城市軌道交通隧道盾構施工技術特點分析與應用

摘要：城市軌道交通大多采用地下修建的方式，很多城市采用盾構技術進行軌道交通工程項目隧道建設。盾構機是盾構技術順利實施的關鍵。結合城市軌道交通建設工程項目中的隧道施工特點，分析了盾構技術在該型工程項目中的應用，研究了盾構機在城市軌道交通隧道建設項目中的使用管理措施，同時指明了進行盾構機操作和維護保養的關鍵措施。

關鍵詞：盾構技術;隧道襯砌;管片拼裝;密封

0" "前言

為了節約城市土地資源，同時實現便捷通勤，城市軌道交通大多采用地下修建的方式。采用這種方式進行城市軌道交通工程項目建設，需要采用多種施工機械配合施工，簡單依靠人力不僅工期難以保證工期，施工質量更難達到預期目標。為了達到理想的施工效果，很多城市采用盾構技術進行軌道交通工程項目隧道建設。

利用盾構技術進行地下軌道交通隧道施工時，需要采用大型盾構機對地下土方進行貫通式開挖和掘進。在這一過程中，除了需要確保隧道支撐面不出現塌陷、斷裂和灌水之外，還要保證開挖和掘進過程的順利進行[1]。另外，還需要及時在開挖處進行灌漿操作，確保開挖面按照預定工藝要求形成具有一定結構強度和穩定性的襯砌，保證隧道工程項目順利竣工[2-3]。

由此可見，盾構機是盾構技術順利實施的關鍵。鑒于此，研究城市軌道交通工程項目隧道施工，需要圍繞提升盾構機的使用性能和維護保養水平來開展盾構施工特點的分析。

1" "盾構技術的發展歷程

盾構技術最早出現在20世紀70年代的美國，當時施工方利用初級盾構機Brunel盾構機，修建了內達科塔州的水壩，不僅施工質量完全滿足建設方的需求，施工效率創造了當年的記錄，同時施工成本只占之前完全由人力和其他機械配合施工時的70%。

這種新技術的出現刷新了人們的認知，很多工程項目建設過程中紛紛引進這種新技術，尤其是隧道工程建設項目，更是體現出這種施工技術的巨大優越性，很多國家的地鐵線紛紛采用盾構技術進行工程項目建設[4]。

隨著建筑工程機電技術的不斷進步，盾構機經過多年的更新換代和迭代改進，相繼出現了適用多種地質條件的機械式盾構機、氣壓式盾構機、閉胸式盾構機、大扭矩盾構機等不同類型。這不僅極大促進了工程項目的建設質量，而且使地下隧道建設更加安全、可靠。近年來，隨著人們對盾構技術的深入了解，更加意識到這種技術具有綠色、環保等性能，因此在隧道工程項目中獲得了更加廣泛的推廣和應用[5]。

采用盾構技術進行地下隧道工程項目建設，必須對施工區域周圍地質條件進行詳細勘測，根據巖土類型的不同選擇不同結構特點的盾構技術，搭配使用不同型號的盾構機。我國幅員遼闊，多種地形地貌并存，一般來說根據城市的地質結構特點可以分為四種類型，有些城市以砂卵為主，有些城市以巖層為主，有些城市以巖層和軟弱地層交變為主，有些城市以軟弱地層為主。針對這些城市的地質結構特點，可以采用明挖法、暗挖法、礦山法及盾構法等進行施工。在施工條件允許的情況下，優先選擇盾構法進行施工。

2" "盾構施工要點

2.1" "采取合理施工技術

為了在盾構法實施過程中取得理想的施工效果，同時確保施工質量和安全，進行盾構施工、選擇盾構機時必須要關注以下性能：

一是支護的穩定性。采用合理技術對地層及盾構正面土體進行支護，可以在保證結構受力穩定的同時，能夠保證土體不出現流失現象。

二是挖土掘進性能。在盾構正面有限空間內采用合理技術進行挖土，在促進順利掘進的同時，有利于節省施工空間。

三是排土運輸性能。在盾構機后采用科學合理技術進行土艙罐裝、排土，能實現土體的高效收集、快速運輸，避免土體大量堆積，影響后續工序的順利推進。

2.2" "做好隧道襯砌結構設計

為了配合盾構技術在城市軌道交通隧道工程項目建設中順利實施，需要做好隧道襯砌結構的設計工作。進行隧道襯砌結構設計時，重點關注盾構隧道管片的設計。結合地質勘測報告，對施工區域地基可能發生的不均勻沉降做出判斷，沿隧道建設的軸線方向選擇合適的斷面進行受力分析，根據分析出的隧道結構力學特征選擇合適的隧道管片，確保隧道在建設過程中能夠承受上方主、次載荷的壓力。

