地鐵工程盾構(gòu)法的施工技術(shù)

彭思偉

中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 101300

1 盾構(gòu)法施工技術(shù)工作原理

盾構(gòu)法是指在地表以下土層或松軟巖層中采用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工方法，即以盾構(gòu)機(jī)為核心的一套完整的建造隧道的施工方法。目前，主要的盾構(gòu)機(jī)種類分為土壓平衡式和泥水加壓式。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是依靠盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐屏ΓЫ镯斕峁┑耐屏梢越o土室內(nèi)的開挖土體加壓，這樣土壓就可以作用于開挖面來保持穩(wěn)定。泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)的總體構(gòu)造與土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)相似，開挖面的穩(wěn)定是靠密封艙內(nèi)的泥水來維持的。盾構(gòu)機(jī)的鋼殼可以保持開挖時(shí)內(nèi)外壓力平衡，使開挖面保持穩(wěn)定。盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的千斤頂可以利用拼裝好的管片，利用襯砌提供的反力使盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)。整個(gè)隧道施工過程可以簡單地描述為“開挖-襯砌-再開挖-再襯砌”的往復(fù)循環(huán)過程。

2 盾構(gòu)施工技術(shù)的適用條件和特點(diǎn)

2.1 適用條件

首先，松軟的含水地層中適合使用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，或者地下線路埋深不小于10m的情況，且盾構(gòu)法施工適合用于相對勻質(zhì)的地質(zhì)條件；其次，城市地鐵在市區(qū)修建時(shí)，要有足夠的空間進(jìn)行工作井的修建，工作井是為了盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)出和土料的運(yùn)輸工作；盾構(gòu)法施工也有其埋深要求，隧道上方的覆土深度要大于6m且不能小于盾構(gòu)機(jī)的直徑；最后，盾構(gòu)法施工進(jìn)行隧道的修建，隧道間的距離也有要求，隧道間水平方向夾土體加固厚度小于等于10m，豎直方向小于等于1．5m，隧道與相鄰建筑的加固土體厚度要求也是如此。

2.2 盾構(gòu)法施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

城市地鐵的建設(shè)會對城市交通有一定的影響，盾構(gòu)法施工技術(shù)正是因?yàn)閷Φ孛娼煌ê透浇用裼绊懶《粡V泛使用。盾構(gòu)法主要進(jìn)行的是地面以下的暗挖，僅需有豎井施工的空間即可。這也最大程度上減小了對地面交通的影響。盾構(gòu)機(jī)的組成十分復(fù)雜，這也讓推進(jìn)、出土和拼裝襯砌等過程可以連續(xù)進(jìn)行，這也加快了施工的進(jìn)度，保持了一定的推進(jìn)速度；盾構(gòu)機(jī)的先進(jìn)性也體現(xiàn)在機(jī)械化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制和智能化等方面，這也讓施工人員可以更加方便進(jìn)行管理，降低了人員的工作強(qiáng)度，減少了工作人員的數(shù)量；由于整個(gè)過程都在盾構(gòu)機(jī)上完成，施工人員的安全有了更好的保障，可以在一個(gè)相對安全的環(huán)境下進(jìn)行施工。

2.3 盾構(gòu)法施工技術(shù)的缺點(diǎn)

盡管盾構(gòu)法施工技術(shù)在修建城市地鐵時(shí)有許多的優(yōu)點(diǎn)，但它仍然有一些無法克服的缺點(diǎn)。盾構(gòu)機(jī)的體積大，在隧道曲線半徑小的情況下，盾構(gòu)法很難滿足施工要求。盾構(gòu)機(jī)在穿越江河時(shí)，如果上方的土層太薄，盾構(gòu)法施工很難在水下進(jìn)行施工，一旦隧道漏水，后果不堪設(shè)想，全氣壓施工方法是盾構(gòu)法的一種，這時(shí)要有更高的保護(hù)措施；盾構(gòu)法施工會造成一定程度的地表沉降，這就要求更好的措施來減少沉降的發(fā)生。盾構(gòu)法施工過程是一個(gè)精確施工的過程，這也對預(yù)制管片與機(jī)械制造的精度提出了更高的要求，這樣才能保證盾構(gòu)法施工能夠正常進(jìn)行。

3 地鐵工程盾構(gòu)法的施工技術(shù)

3.1 工作井施工階段

在盾構(gòu)工作開始之前，工作人員將要面臨的風(fēng)險(xiǎn)主要包括地面沉降風(fēng)險(xiǎn)、基坑失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)、密封失效風(fēng)險(xiǎn)、原材料質(zhì)量不符合相應(yīng)規(guī)定風(fēng)險(xiǎn)。出現(xiàn)涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，主要是由于地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量不符合相關(guān)規(guī)范，具體的表現(xiàn)是工作人員在進(jìn)行地下連續(xù)墻方面的工作時(shí)，對于施工細(xì)節(jié)沒有把控好，造成兩處接頭處存在泥沙夾雜其中影響閉合情況，由于不能很好的閉合，當(dāng)出現(xiàn)涌沙情況時(shí)難以很好的對其進(jìn)行控制，導(dǎo)致在地下連續(xù)墻處頻繁出現(xiàn)涌水涌砂的情況，影響后續(xù)工作進(jìn)展。出現(xiàn)坑底隆起的情況，主要是由于工作人員在對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，對于坑底的插入深度不滿足實(shí)際需求，或者是工作人員在對地基進(jìn)行加固工作時(shí)沒有把控好施工質(zhì)量。出現(xiàn)基坑失穩(wěn)情況，主要是由于該部分的支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能符合實(shí)際需求，在實(shí)際使用過程中支護(hù)荷載小于實(shí)際荷載，導(dǎo)致基坑穩(wěn)定性降低，還有一種情況是由于支護(hù)工作進(jìn)行得不夠及時(shí)。

