地铁盾构维修通道施工方法分析

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摘要:盾构法施工因其具有安全、快速、环保等优势在城市地铁施工中发展迅猛，但盾构施工过程中存在发生故障的风险。介绍了石家庄地铁区间盾构维修通道施工方法，由已完工右线区间向左线开挖导洞。维修人员在正洞内进行盾构维修。该方法结合工程实际并充分研究现场施工环境，达到了对故障盾构及时维修的目的。对盾构施工相关技术人员有所参考和借鉴。

关键词:石家庄地铁盾构，维修通道，施工方法

当今在我国城市建设中，地铁工程建设发展在一定程度上代表了城市现代化发展水平。因盾构施工在地铁区间施工中安全、快速、对地面环境无影响等优势特点在多数地铁区间施工中采用［1］。由于盾构掘进施工过程中存在技术复杂等风险因素，地质条件不确定性或盾构机自身机械方面及刀盘磨损等原因，因此盾构机发生故障的风险在施工中是客观存在的，故障盾构维修是必要的。结合石家庄市城市轨道交通3号线地铁工程东广场站—孙村站区间左线盾构出现故障后，根据工程施工环境，在不影响地面环境下提出在区间右线开挖横导洞至左线隧道内，然后施作正洞维修空间，从而进行盾构维修，达到盾构快速维修和盾构继续顺利掘进的目的。

1工程概况

本地铁东广场站—孙村站区间线路整体呈东西走向，沿线地表建构筑物为砖混结构类低矮房屋、高层商业及住宅楼。盾构机故障区间为东广场站—孙村站区间左线，东西走向，该区间盾构机均从孙村站始发，东广场站接收。

2故障盾构机所处位置及地质情况

2．1盾构机故障位置

盾构机掘进时刀盘扭矩突然增大，无法正常掘进，需要停机维修。该区间共741环，自东向西掘进至575环，剩余166环处盾构机因故障停机。该处上方地面为圣安驾校训练场，盾构机顶覆土厚度约13．5m。

2．2地质情况

洞身及洞顶为粉质黏土，洞底为粉质黏土局部夹薄层细砂。粉质黏土:黄褐色，可塑～坚硬，土质均匀，局部含少量姜石及钙质结核。细砂:褐黄色，中密～密实，稍湿，以石英、长石为主，含云母。该地质情况描述依据经现场勘察后提供的区间地质剖面见图1。

3方案选择

维修通道土建施工及盾构机维修为区间左线盾构机。区间右线已贯通，左线盾构机掘进至第575环时出现机械故障停机。因盾构机停机位置上方地面为圣安驾校训练场，在不影响驾校正常训练前提下经综合研究确定，采用在区间右线开挖横导洞至左线隧道内，然后施作正洞维修空间，进行盾构机维修的方案。维修通道由横向导洞及纵向主洞构成，导洞断面形式采用矩形，顶部设拱，由单层初支构成，无二次衬砌。正洞断面形式采用圆形，双层初支结构四周预留安全距离。正洞纵向长度为从盾构机刀盘前方沿盾构机推进方向3m。盾构维修完成后进行盾构机调试、通道回填、盾构机推进及洞门恢复。

4维修通道施工方法

4．1维修通道总体施工流程

架设维修通道管片临时支架→导洞洞门两侧采用深孔注浆对土体进行加固→扩大开挖断面→正洞施工采用水泥—水玻璃进行深孔注浆加固，采用小导洞法开挖→在初期支护全部封闭成环后进行背后注浆→正洞土方开挖施工时进行刀盘临时固定。待围岩及初支基本稳定后进入通道内进行盾构机维修→安装盾体支撑架，盾构机带刀盘空推1m，形成作业空间→进行盾构机维修及调试→施作盾构机导台，并进行正洞土方回填→盾构机在正洞内进行空推，空推至正洞与导洞交界处(马头门处)停止→破除导洞的临时仰拱→盾构机推进→导洞回填及洞门恢复。

4．2维修通道开洞门施工

4．2．1深孔注浆根据设计图纸说明和开挖掌子面素描，维修通道开挖断面主要为粉质黏土，局部夹薄层细砂，含少量姜石及钙质结核，土质均匀，土质条件较好。为了保证开挖过程中土体的稳定，保证周边道路安全，在管片割除之前，采用全断面深孔注浆方案。

4．2．2洞门破除深孔注浆达到设计强度后，对洞门管片进行拆除。洞门破除使用取芯钻机分块切割，切割前将管片的切割范围用红油漆明显标识出来，切割时严格按标识线进行管片切割，切割时从上到下进行，将切割下来的管片运出隧道，然后清理管片切割面。洞门形状为矩形，总体切割宽度为1．8m，高为2．5m，进洞后进行扩挖。切割分2步进行:切割上台阶范围管片，切割宽度为1．8m，高为1．5m，切割完成后，拉除管片，进洞后进行扩挖，开挖上台阶，喷射35mm厚混凝土，打设超前小导管，进行3榀格栅拱架联立，完成拱部及边墙的初期支护，管片边缘与第一榀格栅间隔处，及时布置150×150的HRB400直径22mm钢筋，完成喷锚支护。

4．3维修通道初支施工

4．3．1土方开挖总体方案导洞采用台阶法进行开挖，按截面高度分2个～4个台阶进行，进洞时按两个台阶进行开挖，随着截面高度变大，台阶数量变为3个～4个，其中，第2，3个台阶以临时仰拱为分界。导洞台阶分布如图2所示。正洞按小导洞法进行开挖，以十字中隔壁为界分4个小导洞进行，每个小导洞分别整体开挖，预留核心土。正洞小导洞按编号①→②→③→④的顺序分部进行开挖，具体开挖顺序如图3所示。暗挖施工严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字方针。严格控制每循环进尺，尽快封闭初期支护，减少地层松弛。施作混凝土小导管前，上半部掌子面应做喷锚封闭。遇掌子面不稳定时，应及时喷混凝土封闭;遇开挖面有水时，应进行掌子面注浆封闭。

