾构隧道在一定程度上得到推广，各种施工技术也在不断升级和改进。在进场阶段和后续施工过程中，建立良好有序的施工现场十分重要。

1 土压平衡盾构掘进机的机理和适用地层

土压盾构机通过转动切割头来切割墓面上的地面，土砂进入截割头后面的密封土罐，通过土罐底部的螺旋输送机输送到盾构机后位[1-2]，通过调节截割头的速度，通过切削量和开挖量调整驱动速度和螺杆速度，保持土罐压力与碎石面土压力一致。

土压平衡盾构掘进机适用于各种黏性地层，砂性地层，砂砾土层，对于风岩地层、软土与软岩的混合地层，可采用复合土压平衡盾构机[3-4]，土压盾构机用于砂石、砾石和软石街道的开挖，在底槽、螺丝刀和切割头内注入润滑泥或泡沫，改善土壤和砂土的塑性流动性能，防止刀头形成泥饼，减少刀具扭矩和刀具磨损，提高掘进速度。

2 土压平衡盾构掘进机的施工实例

沈阳地铁2号线南延线市民广场—科技园区间隧道起点里程K27+961.950—K29+421.620，右线全长1459.655m，左线全长1459.64m。盾构区间隧道主要采用单洞单线圆形的断面，主要选用盾构的施工方法，线间距最小的距离在15m。该工程隧道穿越的地层主要是由淤泥质粘土向粉质粘土、粉砂夹粉土。地质变化大，水污染物含量很高，水文地质条件复杂，第一次出现的水体为光气水和微咸水，研究期间混合水位埋深为1.6-2.65m。

基于以上地质条件，用一台利用土的压力困难的机器，我们认为很难解决土的困难和困难，选择土的困难来建造机器。

3 盾构机

根据盾构机性能以及价格进行适当的比较，同时，根据全运路隧道穿越具体的地质情况，施工中采用井冈山10号土压平衡盾构机[5-6]。盾构机配有泡沫喷射系统、膨润土喷射系统和压缩空气系统。它有三种开挖方式：地压平衡、露天和半露天。可根据不同层次选择不同的开挖方法；切割机机头的设计应具有互换性和截面性，以适应更宽的分层范围，满足不同分层的隧道速度要求；盾构机操作系统应包括PLC系统，PLC系统有三种控制模式：自动、半自动和手动；可对开挖条件进行数据处理、远程处理和管理；配置了自动定压注浆系统，对盾尾环形空隙进行同步注浆，控制地层沉降；可安装盾构机实时测控系统和盾构总成位置自动测控系统；主盾构机分为四个部分：切口、切口环、支撑环和尾部盾构。切口用螺钉固定在锅炉和切口环之间的中心轴承上。耳环和固定环与螺钉连接，支撑环和尾罩与铰链连接，便于盾构机小曲线的驱动和旋转；柴油机气缸设计为可通过成组伸缩器进行自我控制，过载刀配置为更好地转向和纠正偏差[7-8]。

4 主要施工技术

4.1 施工总体方案

沈本大街站、全运路站至沈本大街站区间、沈本大街站至高深东路站区间，全长3366m。截至目前，沈本大街站实现全线首个车站主体结构封顶，全运路站至沈本大街站区间开启全线首个盾构施工。

4.2 盾构始发与到达

盾构机在沈本大街进行始发，钻孔时取起始基底和反力架断面[9-10]，在深本街站出口取出发前100m作为开挖断面样本。通过开挖试验段的建立，控制盾构的作业方法和各层盾构掘进不同参数的调控方法；控制管片拼装过程、防水过程和脱空抑制过程；检查地表重量和沉降、土体位移和管片应力，及时详细分析地层位移权和不同土层不同发动机参数下的结构应力，以及结构对地面环境的影响，及时反馈和调整设计参数，确保安全高效施工。

4.3 盾构掘进

4.3.1掘进模式选择与控制

根据安全、经济的原则，结合地层条件，中风化、微风化岩体结构采用敞开式排气方式，破岩主要采用盘式启闭机；采用齿刀在不稳定土壤中开挖；在软、硬混合层开挖时，采用半压或土压平衡法，用钻头和齿刀进行破岩。

4.3.2碴土改良

在EPB中，压载地有这样的特点：①具有良好的塑流性；②具有良好的粘稠度；③具有极低的摩擦性；④具有极低的渗水性。压载土原则上不完全满足上述条件。在施工过程中，泥饼会降低秤的转动动量，造成秤的严重消耗，因此，根据产生泡沫或膨润土的条件，应将泡沫或膨润土相应地注入土容器中，并通过转动土容器中的杆和切割头使其充分混合，从而改善渣土的特性，很大程度上提升了开挖的效率。

