摘要：本文以北方盾构工程冬季施工为论述重点，分析出盾构冬季施工的重难点，并讨论本工程冬季盾构分体始发的特点，从安全、进度、质量几个方面对冬施措施展开论述，总结了本工程施工中出现的问题，为后续盾构项目冬季施工提供借鉴。
前言
盾构冬季施工属特殊季节施工，存在一定的风险，尤其在盾构分体始发方式下，施工风险及难度亦成倍增加。一般在北方，寒冷地区，尽量避免盾构冬季施工，除增加成本外，施工进度亦很难保证，因此盾构冬季施工的可行经验较少。
1.工程概述
1.1环境气候、温度
本工程区属北温带季风型大陆气候区，区内年平均气温9.3℃，极端最低气温为-32.3℃（1月份），最高达35℃（7月份），多年平均最高气温14.7℃[1]。日平均温度低于＋5℃的天数为132 天，最大冻土层深度93cm。冬季气候寒冷少雪，冰期多为11月至第二年3月中旬。
每年的12月份至次年的3月中旬，3个半月时间的温度基本在0℃以下，最低达到-26℃，平均温度在-8℃左右[2]。
1.2施工情况
本工程由2条平行的盾构隧洞组成，单洞长度1200余米,盾构机外径6.95m，管片外径6.7m，管片厚0.35m，管片环宽1.5m，采用2台盾构机先后始发的施工方式。
本工程盾构始发场地位于一个全敞开式放坡开挖的大基坑内，这种全敞开式，不同于地铁盾构隧道从已施工完的车站始发，地铁车站环境温度较高，本区域始发阶段盾构机台车周边一般白天温度在5℃ ~-7℃之间，夜间温度在-3℃ ~-14℃，风速在3~6级。由于施工场地长度有限，遂采用盾构分体始发技术，盾构始发时间又刚好处于冬季，为盾构冬季施工增加了不小的难度。
图1 盾构分体始发场地图
2.冬季施工风险分析
2.1盾构冬季施工概况
通过对盾构冬季施工的分析，总结出如下施工重点、难点，如下：
同步注浆浆液拌制：1）在冬季时处于气温低、
1. 风大的环境；2）拌制砂浆的原材料砂、袋装水泥、膨润土、拌制用水在低温环境中容易冻结；3）拌制好的砂浆储存在露天环境下也容易冻结。
2. 施工用水及排水：1）施工用水在冬季露天环境下，管道容易冻裂；2）盾构施工用水是从洞外接至作业面，靠近洞门一段的水管若冻裂，直接影响到盾构掘进；3）盾构场地内的施工污水管道全部处于冬季露天环境，因此管道也容易冻裂，影响整个排水功能。
3. 盾构掘进：本工程隧洞洞门直径大，成型内径6.0m，在冬季时，洞外冷空气会沿洞门进入洞内，因此洞门进洞后一段距离会受冷空气影响。
4. 机械设备及材料：1）在冬季气温低下环境中，机械设备容易出故障，使用率大大降低；2）并且本工程区冬季属于大风频发期，当风速超过6级以上时，龙门吊必须停止作业，盾构无法掘进。3）在冬季气温低下环境中，盾构用材料泡沫油脂及液压油等容易受冻，降低了材料的利用率。
5. 渣池：渣池处于露天环境中，在冬季气温低的情况下，渣池若长时间不出渣，容易造成渣池水冻结后开挖困难。
6. 交通运输：1）雪天道路结冰，增加车辆运输风险；2）渣土运输时泥水外溢，易造成道路结冰。
7. 施工人员的行为：1）在冬季低温环境下，尤其是洞外施工人员，防寒保暖措施若不到位，容易造成施工人员生病，直接影响盾构施工；3）在冬季低温环境下工作，施工人员的思想意识会比正常环境下更迟顿，表现在精神不集中，动作反应慢，容易造成在施工时发生安全事故。
2.2冬季分体始发的特殊难点
由于本工程采用盾构机分体始发技术，1#与2#拖车、6#与7#拖车间的管路及线缆需延长，液压油管、泡沫溶液管、水管、气管等管路总计增加3000余米，增加了管路抗冻要求，具体如图2所示。
3.冬季施工安全措施
3.1渣土、管片运输
盾构工作基坑出渣道路最大坡度大12.4%，为整个运输线路中最大坡度，为保证冬季渣土运输的安全可控，通过对坡道进行：（1）拉毛；（2）设置坡道限速；（3）减速带；（4）雪天采用炉渣垫路；（5）渣土车设置密封条，确保渣土不外流等措施，确保交通运输通畅。
3.2管路
