地鐵工程中盾構施工技術的優點及應用建議探析

劉同

【摘要】盾構施工是融合機電、計算機、電子、材料科學等技術的施工方法，目前在地鐵工程中得以廣泛應用。為提高地鐵工程中盾構施工技術的應用效果，本文將在分析地鐵工程中盾構施工技術優點的基礎上，以某地鐵工程為例，深入探討該工程盾構施工技術的應用建議。

【關鍵詞】地鐵工程；盾構施工；技術應用

1.地鐵工程中盾構施工技術的優點分析

盾構施工適用于地鐵工程的地下施工部分，相比于其他地下施工方法，這種技術能夠有效避免含水砂層、高水壓地層等不良地質的施工干擾，具體表現出以下幾方面的施工優點：

（1）環境影響小。盾構施工的開挖量小，因此不會造成周邊土層的沉降，地鐵工程應用這種施工技術，不僅不需要大范圍封鎖道路交通，而且不會影響周邊居民的正常生活和工作，所需要付出的環境代價微乎其微。

（2）限制條件少。盾構施工在任何地形環境中的排斥因素都很少，而且地表所占用的施工面積不大，甚至在大深度、大地下水壓的施工環境中均可使用，極容易控制施工的成本。

（3）結構質量水平優良。盾構施工以較高的機械化水平，可在施工時控制沉降量，且施工組織、施工管理等均比較簡單，譬如在有地下水區域施工，盾構施工不需要進行降水處理，即可保證地鐵隧道的抗震性能，而且施工速度快，有利于提高地鐵隧道結構的質量水平。

2.案例地鐵工程應用盾構施工技術的若干建議

在明確地鐵工程盾構施工技術的基礎上，在此將以某地鐵工程為例，通過對該工程應用盾構施工技術背景概況的了解，進而結合工程實際的施工情況，提出盾構施工技術應用的具體方法。

2.1工程基本概況

本工程地層性質為粘土、砂卵石，具有松散的地質特征，但其中泥水壓力不夠穩定，不利于工作面穩定性的控制，要求通過泥漿壓力、流量和出土量的控制在完全密封的情況下，適量加入添加劑，以防止泥漿噴發，提高施工的止水性能。工程勘察資料顯示，地層泥漿具有潤滑作用，為盾構施工提供方向控制的便利性，且不需要較大的推力，但由于排泥管直徑受到限制，可能需要進行大漂石的二次處理。開挖效率要求方面，尤其泥漿循環分離時，泥漿的流動性和止水性不佳，不利于掘進效率的保證，從側面要求配備龐大的泥漿分離設備和騰出足夠的場地放置。

2.2盾構施工技術的應用

出于經濟與技術方面的考慮，本工程決定采用加泥式土壓平衡盾構機，涉及的技術內容包括盾構進出洞、掘進及運輸、曲線段盾構姿態控制三個方面：

（1）盾構進出洞技術。進出洞是盾構施工質量保證的關鍵，要求在盾構施工之前，詳細調查地質和環境的情況，以便在施工時針對性采取加固、降水、監測等技術手段。本工程的盾構進出洞，首先要求加固洞口的土壤，目的是提高洞口土體的穩固性，具體的做法是在洞口中線縱向距離3m范圍內，分別在兩邊4.0m位置，借助鉆機鉆孔，然后以梅花狀植入規格φ42的花管和注入水灰比1：的水泥砂漿，注漿時，將注漿壓力和注漿終壓壓力分別控制在0.05-0.1MPa、0.15-0.3MPa范圍內，在每個孔注漿完畢后，再將注漿管拔出。該道工序的施工，除了需要控制注漿壓力，注漿量的控制亦是施工重點，如果注漿量太大，可能會導致洞口土體強度太大，從而加大盾構切削土體的難度水平，筆者認為本工程的注漿量，應根據土體性質區別對待，譬如每立方米的卵石注漿量控制在0.4m?之內，而每立方米的粘土土層，以控制在0.5m?之內為佳。其次是將橡膠簾布安裝在出洞口，目的是在盾構機出洞時，減少盾構機外殼周圍泥水的涌出量，本工程在盾構掘進期間，在洞口的預埋鋼環之上，將橡膠簾布固定在壓板之上，并將壓板安裝成扇形，在盾構機刀盤入洞后，調整壓板與盾構機外殼之間的距離，直至盾尾鋼絲刷進入洞口后，再進行壓板的調整。最后是鑿除洞口的鉆孔灌注樁，以最快的施工速度，從上到下鑿除洞口的鉆孔灌注樁，目的是控制正面水土的流失，鑿除時需要徹底清除混凝土塊和鋼筋，同時保護好洞口的密封裝置。