4.3.3盾构机姿态与线形控制

自动导向系统用于监控盲机的行为和航段的位置，计算盲机的正确位置。因此，通过控制动力机器在推进油链不同区域的行为，它被添加到了油链上，而且有很多变化要改变。为了避免更换洗衣机，要修理或更换机头的桥头。由于大小和后果的正确路径系统，通过设置最佳线段类型来选择实际的线型，这样还可以确定真值、定义直线和校正建筑误差[11-12]。

4.3.4砾砂及圆砾地层掘进时土压控制

沈阳典型砾砂、圆砾地层，具有一定的自稳性，掘进施工过程中即使形成空隙短期时间内在自然拱的条件下不会沉降、塌陷。此种地层盾构掘进的主要特点是欠压掘进。大部分砾砂、圆砾地层掘进，一般地表沉降不容易控制，采取满仓保压掘进模式。而沈阳的砾砂、圆砾地层，尤其是埋深较大（隧道顶埋深18m以上）的地层，如果采取满仓保压模式掘进，则掘进速度非常慢，极易凝结“泥饼”，且对刀盘磨损很大。

欠压不代表不保压，正常的做法是：计算的上部水土压力1.5bar，掘进时上部土压保持在0.5-0.8bar，掘进完成前最后几厘米将上部土压保到1.6-1.7bar，以保证停机时的地层稳定。

4.4 同步注浆

过盾构尾部的管道同步冲击来填充空隙。材料与水泥、砂、粘土、粉煤灰和添加剂混合。车辆压力控制在0.3-0.4MPa之间，车辆容积为环缝容积的1.3-1.8，为提高填筑密实度，更好地控制分层位置，必要时可利用分段预留钻孔连续灌注液体水泥。

5 重点地段施工技术

5.1 站场地段施工技术

市民广场站为岛式站台，有效的站台宽度为12m，车站主体结构总长219.8m，结构形式为地下两层双柱三跨结构岛式结构，局部采用三层三跨的箱型框架结构。车站标准段结构宽度22.5m，底板埋深约18m，最深处埋深25.15m。是全线唯一一座换乘车站。从第一段底板钢筋安装到最后一板混凝土浇筑，共完成了7000吨钢筋安装，18000㎡防水铺设，28000m³混凝土浇筑。

5.2 下穿房屋桩基段施工技术

由于桩基础大多嵌于中风化岩体结构中，施工中的关键是取消柱填筑的及时性和质量。同时，在出口处推力必须达到一定值，使支柱的持力层不发生质的变化，以控制房屋和地面的变形；该段施工后，测量结果表明，桩体最大沉降量为4.6mm，房屋内未发现新的裂缝，原有裂缝也没有明显延伸[13-14]。全全运路站至沈本大街站区间、沈本大街站至高深东路站区间，全长3366.368m。目前，沈本大街站实现全线首个车站主体结构封顶，全运路站至沈本大街站区间开启全线首个盾构施工。沈阳地铁二号线南延线全长14.2km，是沿2号线城市“黄金走廊”南北向的主干线，建成后将与沈阳北站、桃仙国际机场紧密相连，为人工开挖的航站楼，确保盾构施工期间建筑物的安全和居民的正常生活。

5.3 断裂带施工技术

全运三路—沈本大街段地质构造主要为走马岗错动。走马岗误差的趋势是近东西向，倾向方向则为EN，下潜角很慢。在左线zdk17+120-+150、右线ydk17+155-+180附近穿越洞身下方，呈明显的风化深槽。隧道穿越地层为全覆砂残积土。地质报告显示地下水不丰富，故前期假定采用局部风压方式施工，但靠近走马岗断层时地下水位明显下降，导致土壤预期值12面减少，最终蓄水量达到35.4mm。因此，迫切需要将开挖模式转换为土压平衡模式，使地表沉降明显减小，得到有效控制。

6 结语

土压平衡盾构机有较高的自动化水平极大地提高了施工效率而且在施工中能够对掘进土量能形成自动控制管理，也能较高的保证土压平衡盾构机施工的工程质量，但应该根据实际情况采用合理的施工工艺，确保施工质量。土压平衡盾构机是适用于各类隧道工程的一种掘进机，已在我国各大城市地铁区间隧道工程普遍选用，通过在各种不同地层中施工实践，工艺技术日趋成熟，盾构机是一种集机、电、液、传感和计算机技术于一体的先进工程机械。目前，我国已起步研制各类土压盾构机，并在工程中得到应用。在今后的隧道工程中，将越来越多地采用自行设计制造的土压平衡盾构掘进机。