分体始发，因此盾构机的后配套连接管路较长，暴露在空气中的时间也长，但还是多次出现如泡沫管、注浆管受冻堵管和爆管现象，每次清理的时间也相当长。
由于盾构采用的是分体始发，因此盾构后配套的连接管路较长，很多是暴露在低温环境中，现要求对暴露在外的管路进行二次包裹保温材料；在停机情况下也要启动泡沫系统、循环水系统，让其一直循环，并视情况调整流量，避免停机堵管；加强对管线路的检查，发现问题及时解决，做到防犯于未然。
图2 加装保温棉及电伴热带增压水泵及管路
3.3钢管路
供水、循环水等钢制管路，会因为温度变化产生伸缩，尤其管路在夏季高温情况下安装，待冬季降温后，前后温差可达20～30℃，根据温度变化而引起管道长度成比例的变化。
3.4油脂
提前放入保温集装箱进行升温，如图4待温度提升后进行使用。在盾构机上使用时，使用专用的带有温度输出调节的加热带对盾尾油脂桶进行自动加热，如图5。
3.6其他安全方面
（1）安全管理规定，每当风速超过6级时，整个厂区会发布禁止所有起重吊装、高边坡、临边作业等高风险作业，而工程地所处季风发育地带，尤其是冬期超6级大风天气频发，
（2）龙门吊的钢丝绳需采用能满足冬季施工的防冻钢丝绳，冬季施工时龙门吊钢丝绳采用带棉芯的钢丝绳
（3）电瓶充电
充电池采用可折叠伸缩的移动式钢架棚，棚架顶部呈拱形，方便排除积雪、雨水，四周挂轻质棉被保温，在充电时整体封闭。当电瓶吊放入池时则收缩钢架，方便电瓶的吊放。同时，充电池安装温控热水棒进行水加热，防止充电池中的水冻结。
（4）内循环
刀盘冷却内循环系统可视极端情况(一般正常运行时无需采用防冻剂措施)添加乙二醇类防冻载冷剂，但需添加缓蚀剂，或咨询专业厂家采用防腐蚀载冷剂
（5）地表排水
因工作基坑处地下水位线以下10m多，基坑岩层裂缝处反水，致使路面极易结冰，通过对硬化路面进行切槽排水，并在槽内设置内穿电伴热带的PPR管，使排水槽内不至于结冰堵塞。
图5 充电房折叠棚
4.冬季同步注浆施工质量措施
由于处于冬期，同步注浆细砂颗粒较粗，易造成同步注浆管路堵塞，这些是影响盾构正常掘进的主要原因。通过对砂浆拌和站采取以下措施，可大大提高施工效率：
（1）袋装水泥、膨润土等材料存放在拌和站保温棚内，河砂提前运至保温棚内进行升温，如有需要进行加热。
（2） 在保温棚内修建水池储放拌制用水，在储水池内安装加热棒进行加热，并设计温度控制回路，当水箱内水温降至40℃以下，加热棒开始加热，加热至70℃时即停止加热，以保证砂浆拌制用水的正常[5]。
（3）砂浆拌制时，严格遵循先加骨料和水进行搅拌，最后加水泥的顺序进行拌制。同时保证拌合站内成品砂浆出仓温度不低于15℃、隧洞内砂浆实测温度不低于10℃。
（4）尽量减少拌和站与砂浆车之间的距离，砂浆拌合站至隧洞洞门之间的管路重新进行铺设，减少管路弯折、低凹，让其浆液呈自由落体流至电瓶车的浆液罐中。
（5）每次清洗管路采用热水拌注膨润土的方式冲洗，避免砂粒在管路中堆积；定期统一对放浆管路进行疏通。同步注浆管路在每环推进完成后及时打开进行冲洗，并用高压风吹净凉干。
图6 全封闭砂浆拌合站
5.施工期间出现的问题
（1）由于放浆管路过长（长约80米）,每次放浆后浆液会在弯管处积存，放浆次数越多，浆液积存越多，在低温环境下容易冻结，导致频繁疏通放浆管，影响到盾构的正常掘进。
（2）由于盾构始发时盾构机处于露天环境中，同步注浆机的注浆泵容易积水受冻。
（3）分体始发期间盾构机泡沫剂箱内表层容易冰冻，泡沫管受冻胀裂。
（4）分体始发期间后配套设备受低温天气影响，故障率较高。
（5）上水管在夏天高温环境下进行安装，并采用法兰连接，但未设置伸缩调节节，在冬季低温时发生低温收缩，致使阀门处发生拉断。
总结
对于一个项目来说，盾构冬季施工必须要综合评价，目的要明确，只有在此基础上才能判断盾构冬施的必要性。冬季施工属于特殊季节施工，且每个地区的冬季环境条件也不一样，因此要满足特殊季节施工，必须周密布署和制定详细的可实施的方案，实施冬施必然会增大人力和财力的投入，若采取的措施不当则会造成支出远远大于收入，反而得不偿失。