淺談城市軌道交通盾構法施工中盾構機的選型原則

陳焱

摘 要：盾構法施工對城市軌道交通工程的施工質量具有重要影響，其中關鍵在于正確選擇盾構機。本文分析了盾構施工技術的種類，根據工程概況與地質條件，探討了施工中盾構機的選型原則，以期為施工人員提供理論參考，使其加強對盾構機選型原則的了解，根據工程的地質條件與水文條件，合理選擇盾構機，有利于增強開挖的安全性與穩定性，防止地面出現隆起或沉降，為順利完成掘進工作提供有力保障。

關鍵詞：盾構機形式;工程地質條件;盾構機功能要求

中圖分類號：U455.39 文獻標識碼：A

0 引言

經濟水平的快速提升，促進了城市軌道交通工程的建設，而軌道交通一直是人們重點關注的話題。在工程建設過程中，通常使用軌道交通盾構法，其中盾構機的選型原則具有重要影響，關系著施工質量與效率，應當引起施工單位的充分重視，掌握選擇原則，確保順利施工，完成軌道交通建設，從而改善人民出行條件。

1 盾構施工技術的種類

盾構施工技術的種類主要分為以下幾點：第一，橢圓斷面盾構法，其主要工作原理是盾構機在一定角度下，利用圓形刀盤挖掘土體，從而挖掘出橢圓形的斷面，可以增強開挖的穩定性，最大化縮減開挖面積與渣土量，確保符合工程要求。第二，多圓盾構法，在連接若干圓形刀盤過程中，一般采用前后錯位的方式，確保刀盤中心出現相互重合的現象，可以使斷面的形式更加多樣化。第三，自由斷面盾構法，在挖掘隧道的過程中，采用小行星刀盤和主刀盤進行挖掘，可以充分發揮刀盤上的調節功能，從而獲得非圓形的斷面，以此滿足工程的實際需求。第四，球體盾構法，球體盾構機主要采用球體、大盾構、小盾構等組成，由于球體蘊含在盾構內，因此可以自由調整挖掘方向，為施工提供便利[1]。

2 工程概況與地質條件

南通市城市軌道交通1號線一期工程土建施工07標段屬于長江三角洲太湖沖湖平原，位于南通市開發區，根據歷史背景與地表形態可知，南通地區地貌可以分為兩大單元，一單元是長江三角洲沖積平原，而另一單元是低山殘丘。巖土工程地質包括多種土層，例如，填土、粘質粉土、粉砂夾粉土、砂質粉土、淤泥質粉質粘土、粉砂等。在盾構區間擁有河流、橋梁、道路等眾多建構筑，由于沉降作用較大，將會對社會造成十分不利的影響，本工程施工的難點在于如何選擇適合的盾構機，有效處理區間隧道的樁基，為施工質量與安全提供保障，除此之外，在使用盾構機的過程中，應當控制盾構機有效參數，確保高效施工。

3 城市軌道交通盾構法施工中盾構機的選型原則

3.1 分析水文條件

從地表水的角度上分析，本工程主要途經兩個河道，分別是三谷鎮北橫河和天星橫河，部分小水塘和水溝等主要集中于場地1號的東側荒地，天星橫河片區總面積40.38 km2，緊鄰通啟運河、朝陽豎河、長江，排澇控制水位2.30m，正常控制水位1.80 m。在南通地區，不但雨量充沛，而且氣候濕潤，臺風期與梅雨期是降雨較多的階段，具有水量集中、強度大、歷時短等特點。從地下水的角度分析，潛水主要埋藏于粉砂夾砂質粉土和層填土中，主要補給地表徑流、人工用水、大氣降水等，水位標高超過0.22，低于2.82 m，而承壓水主要埋藏于7層細砂和1層粉砂中，具有豐富的水量，排泄途徑主要有兩種，分別是地下水側向徑流和人工開采，施工人員應當根據當地的水文條件，選擇適合的盾構機[2]。

3.2 掌握盾構機功能要求

由于土體無法形成自然拱，其自穩能力較差，在盾構機通過時，地面容易產生隆起或者沉降等現象，嚴重的會產生塌陷，對工作面具有嚴重影響，因此，需要根據工程實際要求， 正確選擇盾構機的類型，從地層情況來看，可以采用土壓平衡式盾構機，完成施工掘進工作，特別注意的是，需要選擇正確的技術參數，可以從刀盤形式和盾構刀具配置方面入手。對于刀盤形式，施工人員需要注意以下幾點：第一，需要分析輻條的強度與剛度，根據工程的需求，可以選擇輻條式的刀盤結構。第二，在設計刀盤時，需要提高其開口率，確保大于38%，才能更好地滿足工程需求。第三，可以對刀盤本體正面進行處理，增加耐磨板，提高刀座的耐磨性，避免刀盤出現嚴重磨損。第四，在刀盤中心，需要設置改良劑的注入口，主要位置包括刀盤中心，以及其它輻條和面板，并且還要進行分散布置。第五，需要將攪拌棒設置在土倉內壁，進行主動攪拌與被動攪拌。

