水利地下設施的盾構(gòu)法施工技術

李悅 深圳南山區(qū)水務局

現(xiàn)階段的工程建設領域，盾構(gòu)法的應用范圍越來越廣，在利用這一技術開展施工作業(yè)的過程中，有效發(fā)揮了襯砌和地下挖掘作業(yè)一體化的優(yōu)勢，保障了施工作業(yè)的順利完成。盾構(gòu)法雖然在多年的工程建設中得到了越來越多的應用，但在應用時尚存在很多的技術問題。尤其是水利地下設施施工建設中，因為工程環(huán)境的惡劣性，使得盾構(gòu)法施工時存在很多的技術難點。為提升盾構(gòu)法施工質(zhì)量和效益，工程企業(yè)在參與水利地下設施建設時，應從工程現(xiàn)場環(huán)境和施工要求著手，注重盾構(gòu)法施工各個細節(jié)的把控。

1.盾構(gòu)法施工技術的原理和優(yōu)缺點

盾構(gòu)施工法屬于工程領域中一種應用范圍廣的新型工藝，在具體應用中，主要是通過圓柱形組件根據(jù)隧洞軸線軌跡來向前推進和挖出土壤的過程，圓柱形組件的使用在施工作業(yè)進行中對挖出的空間起到了一定的保護作用。盾構(gòu)施工法在現(xiàn)場施工作業(yè)中的支撐作用明顯，對預防和控制地下水滲漏非常有效。在工程領域盾構(gòu)法一般難以被其他的工藝和技術取代。如果在施工作業(yè)進行時面臨的地層條件相對較差，且為長距離、高標準施工作業(yè)，盾構(gòu)施工法的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢也就凸顯了出來。根據(jù)當下盾構(gòu)施工法在工程領域的應用分析，其技術優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：質(zhì)量控制難度系數(shù)小，施工的經(jīng)濟性明顯；基本上不會對工程現(xiàn)場的環(huán)境造成惡劣的影響，可以有效對地下水水位加以科學控制；施工操作的安全性提高，人員勞動強度低，施工效率高；機械化程度高。但盾構(gòu)施工法同樣存在著一定的技術限制，具體表現(xiàn)為：一旦在施工作業(yè)中出現(xiàn)了隧道斷面情況，處理的技術難度較高，且面臨著較高的資金投入；在地層條件存在變化的情況下，施工作業(yè)進行中伴隨著一系列的安全風險；施工流程復雜且需要注意的技術要點多。

2.水利地下設施的盾構(gòu)法施工

2.1 下放和始頂

在利用盾構(gòu)法開展水利地下設施建設施工中，盾構(gòu)機是其中的關鍵設備。整體盾構(gòu)可以在起重設備的輔助下順利下放到起點井位置，這一環(huán)節(jié)與頂管施工下管作業(yè)原理十分相似。如果在施工作業(yè)中面臨的是大直徑盾構(gòu)作業(yè)，因為搬運的技術難度系數(shù)相對較高，工程人員可以通過現(xiàn)場組裝或者工作坑內(nèi)裝配來解決這一問題。當盾構(gòu)下放到工作坑導軌以后，從起點井到完全沒入土中的距離為盾構(gòu)始頂，在此作業(yè)環(huán)節(jié)應利用千斤頂來完成頂進施工作業(yè)，因為盾構(gòu)從起點井進入土層時極易出現(xiàn)坍塌事故。盾構(gòu)作業(yè)開展可以在一定程度上實現(xiàn)對局部土層的加固，盾構(gòu)千斤頂推進作業(yè)中，已經(jīng)砌好的砌塊環(huán)可以有效發(fā)揮其支承作用。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，砌塊環(huán)長度一般為30～50m，只有保持在該長度區(qū)間內(nèi)才能夠發(fā)揮其支承作用。在相應的施工作業(yè)之前，現(xiàn)場工程人員應進行臨時支承結(jié)構(gòu)的設置，具體處理如下：在盾構(gòu)沒入土中后，在起點井后背位置、盾構(gòu)襯砌環(huán)內(nèi)，設置相應的圓形木環(huán)，該木環(huán)的直外徑均與砌塊環(huán)的內(nèi)外徑相同。

