地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)探析

張恩榆

摘要：隨著城市規(guī)模的迅速擴大和城市化的快速推進，世界各地的農(nóng)村人口都在慢慢向城市集中。人們的日常生活日益向地下空間發(fā)展，為地鐵建設(shè)創(chuàng)造了各種優(yōu)勢。盾構(gòu)法是地下空間地鐵施工中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。此后，我國城市軌道交通建設(shè)進入快速發(fā)展的新時代，地鐵對地下空間的利用必將在很大程度上緩解大城市的交通擁堵。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)法;施工技術(shù);探析

引言

對于城市地下工程的施工，通常有盾構(gòu)法、采礦法、新奧法和明挖法，不同施工方法的適用條件和優(yōu)缺點會有所不同，盾構(gòu)法施工由于其自動化程度高，人工作業(yè)成本較低，掘進速度也較其他幾種方法快，不受季節(jié)和天氣的影響，施工過程噪音低，對地面建筑物影響程度小等優(yōu)點，從而成為地鐵隧道建設(shè)中使用頻率最高的一種施工方法。如今盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)更為完備、成熟，正朝著工程的大型斷面、特殊斷面、超大深度、超長距離方向快速發(fā)展，也向著操作智能化、自動化，掘進過程高效化的方向發(fā)展。因城市地鐵主要是為了方便人們出行，因此地鐵建設(shè)多數(shù)位于交通要道和人員密集區(qū)域，周圍環(huán)境復(fù)雜，容易影響到地下管線和地表建筑物。隧道施工時，除了要保證施工人員人身安全，還要盡可能地保證地下管線及地上建筑物不受影響，減少對人們?nèi)粘Ｉ畹母蓴_。盾構(gòu)施工工藝復(fù)雜，控制因素多，常出現(xiàn)土體擾動，形成地表的塌陷或隆起、地層的不規(guī)則移動等現(xiàn)象。一旦盾構(gòu)施工中產(chǎn)生的地層沉降超出一定閾值，將會導(dǎo)致地面上的房子等建筑傾斜，橋面、路面等斷裂，危及周邊群眾的生命安全[1]。

1盾構(gòu)施工工法

盾構(gòu)技術(shù)主要是指在地表下修建地下隧道。在開挖過程中，盾構(gòu)的盾構(gòu)機殼體可以作為周圍土壤的臨時支撐。在盾構(gòu)機的保護下，開挖隧道，分段拼裝襯砌，形成永久砌體。它是一項綜合施工技術(shù)，是在圓柱形施工面內(nèi)配備盾構(gòu)刀盤、掘進輸送帶、盾構(gòu)掘進開口結(jié)構(gòu)、螺旋掘進開口裝置、運輸列車編組裝置等部件的專用隧道掘進機械。同時，地面設(shè)有墻后注漿漿液攪拌站和垂直運輸門吊等專用機械。盾構(gòu)法的主要內(nèi)容是：首先在隧道的某一段一端開挖豎井或基坑，可作為盾構(gòu)的始發(fā)井和接收井或始發(fā)基坑和接收基坑。然后將盾構(gòu)機及其部件吊裝到預(yù)定的豎井起始位置，組裝整機進行調(diào)試。在隧道中，沿設(shè)計軸線，盾構(gòu)機從豎井壁上的預(yù)留孔開始，到另一個豎井壁上的預(yù)留孔，盾構(gòu)機前進時會受到土層的抵抗。盾構(gòu)機中的千斤頂可以利用拼裝好的管片和襯砌提供的反作用力，使盾構(gòu)機前進，直至到達預(yù)定的接收井或基坑，開挖完成。盾構(gòu)施工還需要將地下水位的降低、防止隧道和地面沉降的土壤加固措施、襯砌的封堵和防水、施工測量和監(jiān)測技術(shù)、合理的施工布置等施工技術(shù)緊密結(jié)合起來。

2地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)探析

2.1合理設(shè)置土壓力值

不同隧道覆蓋厚度引起的土艙壓力也有差異。在盾構(gòu)刀面施加的土壓力均勻匹配的情況下，土體不會受太大攪動，地層位移和沉降問題也基本不會出現(xiàn)。當原靜止土壓力無法承受盾構(gòu)刀盤面施加的壓力，則土體易在壓力差下會產(chǎn)生形變和位移，從而導(dǎo)致地面的隆起。開挖面的穩(wěn)定和倉內(nèi)外土體的壓力差值、出土量有著相互關(guān)聯(lián)。通常控制兩者來穩(wěn)定開挖面。開挖面前方土體受干擾的范圍與開挖面的穩(wěn)定性有關(guān)，因此，控制土艙內(nèi)壓力，保持比土體壓力要高，以減少開挖面對土體的攪動。施工中，需要對特定地層的目標土壓實施動態(tài)監(jiān)控與測量，控制開挖面的土壓在合理的范圍內(nèi)變化。一旦目標壓力值波動出現(xiàn)偏差，通過開挖面周圍土壓和出土量及時修正[2]。

