地鐵施工中盾構法施工技術探討

杭州市地鐵集團有限責任公司

摘要：隨著城市化進程的不斷加快，交通壓力與日俱增，在此背景下，城市軌道迎來了良好的發展機遇。在地鐵施工中，盾構法施工技術以其諸多優勢獲得了廣泛應用，并發揮出了相當重要的作用。本文基于地鐵施工中盾構法施工技術進行相關探討，希望能夠促進該項技術的不斷完善，使其在地鐵施工中發揮出更大的作用。

關鍵詞：地鐵施工；盾構法施工技術；應用

盾構法施工技術具有諸多優勢，不僅環境影響小，而且安全快速，同時還具有適用范圍廣的特點，因而在我國城市地鐵施工中得以廣泛應用。

1.地鐵施工盾構法概述

1.1盾構法工作原理

盾構法施工技術的工作原理是：借助盾構機殼體強有力的支護功能，圍巖不在暴露，大幅度提高了施工的安全系數；盾構機前端有刀盤開挖系統，在盾構推進時邊開挖邊前進；盾構機內部有管片拼裝系統，在掘進過程中完成管片拼裝，隧道襯砌完成；另外，還可以通過盾構機尾部系統進行注漿施工，有效地保證了圍巖穩定性。

1.2盾構法施工特點

盾構法施工技術屬于一種新興的、高效的現代施工方法，其施工特點主要表現在以下幾個方面：1）對地面建筑以及周邊環境影響小。施工過程中，噪聲和振動及其負面影響得到了有效控制，不會妨礙地面交通[1]。2）盾構法施工技術在管片制作時就表現出了良好的精度，即采用盾構法施工能夠保證隧道精度符合設計和使用要求，一般不會造成浪費。3）在盾構施工過程中，盾構機僅支持單向前進施工，不支持后退，一旦施工完成將不可逆轉。所以，在施工每一環上，都應做好充分準備，規避不當操作，才能保證施工的正常開展。4）盾構機屬于一種專用設備，每一條隧道有不同的地質狀況，不同城市的地鐵襯砌斷面也不盡相同，則需要對盾構機進行必要的調整和改造，才能更好地服務于地鐵建設。

2.地鐵盾構法施工技術的應用

以杭州地鐵1號線某區間施工為例。該盾構區間采用單圓隧道，隧道內徑5.5m外徑6.2m，襯砌管片環寬1.2m，厚35cm，每環6塊，采用錯縫拼裝。左右線間距6～12m。區間盾構采用加泥式土壓平衡盾構機（日本小松株式會社制造，型號為TM634PMX）掘進施工。地質狀況：盾構穿越地層有⑥1淤泥質粉質粘土、⑥2淤泥質粉質粘土夾粉砂層、③5粉砂層、③6粉砂土層，含水量都在40%～60%之間，屬極易發生觸變、不穩定的軟弱圍巖。

2.1盾構始發

2.1.1始發豎井及盾構組裝

為便于盾構機安裝，在車站端頭需設置盾構始發豎井，井寬一般超過盾構直徑1.6～2.0m[2]，確定盾構井長度時應考慮兩大因素，一是便于安裝，二是便于始發作業，一般大于盾構殼體長度2～3m。對于始發豎井而言，其井壁通常采用鋼筋砼結構，借助龍門式起重機以完成相應的起重作業，將盾構機分解件陸續搬入始發井就位、組裝、調試。尤其要保證的一是反力裝置的穩固性，二是盾構始發導口的密閉性。盾構機后配套設備根據站內條件一般都可全部組裝完成。

2.1.2盾構始發端加固區

為保證盾構始發安全，透水性較好的軟弱圍巖和地下水豐富的地層，都需要在始發點前端，設置加固區。主要目的就是要防止泥、水進入還沒有完全封閉能力的盾構機尾部。其作用如下：1）使開挖面具有足夠的穩定性，避免土體坍塌。2）阻斷透水通道，避免地下水滲入。一般采用高壓旋噴和三軸攪拌設備，向土體內加入一定比例的水泥。加固區長度一般大于盾構機殼體長度3～4m，寬度為盾體機直徑2倍以上。

