探究地鐵盾構法施工新技術要點

劉長林（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津300222）

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探究地鐵盾構法施工新技術要點

劉長林
（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津300222）

[摘要]隨著社會的進步和發展，人們日常生活中越來越多地開始利用地下空間，快速發展城市交通軌道，其中最重要和常見的就是地鐵。建設地鐵過程中，盾構法是應用最為廣泛的技術。本文主要分析了地鐵盾構基本發展情況、盾構法施工原理、盾構法優勢和特點，了解國內外盾構法以及施工情況，為選擇最優化地鐵建設方案提供依據和保證，并且分析未來盾構法發展主要方向，分析盾構法新技術在地鐵中的應用。

[關鍵詞]地鐵；盾構法；施工；新技術

目前，隨著生活水平不斷提高以及城市化發展進程的加快，交通方面需要面對更多的壓力。為了能夠有效降低交通壓力，最重要的方式就是建設地鐵，并且已經逐漸成為重要的交通設備。建設地鐵的過程中，盾構法是最常用的施工方式。建設地鐵的速度十分快，為了能夠有效解決城市交通問題，需要把其作為城市規劃的主要內容。其中最重要的保證建設質量的方法就是合理選擇施工技術，盾構法已經得到大量應用，基本上都是應用在隧道建設中。挖掘設備主要就是盾構挖掘機，并且把盾構機機殼當做基本支護，保證能夠得到最好的施工效果。

一、工程實例

天津市在建設津濱輕軌工程的時候，對中山門西段東興路站至中山門明挖區間（DK6+802.400～DK7+440.000）區間工程施工的時候合理應用盾構法。施工中存在以下幾方面問題：一是建設城市地鐵的時候盾構機需要穿過老舊房區，經過相關部門的鑒定，這些具備三十多年歷史的房屋屬于CU級危樓；二是建設地鐵隧道的時候，近距離3～5的位置就存在護城河，并且需要通過數百米范圍；三是地鐵隧道需要穿過城市繁華地段，存在很多管線，施工困難比較大。

表1 工程主要參數

二、地鐵施工盾構法發展現狀

法國工程師MJ布律內爾在1818年研究從船木中進行鉆洞以后，提出了盾構法。到如今經過近兩百年的發展和進步，近年來經過不斷研究和分析泥水式盾構機、土壓平衡式盾構機的相關技術。例如，穩定檢測開挖面、有效封閉盾構機、使用刀具壽命安全范圍內地面塌陷、盾構機控制前進方向、更換刀具等，合理分析盾構機施工過程中新技術。再如，球形盾構施工技術、復合盾構施工技術、特殊斷面盾構施工等，很大程度上促進了盾構法的進步和發展。法國、日本、德國等已經在地下管道施工和地鐵施工中廣泛應用盾構技術，日本90%以上的城市隧道都在應用盾構技術；德國盾構技術具備一定優勢和特點，能夠在封閉的情況下更換磨損的大直徑刀具。20世紀50年代，國內開始分析和應用盾構技術，上海在1966年修建10m直徑的過江隧道時應用的網格式擠壓盾構法。發展到今天，國內大部分城市建設地鐵隧道的時候都大量應用盾構技術。近幾年，隨著社會的進步和發展，城市地鐵建設的時候已經開始大量應用盾構技術，不斷改進和更新盾構技術，促使人們能夠更加廣泛地應用盾構技術。下文注重分析了盾構原理、特點、新技術以及未來展望。

三、盾構施工技術基本原理

盾構技術主要就是合理應用盾構機，保持具備穩定的盾構鋼殼開挖面，安全進行出渣、前進挖掘，拼裝尾部管片的時候需要依據穩定基礎圍堰來進行襯砌、注漿，利用千斤頂來合理頂住完成拼件的襯砌，從而通過反力來帶動盾構機的前進。盾構施工方式主要包括三大要素：穩定開挖面、襯砌（壁后注漿）、挖掘（排土）。依據地下水、地質實際情況，利用不通風方式來有效處理開挖面穩定的問題，自然穩定開挖面，主要包括穩定機械式支撐、穩定敞口放坡、穩定壓縮空氣支撐、穩定土壓平衡式支撐、穩定泥水式支撐等。盾構機中的盾主要就是指保證一定穩定性開挖面的支護圍堰、壓力艙、刀盤的鋼殼，構就是指隧道襯砌構成的管片以及壁后注漿。

四、盾構施工技術的特點

第一，極小程度影響城市周圍環境以及地面建筑物。盾構基坑和豎井中施工需要相應場地，但是隧道建設不需要場地，無振動、無噪音、無公害的施工，基本不會影響地面。比較適合應用在不能用明挖、較大埋深的松散地層。