此外，對于盾構刀具配置，需要注意以下幾點：第一，在設計刀具時，需要配備齊全各種刀具，其中包括仿形刀、周邊刀、刮刀、撕裂刀等，尤其是在配置周邊刀具時，應當將保護刀放置在刀盤邊緣處，可以起到保護刀盤的作用，同時，需要綜合分析刀具的抗沖擊性與耐磨性，盡量降低刀具的磨損，降低了換刀的概率。第二，在挖掘過程中，對刀具的周邊具有較大磨損，增加了換刀的次數，因此，需要適當增加刀盤的開挖直徑，使掘進數據變大，降低刀具的磨損程度。第三，需要將盾尾密封刷設置在盾尾密封裝置中，可以承受同步注漿、水壓力、土壓力等作用力。第四，在選擇渣土改良材料時，可以選擇泡沫，主要用于中風化砂巖、中風化泥巖、強風化泥巖等，除此之外，還可以選擇泡沫混合液和膨潤土等作為材料，對渣土進行改良。第五，在刀盤前面，需要盡量增加泡沫孔或泥孔，并且還要分散布置，確保刀盤前方土體內順利注入材料。

特別注意的是，對刀盤額定扭矩具有一定限制，需要大于5 000 kN·m。需要根據最大推力，分析工程的管片強度與地層條件，設置盾構推進系統，將推力控制在30 000 kN以上。同時，需要控制推進速度與同步注漿相符合，填充管片與地層之間的空隙，防止管片上浮，地表沉降。

3.3 確定盾構機形式

經濟性、先進性、安全性是盾構機選型原則，施工人員需要以安全可靠為原則，確保人員安全，防止發生安全事故。同時，需要確保技術具有先進性，符合時代的發展規律，可以更好地滿足工程實際需求。在選擇盾構機的形式時，需要確保地質類型與盾構機的功能相符合，對于不同的工程進行綜合性分析，確保選擇適合的盾構機類型，以此滿足工程實際需求。目前常用的盾構類型主要有土壓平衡式盾構和泥水平衡式盾構，二者的使用范圍不同，例如，在選擇盾構的類型時，需要分析當地的土層滲透性與水壓強度，泥水盾構主要應用于透水系數超過10 m/s～4 m/s的地層，而土壓平衡盾構主要應用于透水系數低于10 m/s～7 m/s的地層[3]。

3.4 了解實際選型的注意事項

本工程的盾構施工步驟主要包括加固處理盾構進出洞地層、盾構機吊出、盾構進洞、盾構掘進等，當使用盾構施工法時，容易出現地表裂縫或變形等情況，產生地表隆起的方向一般在掘進前方，在開挖過程中，產生沉降的原因主要是土體損失，并且在完成拼裝后，因為沒有及時填充盾尾空隙，所以發生固結沉降，一般在施工前期，就可以發現地面沉降，需要采取有效措施解決，例如，科學設置掘進參數，采用土壓平衡式對軟土底層進行施工，對盾構機的狀態進行實時監控，及時調整土壓力，盡量減小對地層的影響。同時，需要合理控制盾構機停頓的次數，確保可以連續的進行掘進工作。此外，在施工過程中，施工單位需要成立突發事故應急小組，一旦發生噴涌現象，可以快速采取應急措施，使用污水泵進行抽水，避免噴涌出的泥水影響施工效果。

4 結論

綜上所述，在使用盾構機前，施工單位需要分析工程的水文條件與地質概況，以及盾構機的性能與形式，根據工程的實際需求，選擇適合的盾構機，為施工質量提供保障，促進城市軌道交通的建設與發展。

參考文獻：

[1]周雙禧，李志華，雷珊，等.城市軌道交通盾構法隧道施工新技術及應用[J].施工技術，2020，49（19）：87-92.

[2]楊洲，姜嘉男，方略，等.城市軌道交通盾構法施工盾構機選型原則研究[J].智能城市，2020，6（13）：143-144.

[3]楊鑫.城市軌道交通盾構法綠色施工技術研究與應用[J].鐵道建筑技術，2020（02）：89-92.