2.2 挖土及頂進

水利地下設施的建設施工中，如果采用的是盾構(gòu)法施工作業(yè)，挖土和頂進同樣是這一施工技術應用中的關鍵工序。挖土方法的選擇與土的性質(zhì)、地下水分布情況都有著直接的關系，如果工程現(xiàn)場的土層密實度較高，更適宜采用手挖盾構(gòu)。施工人員在切削環(huán)保護罩中開展挖土作業(yè)，在不斷的挖土處理中工作面被挖成鍋底形，一次的挖土作業(yè)中，其挖深與砌塊寬度相同。為了確保在施工作業(yè)中坑道形狀的正確性，應將與砌塊間的空隙控制在施工標準中，貼進盾殼的土應由切削環(huán)切下。如果在掘進作業(yè)中無法直立對松散土層加以掘進，可以將盾構(gòu)刃腳首先切入工作面，隨后在保護罩切削環(huán)中繼續(xù)挖土作業(yè)，結(jié)合工程現(xiàn)場的土質(zhì)條件，選取最為恰當?shù)耐谕练绞剑_到局部挖土處理的效果。局部挖土以后所形成的工作面應進行支撐結(jié)構(gòu)設計。局部挖掘作業(yè)應從頂部開始，一旦在掘進作業(yè)中盾構(gòu)刃腳無法直接切入工作面時，可以采取先挖后頂?shù)氖┕し绞剑詫γ看蔚木蜻M縱深加以科學控制。

對盾構(gòu)掘進作業(yè)而言，為保障掘進作業(yè)的穩(wěn)步進行，工程人員應保持前方土體的穩(wěn)定性，只有在此基礎上的施工作業(yè)才更為高效且安全。如果掘進作業(yè)中面對的是軟土地層條件，現(xiàn)場施工人員應根據(jù)工程現(xiàn)場的地質(zhì)地形條件，選取有效的正面支護方式。掘進作業(yè)中的掘進軸線應嚴格根據(jù)前期的設計標準來進行，推進中每環(huán)都開展一次測量工作。如果掘進軸線偏離了設計方向，工程人員應根據(jù)偏差程度立即采取相應的糾偏處理，且糾偏處理應在推進時緩慢開展。只有當砌塊襯砌作業(yè)結(jié)束且達到了相應的施工標準以后方可進入盾構(gòu)頂進作業(yè)環(huán)節(jié)，在此過程中的推進速度控制尤為重要，工程人員應結(jié)合對地質(zhì)地形條件、埋深等綜合性因素的分析來保持推進速度的科學性。

2.3 管片安裝與注漿

盾構(gòu)頂進作業(yè)達到了相應的施工標準以后，工程企業(yè)應立即根據(jù)水利地下設施的施工標準，組織專人深入現(xiàn)場進行襯砌處理。盾構(gòu)法施工作業(yè)中的襯砌施工非常重要，直接作為盾構(gòu)千斤頂?shù)暮蟊扯嬖冢诰蜻M作業(yè)中可以起到一定的支撐作用，而在盾構(gòu)施工作業(yè)全部完成以后，該襯砌可以作為整個構(gòu)筑物的永久性承載結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其結(jié)構(gòu)支撐作用。

對水利地下設施項目建設而言，因為施工作業(yè)中多采用的是鋼筋混凝土或者預應力鋼筋混凝土砌塊，且砌塊形狀相對多樣，比如，矩形砌塊（如圖1所示）。為達到良好的施工效果，工程人員應根據(jù)現(xiàn)場施工條件的準確分析、盾構(gòu)直徑等基本情況，來保障每環(huán)分割數(shù)的合理性。相比之下，矩形砌塊的結(jié)構(gòu)相對簡單，砌筑施工相對便捷，即使在施工作業(yè)中出現(xiàn)了一定的偏差，糾偏處理也相對容易，但不足之處為結(jié)構(gòu)整體性不夠。梯形砌塊的整體性相對較好，現(xiàn)場施工作業(yè)中，在條件允許的情況下可以選用梯形砌塊，但這一類型砌塊的砌筑作業(yè)中，對于安裝技術有著極高的要求，若出現(xiàn)誤差調(diào)整糾偏難度較大，在砌筑與安裝施工中應遵守相應的技術規(guī)范。砌塊連接處理中包含了平口和企口，其中后者的接縫防水性能相對較高，但拼裝時的技術要求較多。砌塊連接時使用的是粘結(jié)劑連接方法，可以選用瀝青膠或者環(huán)氧膠泥等材料。

圖1 矩形砌塊

3.結(jié)束語

近年來，我國水利事業(yè)的發(fā)展迅猛，各種規(guī)模、類型的水利工程項目實施中，施工工藝和技術日漸成熟，但水利地下設施的施工難度較大，盾構(gòu)施工法非常有效，雖然盾構(gòu)法的施工優(yōu)勢明顯，但在施工過程中需注意的技術要點較多，工程人員應根據(jù)施工要求，注意盾構(gòu)施工每個細節(jié)的管理和控制。