城市軌道交通盾構法隧道施工技術分析

孫福雙

中交一公局第八工程有限公司，天津 300170

1 工程概況

成都軌道交通17號線一期工程TJO8標線路全長6.02km，線路沿香榭大道、永康路東西方向布置，包含2站3區間，從西往東依次為九江北站到白佛橋站區間、白佛橋站、白佛橋站到機投橋站盾構區間、機投橋站、機投橋站到終點接收井盾構區間。其中，九江北站到白佛橋站區間明挖段位于雙流區，九江北站到白佛橋站盾構區間依次穿越雙流區、武侯區；其他結構位于武侯區。

2 盾構法隧道施工技術及其應用

2.1 前期準備

首先，在正式開始施工之前，需要對場地進行科學規劃。場地規劃主要包括臨建設施和臨時設施兩個部分。臨建設施需要結合政府要求，進行圍擋等設施建設，并將施工線程生活區、生產區等進行科學劃分，設置好相應的安全生產標語。臨時設施包括碴坑、管片堆放場、砂漿拌和站、充電間、材料堆放場等，要確保區域劃分清楚明確，為后續施工提供保障[1]。

其次，做好人力資源配置，在實際施工過程中需要根據施工組織管理、工程量等各方面信息合理配置施工人員。在該工程中一共設置了4個盾構施工班組，其中2個班組為施工工班，1個是臨工班，1個是注漿班，此外還包括機電維修班組、技術測量班組以及渣土運輸隊。

最后，做好盾構機的選型、進場工作。需要結合實際施工情況科學合理地選擇可靠的盾構機，與可靠的供應商合作，保障盾構機的基本功能符合要求，并具備在成都這種復合地層長距離挖掘的能力，能夠精準地控制方向等。根據該工程實際項目需求，選用的盾構機為中交天和盾構機。盾構機盾體外徑為8580mm，刀盤外徑為8634mm，設備包括主體（由刀盤、前體、中體、盾尾4大件組成）和后置配套設備（由連接橋、管片拼裝機、螺旋機、拖車等組成）。其主體設備部分大而重，根據中交天和盾構機設備參數和吊裝井口平面尺寸圖，并結合以往盾構機的吊裝經驗，擬采用300t履帶吊或200t汽車吊作為主力吊機進行吊裝作業，200t汽車吊作為輔助吊機配合300t履帶吊進行翻身作業，入井作業順序是先將拖車、連接橋等后配套（含螺旋機）設備吊裝入井，再將中體、前體、拼裝機、盾尾、刀盤依次吊裝入井。

2.2 盾構機的調試

盾構機的調試方法主要包括空載調試和負載調試。在實際施工過程中，為保障盾構機的性能和施工效果，需要進行這兩種調試。在盾構機組裝連接工作完成之后，就需要進行空載調試，檢查盾構機是否能夠正常使用和運行，主要包括配電、潤滑、控制、注漿等系統的調整以及相關儀表的校準。在空載調試完成之后，需要進行負載調試，檢查設備負載能力，并進一步完善設備調試工作，確保設備能夠滿足其工作需求，且處于正常狀態。該工程中負載調試試掘距離為200m。

2.3 掘進施工

（1）參數選取。在進行挖掘施工之前，需要先結合實際情況確定好掘進參數。區間最小曲線半徑為600m，最大縱坡為27.5‰；隧道外徑為8.3m、內徑額外7.5m；管片長度為1.5m，厚度為0.4m。該工程中，結合實際需求和施工現場特點選用了土壓平衡式盾構掘進模式。

（2）施工步驟。①先使用切刀和掛刀削切土層，在此過程中，不僅要控制盾構轉速，還需要以大扭矩推進。②在實際掘進的過程中，需要合理控制土倉內土的壓力值，確保其稍高于靜水壓力以及地層土的壓力和，土壓力值應為二者之和的1～1.3倍，并且在實際施工掘進的過程中還需要結合實際情況不斷進行合理的調整。③在實際施工過程中，土倉壓力是通過對掘進速度以及排土量的調整和設定而控制的，此外，為保障土倉壓力始終處于一個相對穩定的狀態，需要控制好切削土量和排土量，保障二者之間的平衡。④為保障掘進施工的順利性以及流暢性，需要在實際作業的過程中及時調整掘進的速度和方向，通常，可以通過控制盾構推進力、扭矩等實現對于掘進速度的控制和調整，通過控制螺旋輸送機的轉速控制設備的排土量。在實際施工的過程中，需要結合現場實際情況，及地質情況、渣土的性質和當下盾構機的狀態等，及時合理地調整相關參數。除此之外，在使用土壓平衡模式進行掘進施工的過程中，還需要采取相應的碴土改良方法，對現場挖出的土層進行取樣篩分，為盾構渣土改良的優化提供數據支持。