2.2質(zhì)量管控措施

施工過程中安排專業(yè)技術(shù)人員對盾構(gòu)施工過程進行跟蹤控制，要求專業(yè)施工人員對管片施工質(zhì)量進行復(fù)檢，專職質(zhì)檢人員進行終檢，以確保盾構(gòu)施工整體施工質(zhì)量。做好施工人員安全、質(zhì)量交接班、崗前等日常教育、培訓(xùn)工作，做到人人心中有安全、員工處處重質(zhì)量，以提高所有施工人員全安全質(zhì)量意識，確保盾構(gòu)施工創(chuàng)品牌、提效益。盾構(gòu)機操作手、盾構(gòu)施工當班技術(shù)人員、監(jiān)控量測人員、試驗等人員均按各自分工做好當班相應(yīng)掘進過程記錄表，詳細記錄、統(tǒng)計每環(huán)掘進中各種施工參數(shù)，確保為盾構(gòu)施工值班工程師優(yōu)化參數(shù)提供可靠依據(jù)。盾構(gòu)施工值班工程師第一時間內(nèi)根據(jù)當天盾構(gòu)掘進實時參數(shù)和地面監(jiān)測等情況，時時總結(jié)分析，不斷調(diào)整、優(yōu)化掘進參數(shù)，始終使盾構(gòu)掘進施工盡量達到最優(yōu)狀態(tài)，使管片拼裝、同步及二次注漿等處于合理可控狀態(tài)，確保盾構(gòu)掘進、管片安裝等施工質(zhì)量。針對盾構(gòu)施工制訂相應(yīng)的盾構(gòu)施工質(zhì)量管理考核制度，采取質(zhì)量獎懲措施，不斷提高盾構(gòu)施工人員的質(zhì)量意識。

2.3掘進速度控制

在盾構(gòu)機的工作過程中，掘進速度也是影響工作環(huán)境安全的重要指標。在實際應(yīng)用中，盾構(gòu)機掘進速度會受到盾構(gòu)設(shè)備進出土層時的速度影響，若進土速度出現(xiàn)了較大波動，那么在應(yīng)用中很容易出現(xiàn)土層失穩(wěn)的問題，從而增加相應(yīng)病害問題的發(fā)生概率。在對其進行安全管控時，需要合理控制盾構(gòu)機工作周期，均衡盾構(gòu)機的連續(xù)作業(yè)狀態(tài)，并且在出現(xiàn)異常情況時，也需要及時停止繼續(xù)工作，并對盾構(gòu)機正面土層進行暫時封閉，待異常情況完成處理后再恢復(fù)到正常狀態(tài)，以提升作業(yè)環(huán)境的安全性[3]。

2.4地質(zhì)水文等條件管理

盾構(gòu)機穿越地層的地質(zhì)和水文條件，地面建筑物和構(gòu)筑物的劃分和結(jié)構(gòu)。必須提前進行地質(zhì)分布補充調(diào)查和地面走訪調(diào)查，熟悉掌握盾構(gòu)機需掘進地層的巖土特性、水文情況，摸清地下管線及地表建構(gòu)筑物的特征及相關(guān)信息，明晰盾構(gòu)機與其以上信息的相互關(guān)系及影響程度，制訂切實可行的技術(shù)措施，確保盾構(gòu)機在掘進過程中自身安全以及影響范圍內(nèi)建構(gòu)筑物的安全。

2.5盾構(gòu)掘進姿態(tài)控制

在施工質(zhì)量安全控制體系中，也要做好盾構(gòu)掘進姿態(tài)的控制。在具體的管理過程中，其核心內(nèi)容是將盾構(gòu)機前進狀態(tài)和既定軸線的偏差控制在允許范圍內(nèi)，以確保盾構(gòu)機前進方向的合規(guī)性。根據(jù)現(xiàn)行的管理條例可以了解到，盾構(gòu)機在掘進過程中，其允許偏差值應(yīng)控制在±50mm以內(nèi)，在出現(xiàn)偏差問題后，需要遵循逐步糾正的方法進行調(diào)整，禁止使用猛糾硬調(diào)的方法來恢復(fù)正常推進范圍，以確保作業(yè)過程的可靠性和合理性。

