盾構(gòu)法修建地鐵隧道的技術(shù)現(xiàn)狀與展望

(成都軌道交通集團(tuán)有限公司， 四川 成都 610041)

引言：

盾構(gòu)法能夠在施工過(guò)程中有效降低地鐵隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)，降低難度，是如今主流的施工技術(shù)。而伴隨地鐵工程的復(fù)雜性、城市建設(shè)的緊迫性，我們需要對(duì)于這種施工方法進(jìn)行合理運(yùn)用，并進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，以此，為城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)做出積極貢獻(xiàn)。本文將通過(guò)分析其相應(yīng)的工作原理以及結(jié)合實(shí)際施工工程對(duì)于其工程重點(diǎn)進(jìn)行了具體探析，希望相關(guān)人員能夠根據(jù)本文觀點(diǎn)不斷優(yōu)化技術(shù)水平。

一、相關(guān)概念

盾構(gòu)機(jī)一般是由機(jī)體、排土部分、推土部分、隧道襯砌以及注漿系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，（具體見(jiàn)圖1）因此，在實(shí)際進(jìn)行處理過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際處理目標(biāo)進(jìn)行選型、其他附屬工具的配置，因此，我們需要明確盾構(gòu)機(jī)的工作原理，以此選擇合適的盾構(gòu)機(jī)型[1]。

盾構(gòu)機(jī)的工作主要是根據(jù)盾構(gòu)機(jī)組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行，在工作時(shí)，通過(guò)推土以及機(jī)體的旋轉(zhuǎn)作用，向施工地方的土體注入一定的蓬松土質(zhì)材料，從而讓進(jìn)行攪拌，從而形成符合施工條件的土體，通過(guò)隧道襯砌系統(tǒng)以及排土的共同作用，并結(jié)合千斤頂速度，將多余的土通過(guò)排土系統(tǒng)進(jìn)行排除，其中，通過(guò)結(jié)合土質(zhì)，設(shè)定一定的推進(jìn)參數(shù)，使盾構(gòu)在工作過(guò)程中始終保持平衡狀態(tài)，從而使其地下隧道的施工過(guò)程有一定的安全性有穩(wěn)定性[2]。此外，針對(duì)于不同的土層結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的施工要求，應(yīng)該選用相應(yīng)的膨松劑以及配置合理的刀具，保證在實(shí)際施工過(guò)程中，工程造價(jià)與質(zhì)量要求相適應(yīng)。

圖1 盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

二、建設(shè)難點(diǎn)

（一）風(fēng)險(xiǎn)高

主要有這幾個(gè)方面的原因。其一，任何工程都具有一定的危險(xiǎn)性，而隧道施工因?yàn)樵诘氐资┕ぃ淮_定因素如，塌方等進(jìn)一步增多，將這種危險(xiǎn)性進(jìn)一步進(jìn)行放大。因此危險(xiǎn)性較大。其二，地下施工通訊信號(hào)易受影響，風(fēng)險(xiǎn)管控會(huì)受到影響，對(duì)于不確定風(fēng)險(xiǎn)事件的應(yīng)急措施反應(yīng)較緩，進(jìn)一步加大了工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[3]。其三，地鐵施工的工期較長(zhǎng)，施工涉及的專(zhuān)業(yè)較多，因此，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率進(jìn)一步加大。

（二）難度大

地鐵施工難度大，主要體現(xiàn)在以下一個(gè)方面，其一，這是由于工程本身涉及的專(zhuān)業(yè)較多，造成了在設(shè)計(jì)規(guī)劃以及施工的過(guò)程中難度增加，需要考慮到方方面面的因素，因此，無(wú)形中給工程的實(shí)際運(yùn)行施加了較大難度[4]。其二，工程涉及的單位較多，因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，需要參考各方意見(jiàn)，很容易發(fā)生更改情況，造成一定施工難度增加。其三，工程專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，地鐵施工因?yàn)樯婕暗降叵陆煌ㄟ\(yùn)行，因此，對(duì)于質(zhì)量的要求就比較嚴(yán)格，對(duì)于實(shí)際施工，無(wú)形中增加了工程的人力、技術(shù)以及資源投入，并在很大程度上會(huì)運(yùn)用到一些新型技術(shù)，造成了工程的難度增加。其四，工程中不確定因素的影響，因?yàn)槭┕さ墓て谳^長(zhǎng)，因此，在遇到一些惡劣氣候時(shí)，難免會(huì)對(duì)于實(shí)際施工造成不利影響，因此，工程施工需要考慮到在這種情況下的施工實(shí)施方案。

三、施工應(yīng)用

（一）工程概況

本文以某內(nèi)陸城市地鐵5號(hào)線隧道施工作為實(shí)例說(shuō)明。該工程全長(zhǎng)1705.464m，盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)為512.325m，工程會(huì)經(jīng)過(guò)市區(qū)，在東北——西南方向建設(shè)，根據(jù)工程在施工之前的地質(zhì)勘探資料，本文選取了兩段區(qū)間土質(zhì)情況分別是泥砂土層以及砂卵巖層作具體說(shuō)明。在進(jìn)行施工之前，我們根據(jù)工程的技術(shù)性以及經(jīng)濟(jì)性的要求，選用了一臺(tái)進(jìn)口的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為海瑞克6.28。