案例工程中，針對盾構刀盤結構、地層情況、盾構推進情況，以渣土改良為施工控制重點，多次調整改良方式及添加劑種類，并邀請專家及添加劑廠商進行現場指導溝通，經歷膨潤土+水、膨潤土+泡沫、膨潤土+泡沫+水、泡沫+水等多種方式，逐漸摸索出了適合施工區間的泡沫+水的渣土改良方式，以及添加劑種類和注入量。即將刀盤加泥管路全部改為加水管路，確保盾構在每環（1.5m）加水量不小于8m3；采用進口優質巴斯夫+分散劑泡沫原液，加大泡沫發泡倍率，將泡沫發泡倍率由1～8倍提高到12～13倍，單根泡沫管液體流量不小于30L/min，氣體流量為360～450L/min。掘進過程中再利用水輔助改良，且控制每環加水量不小于8m3。掘進過程中注意對渣溫的監測，正常情況下渣溫應小于30℃。在盾構掘進過程中嚴格控制同步注漿量與注漿壓力，砂卵石地層中環寬1.5m按照12m3控制，注漿壓力控制在200～400kPa，保證管片壁后注漿飽滿。在做好同步注漿的同時，在盾尾脫出管片5～10環開始進行二次注漿。

（3）掘進方向控制。實際施工過程中，在土壤性質、隧道地形等的影響下，盾構機作業并不一定會按照原有計劃推進，會存在偏差，如果偏差超過允許范圍就會導致各種問題，甚至造成大面積地表沉降，嚴重影響施工質量和進度。因此，在實際施工過程中，及時對盾構掘進方向進行控制和調整是十分重要的。常見的方向監測方法是在使用VMT自動導向系統的同時輔以人工測量進行盾構方向的監控，調整盾構機姿態方向時，可以采用分區操作盾構機推進油缸的方式。此外，還需要加強注意不同掘進位置對于盾構機姿態有著不同的影響，因此需要針對不同情況采取合適的調整方法，如在急轉彎以及變坡段位置，可根據實際情況借助盾構機的超挖刀進行局部調整。另外，在實際操作的過程中，調整刀盤轉向時不要過快地進行轉換，以避免管片破損[2]。

2.4 管片拼裝

（1）拼裝工藝。在實際進行管片拼裝施工的過程中需要注意以下要點：①為保障管片的有效應用，在進行管片選型之前需要對隧道線型進行充分了解，結合施工現場實際需求選擇合適的管片，并且要充分考慮實際安裝過程中盾尾間隙的問題，保障其能夠滿足后續掘進要求，避免盾尾與管片的直接接觸。②實際安裝時要從隧道底部開始，最后進行封頂安裝。③在最后安裝頂塊之前，需要處理好止水條，保障其插入和調整的順暢性。④在安裝好管片之后，需要使推進油缸與管片之間緊密接觸，并且確保頂推力比固定管片需要的力大。⑤在安裝好管片之后要進行整圓操作，在分離管片和盾尾后，還需要再次進行緊固操作。管片拼裝工藝的主要技術流程如圖1所示。

圖1 管片拼裝工藝流程

（2）技術措施。①加強對管片質量的檢查，嚴禁有質量問題的管片入場，并在運輸和吊裝的過程中加強對管片的保護，避免其破損。②需要先將管片清潔干凈之后，再粘貼止水條等，使粘貼穩固。另外，還需要在材料保管區域采取相應的防雨措施。③由于管片和安裝區的銜接質量會受到臟污影響，在安裝之前需要對這兩處進行清理。④在安裝管片的過程中需要加強對待裝管片與已裝管片之間的控制，保障銜接良好。⑤在實際注漿的過程中，為進一步保障施工質量效果，需要控制好注漿的壓力。通過上述操作確保管片安裝的質量，保障其符合設計要求和相關規范[3]。

3 結束語

綜上所述，由于盾構法對于地面交通以及周圍環境的影響都相對較小，而且對于各種環境和氣候都有著較強的適應性，該施工工藝得到了進一步的發展，在城市軌道交通建設工程中有著廣泛應用，相信隨著對盾構施工技術的不懈研究和深入應用，該施工方法在我國建筑工程領域將會有更廣闊的發展前景。