第二，高要求施工精度。制作管片的時候需要類似于機械制造的精度，控制誤差范圍應該符合0.5mm之內。前進盾構的時候，應該對隧道軸線偏差實施嚴格控制和管理。

第三，盾構施工的時候存在不可后退、單向前進的作用，具備一定風險。施工過程中盾構設備只能前進不能后退，如果設備自身出現故障，會導致施工中出現嚴重后果，所以應該十分重視施工前的準備工作。

第四，在特定區域設備中更適合使用盾構機，依據隧道地質條件、埋深、斷面大小等方面來合理制造、改進設計。

五、地鐵盾構施工新技術

1.地鐵盾構法施工新技術要點

地鐵盾構法施工新技術要點包括：控制特殊條件沉降；制造耐久性、高強度管片；比較錯縫、通縫拼裝，分析總線形變；砂質粉土、流砂給設備帶來的危害和影響；進出工作難題和措施；糾偏；施工中如果發現大石塊、高壓水、樁、超淺覆土等存在災難性的實際地質情況解決措施。

2.闡述地鐵盾構法施工新技術

（1）特殊斷面盾構施工技術

特殊斷面盾構分為兩大類：非圓形盾構、復圓形盾構。復圓形盾構包括兩種，是三圓形和雙圓形盾構。三圓形盾構適合應用在地鐵車站建設中；雙圓形盾構技術適合使用在地鐵共同溝、下水道、隧道中。非圓形盾構包括以下幾種：半圓形盾構、馬蹄形盾構、橢圓形盾構、矩形盾構等，依據隧道實際應用目標以及作用合理地進行選擇。使用特殊斷面盾構技術中三圓技術主要工程就是經地鐵環線橋車站，在地下鐵路中應用雙圓形盾構技術。應用特殊斷面盾構技術的過程中，不但需要分析使用設備中斷面形狀特點的影響，還應該考慮工程實際情況。掘進時候應該密切注意盾構設備。施工中分析斷面形狀以后，需要詳細規劃管片組裝的順序、分割數、精度等，也就是需要能夠正確組裝管片，嚴格控制以及管理盾構姿勢，如果出現偏離的時候，應該利用千斤頂、超挖設備及時修正。

（2）復合盾構施工技術

盾構是存在很強針對性的專用設備，依據不同的水文地質實際情況建立符合規范的盾構機，每臺盾構機都不同。在復雜地質基礎上，如果使用常規方式不能合理完成施工。那么，就應該使用一種合理的并且符合實際情況的施工技術，如復合盾構技術。復合盾構技術包括兩種復合刀具——滾刀和齒刀，處理硬巖程度時候使用滾刀，分析軟巖層的時候使用齒刀。背裝方式互換兩種刀具。

（3）球體盾構施工技術

球體盾構施工技術依據不同的變換分為兩種：橫、橫連續掘進和縱、橫連續掘進。橫、橫連續掘進主要是說豎井不旋轉，對著地面直角位置進行挖掘的方式；縱、橫連續掘進實際上是連續從地面開始以直角方向開外豎井和隧道的施工方式。應用球體盾構技術的時候，需要在主盾構中合理安裝次盾構的球體。實際施工的時候，合理分析推進反力、開挖反力、盾構自重的關系。施工中如果應用縱、橫掘進盾構技術，應該合理改變方向，旋轉次盾構球體90°，會導致形成涌砂、涌水的問題，所以應該合理分析防水結構，避免由于地下水、砂土導致堵塞。狹窄的施工場地中盾構技術能夠在地下隧道中直接掘進，最大限度降低時間、場地限制，所以使用上述施工技術上能夠盡可能縮短周期，屬于新興的施工技術。

（4）盾構穿越粉砂層施工技術

地質條件會極大程度上影響盾構施工實際難度，穿越淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土等土層的時候十分理想，但是因為存在粉砂層，會提高應用盾構技術的難度，因此，在實際施工的過程中需要應用一些比較特殊的方式來避免施工中出現穿越粉砂的不利現象，如出土口噴砂、土體液化問題。所以，最關鍵的施工就是保證具備一定止水性、流動性的正面土體，一是在土艙內部適當添加泥，避免出現噴砂現象，依據螺旋出土器出土能夠有效增加流動性；二是合理增加土艙壓力，避免土體液化。

3.我國盾構施工新技術未來發展方向

隨著科學技術以及社會經濟的進步和發展，未來研究盾構技術的時候，逐漸朝著全自動、高性能方向進行，重視評估盾構技術選型風險。引進三圓、雙圓盾構設備，適合生產標準與規范。

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[中圖分類號]TU

[文獻標識碼]A

[文章編號]1673- 0046（2016）1- 0159- 02