2.1.3洞口止水

由于洞口外徑大于盾構管片外徑，兩者之間有一個環形空隙。為避免地下水通過該空隙涌出，在盾構靠上洞門體前，須在洞門處設置一條環形橡膠止水帶和一道環形鋼板以實現對空隙的有效封堵。盾構機殼體進入洞體，管片拼裝到洞口后，將橡膠止水帶用環形鋼板與預埋在洞口上的預埋件進行有效的焊接固定，從而實現洞口與管片空隙徹底密閉的目的。如有滲漏可采用注漿止水等措施進一步封堵。

2.1.4盾構始發

盾構始發與推進是依靠自身的液壓推進系統進行，將推進油缸頂在反力架上（或負環管片上），啟動刀盤，推進油缸便可開始挖掘推進。

2.2盾構掘進

2.2.1盾構姿態控制

盾構偏向是指，盾構機平面或高程偏離既定軸線，且大于允許范圍。盾構推進的過程中，受以地質條件為代表的諸多條件的影響，盾構有可能出現偏向問題。可采用導向儀、陀螺儀或高精度經緯儀等高精度儀器以實現對盾構方向的有效監控。盾構姿態控制主要依靠推進千斤頂、配重、注漿等方式實現。

2.2.2土倉壓力控制

為實現對地面沉陷以及隆起的有效控制，必須保證開挖面水土壓力處于平衡狀態。對于土壓艙內計劃土壓力而言，其設定值可通過如下公式進行計算[3]：

P=P1+P2+P3+0.02MPa

式中：P1指的是孔隙水壓力；P2指的是地下水位以上土層對應的側向土壓力；P3指的是地下水位以下土層對應的側向土壓力；0.02MPa為經驗參數。

利用土壓計對土壓艙內的土壓力值進行收集，并傳輸給計算機以實現對該值的實時監控。假若實測值、計算值有偏差時，應對出土量進行及時而有效的調整，與此同時，還需要參考地面隆陷信息、土層變化、地下水位變化等諸多信息以實現對計劃土壓力積極有效調整，從而避免涌砂或者坍塌的發生。假若盾構需要穿過砂質土層，為保證土壓艙中的泥土能夠正常流動，建議在盾構推進的過程中，注入一定的粘土或膨潤土。

2.2.3出土量的控制

工作面土體被切削之后，將會經由土壓艙借助螺旋出土運輸器將其排出，同時部分泥土將會被截留在出土器中，保持一定壓力，從而為開挖面的穩定性提供保障。對土壓艙內的土壓力進行監測，如果超過設計土壓力，則需要加大出土量；如果小于設計土壓力，則需要減少出土量，從而保障對工作面水土壓力的動態平衡。

2.2.4盾構的掘進

盾構設備整個進入隧道之后，按照設計方向進行掘進，該掘進操作由盾構設備配套的計算機系統控制。盾構設備如果發生偏差，控制系統則會通過調節推進油缸以完成相應的調整，保障掘進的正常進行。與此同時，不僅要保證開挖面土壓始終處于平衡狀態，還應控制好刀盤轉速和推進速度等，從而實現開挖工作和排土工作的有機配合。見圖2-1盾構機初期掘進示意圖

圖2-1盾構機初期掘進示意圖

盾構進入正常掘進階段，控制好盾構掘進參數，需一段時間探索、調試、磨合。盾構前行推力、刀盤扭矩、土倉壓力、推進速度、出土量、注漿量等，要達到和諧統一，掘進工作才能順利。衡量掘進質量標準有地表沉降、軸線偏移、水平偏移、管片拼裝平順度等。不同的地質條件、不同的設備有不同的掘進參數，杭州地鐵該區間的推進參數見表2-1。

杭州地鐵某區間隧道盾構推進參數 表2-1

環號開挖時間結束時間土倉壓力（上） MPa推力

T扭矩

KN.M速度

CM/min注漿量M3注漿壓力MPa出土量M3

13723：0523：530.23128713502.50.35447

13800：4601：350.23127513892.40.35448

13905：0005：490.23128312352.40.34448

14006：3707：250.23129314252.40.34447

14112：2613：150.23128514202.40.34447

14215：2616：210.23126513192.20.35447

2.3管片拼裝

2.3.1管片拼裝

管片拼裝是盾構法隧道施工的重要環節。管片拼裝的質量直接影響到隧道壽命及長久防水能力，因此嚴格控制管片安裝質量至關重要。按設計該項目區間工程管片均采用錯縫拼裝方式，拼裝時先拼裝底部標準塊，然

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