近年来, 随着经济发展与地下空间利用的需要, 盾构施工技术得到不断改进和完善。面对复杂多样的地质环境, 单一的土压平衡盾构施工技术弊端日益显现, 特别是在大量含水砂砾层、地下水丰富的砂质粉土等地层中, 由于对地面变形控制要求较高, 多采用大直径泥水盾构施工, 如日本神田川调节池隧道^[1]、广深港客运专线狮子洋隧道^[2]、上海复兴东路越江隧道^[3]。盾构始发作为盾构施工的首要工序, 其施工质量是保证盾构机准确进洞、保持掘进方向的关键。

　　 陈健等^[4]通过分析3项超大直径盾构隧道工程案例, 总结了超浅覆土始发、膨胀土地层适应性改造、常压下换刀、开挖面稳定性控制等技术, 极大地降低了大直径泥水盾构施工风险。韦良文等^[5]通过对试验和现场测试结果分析, 发现PMS泥水体系成膜快、质量高, 更有利于开挖面的平衡与稳定。蒋华春等^[6]采用FLAC3D数值模拟软件, 对盾构始发掘进阶段土体的变形规律进行了研究, 减小了盾构始发过程中对周围土体和管线的扰动。杨旺兴^[7]针对大断面隧道小半径始发问题, 提出了割线始发和轴线精细化控制技术, 极大地减小了盾构掘进姿态偏差。盘昭盛^[8]以广东猎德站隧道施工为背景, 介绍了分两次盾构洞门环板的安装方案, 底部1/4的环板在底板钢筋绑扎完成时安装, 其余3/4在端墙洞门柱子钢筋绑扎时安装。

　　 然而, 由于施工环境的限制, 当盾构以一定坡度始发时, 传统的洞门环安装工艺存在不足, 本文以苏通GIL管廊工程为基础, 通过系列优化设计和施工, 降低了盾构始发时的安全隐患, 保证了大坡度始发开挖面的稳定和周围土体的安全, 为今后相似工程提供参考。

　　 苏通GIL管廊工程是淮南—南京—上海1 000kV交流特高压输变电工程的单项越江工程, 也是世界第1条特高压输变电工程。越江线位于G15沈海高速苏通长江大桥上游附近徐六泾节点缩窄段, 工程盾构段长度为5 648.545m, 开挖直径12.07m, 线路自南端始发井以5.0%的大坡度下行, 后接2.3%, 5.0%, 0.5%的坡度下行至隧道最低点。工程场址位于长江三角洲近前缘地带, 根据相关地质资料, 始发站所处地层自上而下主要为:①淤泥质粉质黏土 厚1.70～5.60m;②粉砂 厚1.90～5.90m;③淤泥质粉质黏土 厚2.50～5.00m;④粉质黏土与粉土互层 厚0.5～3.40m;⑤淤泥质粉质黏土 厚3.80～6.30m。工程面临长距离、高水压、始发坡度大等风险。

　　 盾构始发是指支撑在始发基座上的盾构机利用反力架和负环管片, 按预定路线掘入地层的一系列作业过程, 其施工流程主要包括:始发准备→洞门密封→始发基座与反力架施工→负环拼装→始发建舱→洞门二次密封→始发掘进。

　　 在盾构始发前, 需要完成始发井和降水井结构施工、区间端头搅拌桩加固、旋喷桩补缝等准备工作, 同时确认盾构机调试完成。采用NSHS1型盾构制浆剂配置初始泥浆, 该制浆剂含有大、中分子量的聚合物材料, 与掌子面有益颗粒 (切削下的活性土或膨润土) 相互吸附, 能在较短的时间内形成薄而致密的泥膜, 保证开挖面的稳定性。