（二）掘進(jìn)模式選擇

根據(jù)不同的地質(zhì)情況以及地層分布，進(jìn)行掘進(jìn)形式的選擇。

一般而言，進(jìn)行泥砂土層（軟土層）施工時(shí)，因其機(jī)器的姿態(tài)較難以把控，不確定因素增加，需要選擇土壓平衡的模式，以復(fù)合式的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行逐步推進(jìn)，需要對(duì)于渣土進(jìn)行改良，因此，除了設(shè)置相關(guān)的參數(shù)之外，還需要選定不同的土層膨松劑，一旦參數(shù)進(jìn)行設(shè)置好之后，不需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，直到遭遇特殊情況可以適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。原則上是需要將倉(cāng)內(nèi)壓力始終保持在水土壓力之上就可以。除此之外，需要保證在掘進(jìn)過(guò)程中，以較緩的速度進(jìn)行，從而保證施工的質(zhì)量以及減少不確定因素的影響。遇到特殊情況，如較大石塊時(shí)，可以利用導(dǎo)向油缸將其進(jìn)行擠壓，最終將其進(jìn)行破碎處理。

進(jìn)行砂卵巖層施工時(shí)，因其地質(zhì)環(huán)境中存在較大的巖體，具有不規(guī)則性，一般呈現(xiàn)上下結(jié)構(gòu)分層，上部土層較軟，下部土層較硬，因此，在實(shí)際進(jìn)行施工的過(guò)程中，因其巨大的差異性，造成施工過(guò)程中，掘進(jìn)困難，容易發(fā)生塌方現(xiàn)象。因此，采用平衡推進(jìn)模式。但是因其復(fù)雜性，操作人員需要視具體情況對(duì)于參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，一旦倉(cāng)內(nèi)的壓力大于水土壓力總和，就會(huì)容易對(duì)于倉(cāng)體的推力造成一定影響。而相反，就會(huì)造成上部塌陷引起地表發(fā)生局部沉降，給實(shí)際的施工造成一定時(shí)間以及資源浪費(fèi)。此外，需要面對(duì)這種土層選擇不同的道具配置，使其能夠承受更大的壓力，并起到一定的支撐作用，并且能夠滿(mǎn)足磨損過(guò)快的需求。

（三）參數(shù)設(shè)定

1.掘進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)

在工程進(jìn)行施工以及掘進(jìn)之前，需要對(duì)于隧道的深度以及地質(zhì)勘探情況確定一定的參數(shù)，一般是由以下幾個(gè)方面共同組成。其一，壓力設(shè)置，對(duì)于泥砂土層（軟土層）以及砂卵巖層有不同的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，軟土層的壓力大致在85～95千帕，硬巖層一般壓力設(shè)置區(qū)間在70～75千帕之間最佳。其二，盾構(gòu)的推進(jìn)力以及油壓，分別為，7000～10000kN，及17～18Mpa。其三，對(duì)于切削參數(shù)設(shè)置，泥砂土層（軟土層）以及砂卵巖層參數(shù)分別為，25mm/rpm，20mm/rpm左右。對(duì)于全硬巖石層在12mm/rpm左右。其余如，刀盤(pán)、螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速需要更具實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

2.注漿參數(shù)控制

對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)作，需要始終保證其在掘進(jìn)過(guò)程中，為出入平衡狀態(tài)，因此，設(shè)置了掘進(jìn)參數(shù)之后，需要對(duì)于注漿參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。其具體的設(shè)置影響條件有刀盤(pán)、盾體，推進(jìn)速度，以及土質(zhì)結(jié)構(gòu)。對(duì)于比較單一的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以采取實(shí)際測(cè)算，從而進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)定，而對(duì)于其比較復(fù)雜的土質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)置，主要是速度以及一次能夠注漿的質(zhì)量。在這個(gè)過(guò)程中，需要注意的是需要在保證其安全的基礎(chǔ)上保證一定的施工質(zhì)量。這對(duì)于施工的安全性有較大的決定作用。

（四）復(fù)雜情況處理

因其工程地段的土質(zhì)結(jié)構(gòu)有較大的多變性，因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的設(shè)定從而避免一些突發(fā)問(wèn)題，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。其一，適當(dāng)加大對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)力，這是由于盾構(gòu)機(jī)的特性決定的。其二，適當(dāng)選擇強(qiáng)度較大的刀具，增加施工效率的同時(shí)減少因?yàn)榈毒邠p害造成的質(zhì)量和造價(jià)問(wèn)題。其三，適當(dāng)增加刀具數(shù)量，提高盾構(gòu)機(jī)工作能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析盾構(gòu)機(jī)工作原理，工程施工難度因素，并結(jié)合具體施工工程對(duì)于掘進(jìn)模式選擇、參數(shù)設(shè)定、復(fù)雜情況處理進(jìn)行了具體分析，希望相關(guān)工作人員能夠在結(jié)合實(shí)際工程情況的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)施工技術(shù)，提高施工標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)工程能夠保質(zhì)保量完成，促進(jìn)城市建設(shè)的飛速發(fā)展。

[1]邢慧萍.盾構(gòu)法修建地鐵隧道的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工程技術(shù):全文版,2016(12):00275-00275.

[2]何健.地鐵隧道工程沉管法與盾構(gòu)法施工技術(shù)的應(yīng)用分析[J].工程技術(shù):全文版,2016(1):00134-00134.

[3]徐川.淺談盾構(gòu)法修建地鐵隧道的技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].工程技術(shù):引文版,2017(2):00144-00144.

[4]劉運(yùn)生.城市地鐵建設(shè)隧道施工中盾構(gòu)法施工技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑知識(shí):學(xué)術(shù)刊,2011:306-306.