類矩形盾構法隧道技術的開發與應用

張磊

摘要：在交通壓力逐漸增大的現代社會，地下交通建設的速度越來越快，地鐵成為人類出行的主要方式。隨著科學技術的不斷發展，盾構法成為隧道掘進的主要技術。與傳統盾構技術不同的是，類矩形盾構法具有明顯優勢，下面針對該項技術展開討論，對其定義、特點進行介紹，并對其結構設計、裝備研究和技術優化措施進行總結。

關鍵詞：隧道掘進；類矩形盾構；技術應用

盾構技術是依靠自動化的機械設備完成各項作業過程的，采用的方法是暗挖法，通過計算機系統的計算，設備自動確定隧道的直徑并完成開挖作業。在此基礎上研制出類矩形盾構技術，有效改善傳統技術的缺陷，減少對外界環境的影響，且實現對地下空間的最大化利用。現階段我國對該項技術的研究逐漸成熟，但此技術仍具有較大的研究空間。

一、概念及特征

（一）定義

類矩形是在圓弧的基礎上演變過來的，圓弧半徑增加到無限大的時候，其在數學上被稱之為矩形。由圓弧形成的多邊形被稱為類矩形，是沒有缺口的封閉斷面。與以往的斷面形式相比，在此技術輔助下完成的斷面，對地下空間的利用率明顯增加，增加程度在20%左右。

圓形隧道對周邊土層的影響較大，橫向影響距離長達11米，而類矩形對周邊土層的影響距離是其的一半。為保證隧道的穩定性，圓形隧道需要在合適位置設置中立柱加以支撐，而類矩形則不需要。因此在長期的施工過程中，傳統隧道技術逐漸被淘汰。

（二）特點

由于隧道掘進施工是在地下進行的，危險性較大，因此必須保證相關人員的安全，類矩形技術的出現將施工的安全程度大大提升。利用該項技術不僅能夠縮小隧道對周邊土層的橫向影響范圍，而且建成的地下設施出現不均勻沉降的概率很小。該項技術的顯著特點主要表現為以下幾方面：

在地面建筑比較集中的地方能夠正常施工，且隧道頂部的承壓性能能夠得到保證，不會對地面建筑產生影響；在相同大小的地下空間中，該項技術對空間的利用率明顯提升；結構合理，減少設備對地下土層的掘進量；雙線地鐵在一次作業過程中就能完成，施工周期大大縮減[1]。綜合上述優勢，隧道掘進的安全性、施工速度都得到很好保障，有效推進我國城市化建設的進程。

二、結構設計

此技術是針對襯砌結構進行的，是類矩形隧道法的一個分支，下文所述技術為其關鍵性技術。結構設計需要考慮多方面的因素，其中結構的適用性、包容性等是必須遵守的設計原則。此外建筑界限的劃定也是非常重要的，其設計內容為：邊界要根據地鐵的寬度來計算，且斷面結構設計要合理，施工前需要對結構受力進行模擬分析，在保證斷面較強穩定性的情況下，將其結構尺寸控制在合理范圍內。襯砌結構的關鍵設計內容是接頭，需要將現場土質、后期可能產生的沉降等現象全部考慮進去，接頭管片需要有較強的承力能力，模擬受力過關接頭設計才能在投入施工建設。

三、裝備研制

隧道掘進的主要方式是全斷面切削，為保證切削質量，需要將土層維持在穩定狀態，且要隨時修正隧道軸線，避免其偏離標準值較多。設備性能的優化對隧道掘進起著積極作用，現階段我國對掘進設備的研制主要在刀盤結構、切削方法等多個方面。

施工要求不同，斷面的大小也存在明顯差異，小斷面的施工難度是較大的。其設備研制過程中需要注意：掘進時，轉彎半徑需要預留相應的余量，且確定糾偏角度的準確數值；掘進機的油缸數量、行程等設計需適應現場施工環境；為使掘進過程轉彎自然，需要設置相應的鉸接機構[2]。大斷面施工設備的研究與上述內容相似，但對設備結構件銜接的緊密程度要求較高。

四、技術優化

（一）切削排土

利用此技術完成隧道的掘進過程，開挖面積較大且底部為平面。此種情況下，需要專門的設備將碴土運出去，若不及時清理碴土，底部平面泥土會固結在一起，降低隧道穩定性的同時，會對掘進進度產生一定影響。針對上述缺陷，提出以下改良建議：對于粘性土壤，在其中加入添加劑，將土壤改成松散土質，增強其流動性；優化斷面切削方式，確保一次性完成對土層的切削；對于制定的施工方案，需要借助仿真軟件，模擬施工過程，找出方案中存在的問題并進行修正；對掘進設備進行優化，在條件允許的情況下，在設備中安裝自動出土裝置，實現邊掘進邊出土，避免多余土壤在隧道內部滯留。

（二）同步注漿

該步驟是隧道掘進過程中必不可少的，其與施工的順利程度息息相關。利用該項技術完成掘進時，注漿產生的漿液會出現淤積情況，隧道的縫隙不能得到充分填充，且漿液不能均勻的填充到相應位置[3]。注漿操作出現問題，隧道會出現嚴重變形現象，進而對地表結構穩定性產生影響。針對上述情況，相關人員總結出以下改進措施：注漿孔、材料等的選擇要根據現場施工情況來定；在相關模擬軟件中，輸入注漿作業的初始設計參數，配合盾構技術完成模擬試驗。分析試驗結果，對不合理的設計參數進行適當調整。漿液具有流動性，因此需要建立流體動力模型，實時跟進隧道的受力情況，在此基礎上確定注漿速度。

此外，需要格外注意對注漿模板的選擇，在對市場進行深入調研的基礎上，選擇性價比最高的模板。保證模板接縫處的密封性能良好，且模板上不會粘連大量漿液，進而保證注漿質量。

（三）軸線控制

某一隧道的開挖，必須保證其良好的整體性，將各斷面的軸線控制在同一直線上，對隧道整體穩定性的提升有很大幫助。軸線控制的優化措施主要包括以下幾點：隧道管片按照功能、自身性質等進行分類，明確其拼裝順序，拼裝前仔細核查每個管片的質量；對于不同的隧道形狀，選擇最合適的管片進行施工；與傳統圓形斷面相比，類矩形斷面會出現線型不符合標準、轉角彎度過大等問題。因此在掘進過程中，需要重點控制轉角變化，且每個一段時間對軸線進行糾偏操作[4]；定期對掘進設備進行檢查和維護，減少其工作中出現故障的次數，延長設備使用周期。

五、結束語

綜上所述，是對類矩形盾構法的相關介紹，首先對其定義和特點進行詳細介紹，其次對此技術中的結構設計、設備研究改進措施進行總結，最后闡述典型的施工技術，并針對現存技術問題提出相應的優化建議。

參考文獻：

[1]李培楠，黃德中，朱雁飛等.類矩形盾構法隧道在寧波軌道交通建設中應用[J].中國市政工程，2016，（z1）：34-36，41.

[2]朱瑤宏，黃德中，李培楠等.類矩形盾構法隧道技術的開發與應用[J].現代隧道技術，2016，（s1）：1-12.doi：10.

[3]李剛，李培楠等.類矩形盾構法隧道施工關鍵技術探索[J].現代隧道技術，2016，（s1）：170-180.

[4]葉俊能，周順華，季昌等.軟土地區類矩形盾構隧道施工期變形規律[J].現代隧道技術，2016，（s1）：248-256.doi：10.

（作者單位：中鐵十一局集團第一工程有限公司）