地鐵盾構法施工技術分析

張金嶺

（中交天和機械設備制造有限公司，江蘇常熟215500）

0 引言

地鐵工程建設的施工場所大多數在城市地下，對施工現場要求不影響城市居民生活質量，工期和施工場地要盡可能的短和小，所以需要利用新型設備來保證整個施工質量與工作效率。現階段，我國地鐵項目普遍應用盾構法建設工藝，大大提升了整個地鐵項目的施工技術水平。盾構法是一種全機械化的施工技術，可以提高地鐵工程盾構法的施工質量和效率，保證施工機械的正常運轉。

1 盾構法原理與優缺點分析

1.1 原理

盾構技術主要是指在地表以下進行暗挖隧道施工時，在開挖過程中，盾構的盾構機殼體可作為周圍土壤的臨時支撐物。在盾構機的保護下，開挖隧道將各段進行組裝和襯砌，形成永久性的砌體。它是一種綜合性的施工技術，在圓柱狀的施工作業面內配備著盾構刀盤、出土傳送帶、盾構出土口結構、螺旋出土口裝置和運輸列車編組裝置等各類部件，這也是隧道開挖的主要設備。同時地面上裝備著壁后注漿漿液攪拌站、垂直運輸門吊等專用機械設備。盾構法的主要內容是：首先在工程項目某個區段的一端開挖豎井或者基坑，然后將盾構機及零部件吊裝到軸的預定起動位置，組裝整機進行調試。在項目施工中主要沿著軸線進行設計，盾構從其豎井的墻壁預留孔出發到另一個豎井的墻壁預留孔，當盾構推進時會受到土層阻力，而盾構機之內的千斤頂則可以通過拼裝好的管片，在通過襯砌提供相應的反力，使盾構機能夠向前進行掘進，直至到達預定接收豎井或基坑時，掘進結束。盾構法作業時，應結合地下水位的不斷變化，預防地面發生沉陷，做好防水、施工測量監測等，才能保證其他施工技術的順利進行[1]。

1.2 優點

依照現階段盾構法施工在項目領域中的運用分析，其優勢為以下幾點：質量控制的難度系數相對較小，其施工經濟性更為明顯；不會對現場施工環境造成影響，能夠合理控制地下水位；施工操作整體的穩定與安全性逐漸提高，有關人員勞動強度也會降低，且工作效率極高；機械自動化程度較高。

1.3 缺點

盾構法缺點具體表現為：工程費用較高，所以就需花費較多的項目預算。而在技術泛用度上，由于施工工程本身需要針對每條挖掘線路進行詳細分析，所以大多數的項目方案都不能混用，這也導致了盾構隧道挖掘成本再一次提升。由于盾構器械具有較大的體積，所以對于一些隧道曲率較小的施工來講，其施工難度會大大增加。另外，雖然說盾構法對地下水含量較高的施工有一定的適應性，但在松軟泥土的處理上，其地表沉降較為明顯，所以對施工整體技術的要求也整體較高。而對于施工人員來講，盾構法的施工環境也相對較差，所以也需要工程為施工人員配備相應的勞動保護設備，以避免施工污染對人體健康造成巨大威脅。

2 地鐵盾構法施工技術控制要點分析

2.1 管片安裝

盾構機頂進工作達到一定施工標準后，施工企業要依照地下設施的標準要求，組織專業人士深入到現象開展襯砌處理。盾構法在進行掘進工作時起到了良好的支撐作用，但在施工作業完成之后，襯砌應作為建筑物永久性的承載力，應發揮其支撐作用。

對于地下設施工程建設來說，由于施工工作中主要采用鋼筋混凝土或是預應力鋼筋混凝土砌塊，由于砌塊形狀多樣性，所以為了能夠達到更好的施工效果，有關人員需要依照施工現場條件進行準確分析，掌握盾構直徑等相關情況，確保各個分割數的科學性。對比之下，其矩形砌塊結構較為簡單，砌筑施工也相對更為便捷，在施工工作中即使出現偏差，其糾偏處理也更加容易，但其缺點主要體現為整體性不足。對比矩形砌塊，梯形砌塊其整體性較好，施工現場作業中，一般在條件允許的狀況下選擇梯形砌塊，但該類砌塊在實際砌筑工作時，對安裝技術工藝有著更高的要求，一旦出現誤差，其糾偏調整難度較大，安裝過程要遵守相應的技術規范。此外，砌塊的連接處理中主要包含了平口與企口，其后者接縫防水性相對比較高，但拼裝時其安裝技術要求也更多[2]。