　　 洞门环主要由封板、加劲板、圆环板、翻板、2道帘布橡胶板构成, 如图1所示。由于洞门环整体结构尺寸较大, 为防止洞门环发生椭变, 同时减小安装误差, 将构成洞门环整体框架的封板均分成6块;帘布橡胶板通过螺栓固定于圆环板和密封环钢板之间;翻板通过销轴与圆环板连接, 增加帘布橡胶板的刚性;封板内侧设置加劲板;预埋钢环竖直埋设于主体结构内, 钢环内侧岩体沿圆周均匀布设24根ϕ32注浆管, 壁厚4mm, 用于橡胶帘布堵漏。

　　 由于本工程自始发井便存在大坡度, 若采用传统洞门环安装方式, 封板外边缘与侧墙平行, 盾构始发时, 将存在以下危害:①盾构机进洞时, 刀盘不能同时触碰帘布, 容易把洞门帘布撕裂;②当盾构机刀盘上部已经触碰开挖土体, 下部还没有完全被洞门帘布包裹, 导致始发建舱失败;③盾构机沿轴线向前掘进时, 下部翻板极易被折断。

　　 为确保盾构始发时在最短的时间内建舱, 避免因开挖面土体暴露、冻结面解冻而发生涌水现象, 改变洞门环安装角度, 使封板外端面和盾构始发轴线垂直, 同时在2道帘布内层安装1层1mm厚的弹簧钢板用于支顶帘布位于直立状态, 保证刀盘进洞时同时触碰洞门帘布, 最大速度进行始发建舱, 确保盾构胜利始发。改进后刀盘与洞门环接触过程如图2所示。

　　 洞门作业前, 应使用全站仪和水平仪进行中线和标高的测量, 确定隧道中心线、洞门法线方向线和各部位相应的标高, 根据现场测量进行洞门环各部件放样, 双面焊接固定后, 需要对环板位置再次测量复核, 当发现位置有偏差必须及时进行调整, 确保位置准确无误。

　　 始发基座为弧形结构, 分为盾尾基座和盾体基座两部分, 采用现浇钢筋混凝土结构。基座纵向平行盾构中心线, 与盾构机壳体之间留有10cm空隙, 用于对称布置4条滑行轨道。由于盾构机质量较大, 始发基座需要具有足够的强度和刚度, 基座纵向预埋250×255H型钢, 上部与100×100方钢焊接, 纵向每隔150mm设置1道加劲肋, 焊缝高度≥8mm。此外, 始发井施工时, 底板预埋插筋, 将始发基座和底板连接成1个整体, 增强基座的抗剪强度, 防止因刀盘切削土体而发生倾覆。

　　 反力架外轮廓为方形, 内轮廓为圆环形, 内径10.50m, 纵向宽度2.0m。在-8环管片安装完毕后, 使用ϕ450mm钢管与反力架连接, 为盾构始发前进提供牢固的受力支撑。为了控制盾构始发轴线的准确性, 反力架上下和左右安装位置偏差应控制在±10mm以内, 高程偏差应控制在±5mm以内。

　　 在洞门混凝土破除完毕后, 始发基座前端距洞门连续墙内侧最大距离为3.6m, 为了防止因盾构机头悬空而发生“低头”现象, 在始发基座和洞门之间、密封环外侧浇筑钢筋混凝土基座, 并在基座上安装导轨, 增加盾构机的稳定性。

　　 与钢负环相比, 混凝土负环一次投入小, 可以在盾构机组装完成后拼装, 对工期影响较小, 因此采用混凝土负环空拼, 外径为11.6m, 内径为10.5m, 共8环, 排序为-8～-1。负环采用RA型混凝土管片, 为保证拼装的稳定性及负环拆除的便捷性, 偶数环封顶块设计为3点位置, 第1块拼装底部B5块;奇数环封顶块为21点位置, 第1块拼装底部B1块。为减小安装误差及管片变形, 在整管片拼接完成和脱出盾尾后, 均需使用工字钢与预埋钢板焊接。