（2）掘進及運輸技術。在穿越級配砂卵層的時候，發現刀盤切削和攪拌時，刀盤與砂卵層存在明顯的摩擦碰撞現象，從而出現地面震動、噪音、推進壓力大、螺旋輸送機堵塞等問題。震動與噪音問題，筆者認為可在刀盤旋轉時，按照一定的20：7比例關系，將泥、泡沫適量加入，減少刀盤與砂卵層的摩擦程度，或者在制備泥漿時，將改性材料加入，適時刀盤與砂卵石之間的摩擦也可以得到有效緩解；推進壓力太大的問題，考慮到全斷面地質是砂卵石，地質條件比較長，可通過盾構機外殼上的加泥小孔，適量加入改性泥漿，以此保證盾構推進的連續性；螺旋輸送機堵塞問題，在每環掘進之前添加泥漿，在刀盤旋轉約60min之后，再進行掘進，同時根據出土的情況，合理調整加泥量。在正式掘進的過程中，掘進的連續性、土壓平整、出土順暢等，直接關系到地面沉降問題，適時需要控制好推進的參數，本工程要求以20mm/min的推進速度和5-9Mpa的刀盤油壓，將土壓力控制在0.05-0.07MPa范圍內，同時每次加入1300L的泥量和350L的泡沫液量。另外土倉壓力的穩定也是掘進工序的重點，為保持出土量的穩定，建議按照0.06MPa的標準控制掘進土倉壓力，檢查發泡的效果、泥漿質量和螺旋輸送機使用的合理性，禁止隨意改變出土量。筆者認為在盾構掘進的初始階段，需要優化設計掘進的參數，本工程每24h內的交接班60min、作業準備120min、休息60min、盾構推進40min、運輸10min、管片拼接25min、測量5min、同步注漿40min，以此可推斷出每24h的推進量為15環，以此作為施工標準，就可以保證掘進施工工程量的正常。

（3）曲線段盾構姿態控制技術。盾構施工的偏移問題，是導致地層損失和地面沉降的罪魁禍首，尤其是本工程砂卵石的地層性質，需要控制曲線段盾構姿態，期間需要考慮盾構機刀盤正面、刀盤圓周面、盾殼圓周面受到的土壓力和水壓力，以及盾尾施加于盾構里面的壓力等，綜合各種力矩的綜合作用，分析掘進時不同形式的運動，然后明確盾構機的水平偏移、垂直偏移等情況。施工現場的盾構機在掘進狀態下，其運動主要沿著設計軸線前進，在地層不確定因素干擾下，出現了明顯的繞軸線旋轉偏移，筆者認為應該通過對千斤頂編組的調整，協調盾構的推力和彎矩，形成完整的盾構姿態控制系統，具體的流程為：正常推進—測量—控制器—目標值，然后在允許偏差范圍內，檢查偏移量是否超標，如果未超標，則繼續推進，如果超標，則適當調整千斤頂。在曲線段盾構掘進姿態控制方面，必須充分了解盾構機的特性，然后監控盾構機掘進狀態，全方位掌握盾構機的水平位置、立面位置、旋轉位置等，把控好推進的每一個技術參數，保證水平糾偏、立面糾偏等的合理性。

3.結束語

文章通過研究，基本明確了案例地鐵工程盾構施工技術的應用方法，其中涵蓋了盾構進出洞技術、掘進及運輸技術、曲線段盾構姿態控制技術，但鑒于不同地鐵工程盾構施工條件和要求的差異性，以上方法在其他工程中應用時，還需要結合實際工程的施工情況，予以靈活的參考借鑒，并進行相關內容的補充和完善。

參考文獻

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