2.6管片拼裝過程控制

在盾構(gòu)掘進過程中，管片是一個非常核心的施工部件，在盾構(gòu)殼體的保護下，在盾構(gòu)機尾部組裝成一個環(huán)，從而形成隧道結(jié)構(gòu)，這也是體系管控中的重要環(huán)節(jié)。在具體的管控過程中，應(yīng)注意以下三點內(nèi)容：第一，做好管片制作過程的監(jiān)管，委托駐場監(jiān)理對于管片的生產(chǎn)過程進行監(jiān)督，確保材料出廠后的合規(guī)性;第二，在管片進場前需要對其進行質(zhì)量驗收，并會在空曠區(qū)域完成預(yù)拼裝，以此來校驗材料的合規(guī)性，對于不滿足要求的管片也會及時進行調(diào)換，確保其應(yīng)用質(zhì)量;第三，做好施工過程的監(jiān)督工作，在管片成環(huán)后做好質(zhì)量驗收，及時返工不合規(guī)部位，提升管片的應(yīng)用效果[4]。

2.7盾構(gòu)機的推進

盾構(gòu)機主機的推進依靠強大的推力，通過千斤頂來達到所需的推力，以保證盾構(gòu)機向前推進。目前，大多數(shù)城市普遍采用EPB盾構(gòu)模式。面對開挖面的開挖，盾構(gòu)機面臨強大的前進阻力。掘進阻力主要包括前方盾構(gòu)機葉片與掘進面之間的阻力和機體與周圍土體之間的巨大摩擦力，所以盾構(gòu)過程所需的推力必須大于這兩個阻力之和，否則推力過小會影響施工進度，而掘進過程中使用的推力過大可能會擠壓工作面后方的土體造成上抬和應(yīng)力集中。施工過程中，應(yīng)注意前方土層的地質(zhì)狀態(tài)。根據(jù)各層受力不同，具體問題具體分析，采用不同的渣倉壓力。盾構(gòu)機的掘進速度通常由千斤頂?shù)耐屏屯七M土量決定。在正常施工要求下，研究和經(jīng)驗表明，合理的掘進速度應(yīng)定在2040mm/min。當通過不均勻的軟硬土層時，可根據(jù)施工條件和工期要求適當降低行駛速度，并盡可能保持行駛速度不變。過快或過慢都不利于推進坡度、自轉(zhuǎn)角度、平面方向等盾構(gòu)姿態(tài)的控制。在土壓平衡動態(tài)施工中，一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機姿態(tài)偏差，盾構(gòu)機操作人員可以通過合理選擇千斤頂和刀盤的方向，調(diào)整千斤頂推進力的分量分布和盾構(gòu)機的姿態(tài)。調(diào)整盾背注水注漿也有助于調(diào)整掘進過程中的偏差。

2.8止水防噴

（1）改良渣土。利用分散泡沫改善渣土可以提高刀盤扭矩。（2）增加盾殼環(huán)箍。在盾殼徑向孔注入克泥效，在盾殼外形成環(huán)箍，以封堵后方來水。（3）加止水環(huán)。在盾尾后第3、4環(huán)開孔注入水泥-水玻璃雙液漿，形成止水環(huán)，封堵管片后方來水。（4）使用AB料漿液注入系統(tǒng)。AB料漿液注入系統(tǒng)投入使用，當帶有A液的水泥砂漿與B液混合后，可以縮短漿液凝固時間，避免漿液被水沖散。（5）使用聚合物。使用聚合物進行渣土改良，出渣順暢，沒有噴涌現(xiàn)象，效果較好。（6）配置真空泵。在盾尾配置真空泵，可提高清渣效率[5]。

結(jié)束語

盾構(gòu)技術(shù)在中國城市地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用的同時，不同地理區(qū)域的工程實踐也給中國工程師提出了各種問題，因此，為了保證地鐵工程施工質(zhì)量，中國的學(xué)者們必須對盾構(gòu)法施工技術(shù)進行深入研究，對主要施工技術(shù)要點進行重點控制，不斷提高其施工技術(shù)，總結(jié)經(jīng)驗，這樣才能充分發(fā)揮盾構(gòu)法的優(yōu)勢，不斷克服自身的缺點和不足。

參考文獻：

[1]董齊蕾.淺析地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2018（04）：181.DOI：10.16141/j.cnki.1671-8089.2018.04.144.

[2]高立群.地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)經(jīng)濟與控制技術(shù)分析[J].中華建設(shè)，2013（08）：156-157.

[3]賀奇峰.淺談地鐵盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)機轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（15）：97-98.DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2013.15.034.

[4]何海超.地鐵盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)機轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.，2011：58-59+65.

[5]張原平.淺析地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)要點及質(zhì)量控制措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（23）：116-117.DOI：10.13612/j.cnki.cntp.2010.23.062.