3.2 準(zhǔn)備工作階段

在該階段常見的風(fēng)險(xiǎn)包括地面沉降風(fēng)險(xiǎn)，輔助設(shè)施損壞風(fēng)險(xiǎn)，基坑施工風(fēng)險(xiǎn)，拼裝失誤風(fēng)險(xiǎn)。地面沉降風(fēng)險(xiǎn)主要是由于設(shè)計(jì)人員對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況勘察不到位，不良地質(zhì)對于施工設(shè)備的承載能力有限，面對該問題時(shí)需要工作人員對洞門土體進(jìn)行加固工作，但也可能出現(xiàn)工作人員對其加固工作不到位，而造成風(fēng)險(xiǎn)依舊存在的可能。在施工過程中，工作人員需要借助一些輔助設(shè)施，而這些輔助設(shè)施如果承載能力和盈利分配出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致設(shè)備自身的損壞，影響后續(xù)工作的進(jìn)行。由于工作人員對于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不熟悉，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的拼接過程中出現(xiàn)失誤，也可能由于機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)不符合原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)劃方案，造成實(shí)際工作中無法正確指導(dǎo)工作人員進(jìn)行相關(guān)工作。出現(xiàn)輔助設(shè)施損壞風(fēng)險(xiǎn)，主要是由于工作人員在進(jìn)行盾構(gòu)安裝基座時(shí)，始發(fā)基座承受能力不足，頂力過大或偏壓，導(dǎo)致基座出現(xiàn)破壞情況。出現(xiàn)基坑失穩(wěn)主要是由于洞口的土體加固工作質(zhì)量不到位。出現(xiàn)拼裝不到位的情況，主要是由于工作人員對于設(shè)備情況不夠了解，在進(jìn)行拼裝工作時(shí)無法按照相關(guān)規(guī)范，嚴(yán)格要求自己的操作行為。在進(jìn)行完拼裝工作之后，沒有及時(shí)的對拼裝成果進(jìn)行復(fù)檢，導(dǎo)致拼裝工作出現(xiàn)一些意料之外的失誤，影響后續(xù)工作的進(jìn)行。除此之外，還會出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)有設(shè)備意外損壞，這主要是由于在工作現(xiàn)場沒有協(xié)調(diào)好各工作部位的工作內(nèi)容，導(dǎo)致不同設(shè)備在同一時(shí)間堆積到同一工作地點(diǎn)，使工作設(shè)備缺乏有效的工作面，影響工作效率，并且在碰撞時(shí)會容易引起設(shè)備損壞。

制訂科學(xué)合理的掘進(jìn)速度，確保盾構(gòu)機(jī)所承受的壓力、推進(jìn)力以及扭矩符合其設(shè)備要求，同時(shí)在施工時(shí)要注意及時(shí)的進(jìn)行注漿，確保土倉內(nèi)部的壓力與來自地層之間的壓力之間保持平衡；做好碴土的管理工作，通過計(jì)算出土量來推算土層內(nèi)外之間的作用力是否處于平衡狀態(tài)，避免出現(xiàn)土體超挖的情況。注意在施工過程中周邊建筑結(jié)構(gòu)或管線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降的情況。為了能夠有效地避免這一問題的發(fā)生，我們需要做好監(jiān)測工作。通過對地面進(jìn)行監(jiān)測和對盾構(gòu)機(jī)作業(yè)信息的監(jiān)測，不斷調(diào)整掘進(jìn)過程中的設(shè)備參數(shù)，以確保工程能夠順利推進(jìn)。5．在進(jìn)行施工之前，需要對施工線路周邊的建筑物進(jìn)行調(diào)查，了解線路施工會對周邊的建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生什么樣的影響。

3.3 到達(dá)

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)進(jìn)入接收井前要對洞口土體取樣，檢查土體是否滿足要求。主要檢查土體加固和滲水情況。在土體穩(wěn)定性和滲水量符合要求時(shí)，方可鑿掉洞口混凝土。洞口混凝土在盾構(gòu)機(jī)距洞口10m左右時(shí)可鑿除，盾構(gòu)機(jī)刀盤露出時(shí)，可將井內(nèi)土體清除，準(zhǔn)備接收架進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞準(zhǔn)備，接收架放置在略低于盾構(gòu)機(jī)的位置，這樣盾構(gòu)機(jī)可順利滑行上架。盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后即可進(jìn)行洞口止水處理和隧道內(nèi)管片螺栓復(fù)緊工作。

4 結(jié)語

城市地鐵是改善城市交通系統(tǒng)的重要方式。越來越多的地鐵線在各大城市里開通，盾構(gòu)法施工技術(shù)也運(yùn)用到這些城市地鐵的建設(shè)中來。盾構(gòu)法施工技術(shù)以其施工速度快、安全、高效等優(yōu)勢逐漸成為隧道施工的主流技術(shù)。這一技術(shù)的不斷發(fā)展將推動(dòng)城市發(fā)展進(jìn)入新階段。