　　 盾构机处于始发位置时, 千斤顶撑靴距-8环前端面1 183mm, 因此需要将-8, -7环整体空拼, 并完全依靠外部的垫块和焊接固定。-8环在进行空拼前先焊接导轨和限位板, 导轨与始发基座导轨位置相同;限位板在距推力千斤顶末端2 800～3 000mm位置处进行限位, 防止管片受千斤顶推力影响发生后移;顶部采用I20与限位加肋工字钢和管片预埋钢板焊接, 防止管片拼装时对已拼装管片造成偏移。刀盘前方方钢也加焊撑靴, 防止盾构机前移或无法压紧管片。

　　 -8环成环之后, 拧紧所有螺栓, 为防止其椭变, 相邻2块管片需焊接3道加肋钢板固定, 之后割除所有外部固定钢支撑, 用千斤顶将-8环整环后移2 100mm, 在其前端面焊接L形钢板起到固定作用。以-8环作基准环逐块拼装-7环, 并通过螺栓、钢板与-8环连接固定。拼装过程中焊接、固定分开进行, 在真空吸盘没有离开管片之前, 只能通过焊接L形钢板将管片约束在盾尾上。-8, -7环空拼完成后整体后移, 微调各组千斤顶行程精确调整-7环的前端面平整度和环向缝隙, 以减小对后续管片拼装位置的影响。

　　 作为隧道真正意义上的基准环, -6环的拼装质量对后续管片的拼装速度和精度至关重要。-7环拼装完毕后, 盾构机始推进2 500mm, 然后拼装-6环。拼装时可根据环向缝隙, 将与-7环连接的部分螺栓松开。成环之后, 保证环向缝隙均匀、前端面足够平整, 再凿开预埋钢板焊接固定。其他负环拼接与之类似, 不再赘述。

　　 当管片脱出盾尾后, 需及时对其进行支撑, 保证管片环的刚度。支撑分为3部分:在管片与盾构机导轨方钢之间插入钢楔子、在管片侧下方焊接工字钢支撑、在盾体两侧水平方向焊接钢支撑, 如图3所示。

　　 1) 将泥浆场准备好的浆液注入开挖面, 保持开挖仓泥浆液面在中线以上3m。

　　 2) 对气压仓进行缓慢加压, 每次加压≤0.01MPa, 打开洞门密封环上的注浆孔排气, 当最上方的注浆孔开始喷出泥浆时, 关闭注浆孔的阀门。检查气泡仓内液位, 维持液位在中心线-0.5～0.5m。

　　 3) 提升气泡仓内气压至0.1MPa, 保压15min。若有无泄漏等异常, 采取堵漏措施;随后缓慢降压至0。

　　 建舱时需向橡胶帘布间、帘布和第2道密封刷之间预埋管注入堵漏材料, 在第1道密封刷和第2道密封刷之间注入密封油脂。

　　 洞门密封分为一次密封、二次密封2个阶段, 盾构机进洞建舱时密封环密封措施为一次密封阶段, 主要依靠两道橡胶帘布对盾构机进行包裹, 保证建舱时泥水不外漏, 顺利建舱, 从而达到正常掘进的目的。待盾构机盾尾后部止浆板完全进入密封环内后, 用20mm厚密封钢板将圆环板边缘与-1环管片外侧的预埋钢板焊接, 形成二次密封, 确保盾构泥水压力平衡。为了方便二次密封钢板施工, 采用每3°一个分块, 二次密封钢板一侧焊接钢筋, 确保能够两人一组施工。

　　 本文通过分析苏通GIL管廊工程越江隧道施工, 详细介绍了改变洞门环安装角度、延长加固始发基座、混凝土负环空拼、管片外部支撑加固、三步始发建舱、洞门二次密封等大坡度胜利始发关键技术, 保证了盾构机准确进洞, 实现了盾构掘进轴线的精细化控制, 使盾构始发更加安全高效, 为相关工程提供了借鉴。