4．3．2导洞初支施工流程为:导洞土体上方打设超前小导管注浆加固→导洞上部土方开挖→初喷混凝土→架设侧墙及拱顶格栅拱架→打设边墙土钉→挂网锚喷混凝土→土钉注浆→隧道导洞下部土方开挖→初喷混凝土→架设侧墙及底部钢格栅→打设边墙土钉→挂网锚喷混凝土(隧道土方开挖循环施作混凝土)→土钉注浆。

4．3．3正洞初支正洞断面形式采用圆形，双层初支结构，外层初支结构厚度为35cm，内层初支结构厚度为30cm，内层初支形成的净空半径为3440mm，盾构机半径为3140mm，四周预留300mm安全距离。正洞纵向长度为从盾构机刀盘前方沿盾构机推进方向3m。施工流程为:正洞开挖时以十字中隔壁为界分4个小导洞进行开挖，每个小导洞整体开挖，开挖过程中及时支护并封闭成环。每个小导洞开挖时，每步进尺0．5m，同格栅间距，水平中隔壁上部小导洞(编号①②小导洞)开挖时需预留核心土，核心土两侧预留格栅及中隔壁安装、喷锚施工的工作空间。每个小导洞施工时首先架设外层初支格栅钢架并挂网喷射35cm厚C25混凝土，施作混凝土竖向中隔壁并喷射30cm厚C25混凝土。随后挖除核心土，施作混凝土水平中隔壁并喷射30cm厚C25混凝土(编号③④小导洞施工时此步骤为施作混凝土外层底部初支格栅钢架并挂网喷射35cm厚C25混凝土)，使小导洞外层初支及时封闭成环。随后架设内层初支格栅钢架并挂网喷射30cm厚C25混凝土。上一小导洞施工完毕后进行下一小导洞施工。正洞中编号①②的小导洞进行外层格栅钢架架设时需打设锁脚锚杆，外层初支混凝土喷射完成后进行土钉注浆。安装外层初支格栅及中隔壁时预留连接筋，连接筋与外层初支格栅及中隔壁型钢焊接，作为内层初支施工时的连接措施。

4．3．4正洞十字中隔壁的安装和拆除1)正洞十字中隔壁安装。十字中隔壁采用Ⅰ18型钢+连接筋+C25早强网喷混凝土形式，厚度为300mm，型钢与边墙格栅做可靠焊接连接。正洞外层初支施工时，格栅安装完成后，Ⅰ18型钢与正洞外层初支格栅采用双层钢板+螺栓的形式进行连接，钢板厚度为10mm，两层钢板中间加设橡胶垫板，联接螺栓为M24，螺母为M24，每个螺栓螺母配两个平垫圈。型钢与钢板采用焊接连接，所有接触点均要满焊。具体如图4所示。连接完成后喷射正洞初支及中隔壁混凝土。Ⅰ18型钢间距为500mm，同正洞外层初支格栅间距，型钢外设置钢筋网，与型钢焊接固定。上下两段Ⅰ18型钢采用焊接进行连接，同时采用10mm厚钢板进行帮焊。Ⅰ18型钢与正洞内层初支格栅采用HRB400，直径22连接筋进行焊接连接。2)正洞十字中隔壁拆除。a．搭设钢管简易平台并防护;b．布置变形监测点，确保安全;c．凿除临时型钢间的喷混凝土及钢筋网;d．拆除中隔壁钢架。

5盾构机预推进、二次始发

盾构机维修调试完成后，盾构机在正洞范围内进行空推。空推过程中，盾体两侧及底部填充沙袋。盾构空推过程中初支与盾构管片之间空隙，可通过刀盘周边逆向充填或采用高压风从吊装孔填入细砂，充实空隙。加强同步注浆与二次注浆，确保回填密实。在检修通道区间正洞范围，在盾构推进前先对管片范围外侧采用黏土进行回填，并确保回填效果。导洞土方回填完成后，盾构机进行二次始发。

6结语

盾构维修通道施工方法应考虑实际工程地质和水文地质、地面施工环境等综合因素影响最终确定。通过对石家庄东广场站—孙村站区间盾构机维修通道施工方法进行阐述，在施工过程中监测数据与预测值相比较，判断前一步施工工艺和支护参数是否符合预期要求，以确定和调整下一步施工，确保施工安全和地表建筑物、地下管线的安全。通过采取以上施工方法及措施并实施后，有效控制了维修通道施工进度、安全和质量，保证了盾构机顺利维修和继续掘进，为保证其地铁工程建设进度和质量起到一定作用。该施工方法既解决了城市地铁盾构施工检修占地难、影响地面环境等问题，又确保了盾构维修人员安全，为今后地铁施工类似地层中盾构维修通道施工方法积累了宝贵经验［2］。为在本施工方法上进行改进和提高打下基础，拓展了研究盾构维修施工通道解决方案思路。希望对于类似工程地质和水文地质条件下的维修通道施工有所借鉴。

参考文献:

［1］杨保琦，赵晓坤．盾构检修井快速施工方法探讨［J］．铁道建筑技术，2011(sup):72-73．

［2］赵国，马安红．浅谈小竖井法检修盾构刀具［J］．市政技术，2013，5(9):74-76.

作者：解炳烈 孙斌 王跃 张鱼 单位：中土大地国际建筑设计有限公司