一般，選擇長期作用在隧道上方的受力作為主載荷，選擇隧道竣工后其上通行的人流、車流最大流量時引發的受力變化作為次載荷，并綜合考慮地震、水涌等特殊地質條件變化引發的偶發性載荷變化，綜合分析之后作為隧道襯砌結構設計的分析要點。

2.3" "關注盾構設備靈敏度

實際使用盾構技術進行隧道施工時，需要重點關注盾構設備靈敏度。當前，采用盾構技術進行軌道交通工程隧道施工項目建設，需要根據盾構管片和盾尾之間存在的空間比例，確定盾構頭部活動的靈活性。

盾構機在地下巖土層中使用時，正面部分被土層包裹而僅有少許的活動空間。相對而言，盾構機尾部的活動空間較大，因此進行盾構技術施工時，需要根據盾構機尾部的空間范圍進行盾構機姿態角和航向的調整，以滿足使用需求。同時，設計盾構機尾部長度時需要考慮可調整性，以便施工操作人員根據地下空間的大小，調整盾構機尾部的長度，實現對靈敏度的調整。

2.4" "做好管片拼裝

利用盾構機進行隧道工程的施工建設時，需要做好前、后兩環管片面之間接縫處的拼裝。不同方式的拼裝，使盾構機承受的壓力不同，從而產生不同的施工效果。前、后兩環管片面的接縫處在盾構推進時承受極大的壓力，在這接縫之間安放橡膠軟木襯墊能使整個環面均勻受壓，改善兩環管片間施工應力的作用條件，不使管片硬碰硬而破碎。可以采用通縫拼裝或者錯縫拼裝的方法進行管片拼裝，兩種拼裝方式需要根據施工區域地質環境條件及盾構機的承力性能最終確定。

由此可見，盾構技術有效改善了隧道工程的建設質量，尤其提升了軌道交通建設項目隧道工程的施工效率。盾構技術在施工過程中，綜合施工效果依賴于盾構機的選型和使用。

3" "盾構機使用管理

3.1" "做好盾構機的密封

盾構機在地下空間中使用，尤其是在各種特性不明且復雜的土層或者砂礫層中使用時，需要做好密封操作，防止軟土或者沙礫進入盾構機中影響綜合性能。盾構機的密封包括主驅動的密封和盾尾的密封兩部分。主驅動一般在盾構機出廠時就已經做好了密封，在使用過程中需要對密封狀態經常檢查，確保密封狀態始終良好，以增強其使用壽命。

另外，需要定期對主驅動進行清潔。因為主驅動承擔了盾構機的主要掘進動力，良好的清潔狀態能夠確保主驅動在工作過程中不受雜質的干擾，從而保持穩定的動力輸出。進行主驅動清潔的同時，需要做好主驅動的潤滑，檢查潤滑油脂的容量，測量潤滑油脂的工作溫度，確保主驅動關鍵轉動部位的潤滑狀態良好，以延長著驅動的使用壽命。

盾尾密封是防止施工區域土層、水層、砂礫層中各種雜質進入盾構機的關鍵。進行盾尾密封一般采用多層密封的方法，在各密封層之間充入油脂。盾尾密封一方面可以起到有效潤滑的作用，另一方面能夠防止地下水進入。

盾尾密封層中的油脂注入一般采用自動的方式，即由盾構機的工作程序按照預先設定自動注入油脂。當出現突發漏水的狀況時，可以采用人工手動注入的方式。當出現突發漏水情況時，需要停止盾構機工作并采用手動方式進行油脂注入，注入完畢后繼續進行盾構施工。不可以在突發漏水的狀況下強行施工，否則會對盾構機的正常工作狀態造成不可逆性的破壞。