2.2 下放和始頂

在通過盾構法進行地下設施施工建設過程中，盾構機是尤為關鍵的設備。整體盾構能夠在起重設備的幫助下可以順利下放至起點井的位置，該環節和頂管施工下管工作原理極為相似。一旦在施工工作中面臨大直徑盾構工作時，由于搬運技術整體難度較高，施工人員可開展現場組裝或是工作坑內進行裝配解決該類問題。而當盾構機下放到工作坑導軌后，要從起點井開始，逐漸沒入土中，在該項作業階段可以應用千斤頂完成整個頂進作業，由于盾構法是從起點井進入到土層，所以極易引發坍塌事故，所以要通過必要的措施對局部土層進行加固，千斤頂進行推進作業過程中，已經完工的砌塊環能夠更好地發揮支撐作用。依照項目實踐經驗，砌塊環總體長度30～50m，只有將其保持在該長度區間范圍內才可以更好地發揮自身支承作用。在相應施工工作前，現場作業人員還可以進行臨時支撐結構的設置，具體處理如下：當盾構被埋入至土層之后，應在其起點井的后背位置與盾構襯砌間的距離之內，設立相對應的圓形狀木環，該類木環外直徑均應與砌塊環內外徑保持一致[3]。

2.3 盾構機的推進

盾構的推進依靠強大的推力進行，采用千斤頂以達到所需推力，保證盾構機向前推進。目前主要采用土壓平衡盾構機。面對開挖工作面進行掘進工作時，盾構機會面臨強大的前進阻力。掘進阻力主要包括正面盾構機刀片與掘進作業面的阻力和機體與四周土體之間的巨大摩擦力。推力過小會影響施工進度，如果推力過大就會造成其工作面土體出現擠壓，造成地面隆起。在施工過程中要注意前方土層地質狀態，根據每一層地層應力的不同，具體問題具體分析。盾構開挖的速度通常由千斤頂產生的推力與前進土壤數量來決定。在施工要求掘進工作進行時，研究和經驗表明合理的推動和速度應設置在20～40mm/min，當遇到軟硬不均的土層時，根據施工條件和工期要求可以適當調低掘進速度，并且應盡量使掘進過程中的速度保持恒定，過快或過慢都不利于盾構姿態的控制。在土壓平衡動態施工中，一旦發現盾構姿態偏移，盾構機操作人員要合理選擇千斤頂區壓和鉸接，正確調整千斤頂受力分布。它還有助于通過調節盾構后部的注漿來進行偏移調整[4]。

2.4 壁后注漿

在施工過程中，為了方便進行開挖與管片拼裝，通常盾構機的刀盤直徑略大于隧道自身的直徑，這就會引起襯砌管片脫離盾尾后，在其襯砌外出現一定的縫隙。盾構間隙在圍巖發生變形塌落前會及時開展高壓注漿，填充間隙使得圍巖達到應力平衡，并穩定其底層，可以預防隧道周圍地基產生較大變位，還有利于襯砌更好地防水，確保管片襯砌在施工早期的安全性及合理性。同步注漿技術主要是指盾構挖掘與注漿工作可以同時展開，利用在盾構殼體外側安裝注漿管或是注漿孔所進行的壁后注漿方法。除了隧道的不透水性外，它還可以防止盾尾水滲入密封土倉而造成的噴涌；二次注漿是指考慮到盾構機在穿越過施工段后，進入下一施工段，主要是為了達到環境保護及整個地鐵隧道的穩定等目標，例如前一施工段發現其同步注漿存在施工缺陷的地方，可通過其管片中注漿孔開展二次補注漿。同步注漿的補充過程中可能存在質量缺陷部分或是同步注漿類各項材料的體積會發生收縮，進而形成空隙，這樣可以達到降低盾構機出現沉降目的，并降低地鐵項目自身防水的主要壓力，提升其整體防水效果。通過大量以往工作經驗和實踐證明，注漿工作是地鐵盾構法作業中的主要內容，只有將注漿工作控制好，才能夠保證其地面沉降值控制到10mm 以內，從而保證地表建筑質量安全[5]。

2.5 盾構接收階段

該階段是盾構施工最后的階段，對整個盾構使用效果有著一定影響，一般情況下，其主要是以貫通前最后50m 的范圍作為到達階段。所以施工者應在具體使用中綜合考慮施工多個要點內容，例如觀測洞門位置的探孔是不是有滲漏問題，加固土體，確保達到標準要求和隧道軸線位置的重新評估、盾構基座加固和洞門止水簾布的合理安裝等。另外，在現場施工中應合理布設控制點的導線，使得盾構機可以依照既定姿態和要求平穩進入到洞中。同時掘進至離洞口位置封門的100m 時，應做好軸線位置的推進和測量，調整好軸線；切口應在距離封門10m 時，合理控制土量。距離一旦超過300～500mm 時，應立即停止推進工作，確保切口開挖面總體壓力能夠降到最低，保證盾構機接收工作的安全性。另外，當盾構機達到站前的20d時，才能進行盾構各項準備事項。

3 結語

總之，想要保證地鐵項目施工的整體質量，需要對盾構施工法進行更深入的分析和研究，對其主要技術工藝要點進行重點管控，要不斷提升盾構法施工技術水平，總結以往經驗，只有這樣才可以真正發揮出盾構施工技術的優點，并克服其自身存在的缺點。