3.2" "做好盾構機油壓驅動裝置定期檢查

盾構機油壓驅動裝置是盾構機的主要動力來源，在使用過程中需要做好定期檢查工作。液壓油要每隔一到兩個月要采集一次，經權威的檢測機構對液壓油的質量進行檢測，必要時更換液壓油。

部分型號的盾構機中，主油箱的進出油口都配有過濾網，用于過濾液壓油中的雜質，并且有壓力表和壓力傳感器顯示過濾網的工作狀況，每個班組都要對過濾網的情況進行檢查。當壓力達到一定值時，更換液壓系統的過濾網。只有保持盾構機油壓驅動裝置的清潔度和額定的壓力，才能確保盾構機始終處于良好的工作狀態，最終實現高質量、高效施工。

4" "盾構機維護保養

4.1" "按照“預防為主、用保并重”原則維護保養

盾構機屬于大型機械設備，在使用過程中除了按照規范的程序進行操作之外，更應該做好維護保養工作，確保盾構機始終處于良好的工作狀態。進行盾構機的維護保養時，需要遵照“預防為主、用保并重”的原則開展。

在盾構機每次投入使用之前，需要對盾構機的工作狀態進行全方位檢查，尤其是對于潤滑油的清潔度、關鍵部位的連接件狀態、螺絲的松動程度等都需要檢查，避免這些易損件在工作中出現意外，從而影響到整個工程項目的順利實施。

需要建立固定的狀態檢測機制，也就是需要定期對盾構機的工作狀態進行檢測。對于檢測中發現的故障需要及時進行修復，不允許盾構機帶著故障開展工作。另外，對于盾構機的操作、使用和維護保養，都需要安排專業人員進行，堅持持證上崗制度，沒有獲得相應資格證的人員不允許從事這些事情，從源頭上提高盾構機的操作和維護保養水平。

4.2" "加強相關人員的培訓

施工單位在隧道工程項目建設過程中，對于盾構機相關操作和維護保養人員的能力素質需要進行培訓。施工單位應該根據工程項目建設要求、施工地質特點、盾構機型號特點等，對相關人員開展培訓，及時向他們講解適合于該型盾構機的專業知識，避免操作人員帶著知識盲點參與到盾構施工過程中。個人因素給盾構機的工作狀態帶來破壞，將最終影響到盾構機的使用性能。

另外，還應該建立責任制，尤其對盾構機維護保養過程應做好記錄，應督促維護保養人員采用規范方法和質量性能良好的零備件進行保養，避免出現重使用輕保養，或者使用劣質件進行維護保養的問題，杜絕維護保養的不規范引發質量事故。

5" "結語

盾構技術是地下軌道交通建設項目中隧道工程順利實施的關鍵，該項技術的順利開展，不僅受到施工區域自然地質和水文條件的影響，也受到盾構機型號和性能的制約。本文結合城市軌道交通建設工程項目中的隧道施工特點，分析了盾構技術在該型工程項目中的應用，研究了盾構機在城市軌道交通隧道建設項目中的使用管理措施，同時圍繞開展使用操作和維護保養的關鍵環節進行了分析。

盾構技術的發展需要先進的理念作指引，在后續的研究中，應該圍繞盾構機的特點，開展特定型號盾構機在特定區域地質環境中的應用研究，進一步拓寬盾構技術的應用范圍，以促進城市軌道交通工程項目建設質量的整體提升。

參考文獻

[1] 高超.城市軌道交通隧道盾構施工主要技術分析[J].低碳世界，"2017，12（4）：2-4.

[2] 王軍飛.城市軌道交通隧道盾構施工關鍵技術探討[J].工程建設與設計， 2018，4（4）：2-3.

[3] 熊智陽.地鐵隧道工程沉管法與盾構法施工技術的對比分析[J].建筑知識， 2017，21（5）：84-86.

[4] 楊坤.城市軌道交通隧道盾構施工關鍵技術探討[J].中外建筑，"2019，11（4）：204-205.

[5] 陳明.淺析城市軌道交通隧道盾構施工關鍵技術[J].裝備維修技術， 2020，7（6）：1-3.