城市軌道交通盾構法隧道施工工藝研究

李保虎

（中交路橋建設有限公司，北京 100027）

1 引言

當前，盾構法被廣泛應用于城市軌道交通隧道施工中。盾構機作為盾構法的關鍵施工機械，在挖掘進程中可經過外殼與襯砌支撐隧道圍巖，在借助切削裝置開挖前方土體后，由出土設施向外運送渣土，利用頂進裝置沿著隧道設計軸線往前遞推，并同步通過預制拼裝管片與注漿工藝構建隧道結構。盾構法工序復雜且施工精確度及技術含量較高，具有創新性，需在不影響地面交通正常通行的前提下，實施相應的隧道施工。

2 盾構法施工特性

利用盾構法進行地鐵項目的隧道施工，具體內容包括穩定開挖面、開挖與排土、襯砌3 個部分。與其他類型的施工方法相比，盾構法具有自動化程度高、成本低、施工速度快、不會受到氣候影響等特點；同時，還可以有效控制地面塌陷問題，極大地降低對地面建筑物的干擾性。基于此，特別是對于一些埋深大、隧洞長的地鐵項目的隧道施工，運用盾構法能獲得較理想的經濟效益。

3 盾構法施工原理

運用盾構法進行地鐵項目隧道施工，不僅可以保證施工過程的安全性，還可以對管片支護起到保護作用。盾構機基礎構造包括盾構殼體、刀盤系統、螺旋輸送機等不同類型的裝置。在實際施工過程中，盾構法涉及的施工工序通常包括盾構機安裝與拆卸、土體挖掘、襯砌、拼裝和防水等。

選擇盾構法進行實際施工，現場工作人員需要先在某一個路段使用明挖法開挖基坑后，在其內部裝置盾構機，待盾構機準備就緒后，先向開挖面掘進一段等同于裝配式襯砌寬度的土體，并在裝置盾構反力設備基礎上形成外力支撐。

另外，要在盾殼掩護下借助千斤頂將切口環向前頂入土層進行地層挖掘與裝配式襯砌，安裝盾構反力架等設備，形成外部支撐，然后在盾殼的掩護下利用千斤頂將切口環向前項入土層進行地層開挖、裝配襯砌，隨后盾構靠頂在已拼裝好的襯砌環上的千斤頂向前的推力來克服盾構掘進中所遇到的地層阻力，從而在有利于盾構機掘進的同時，確保其能勻速連續前進。

4 盾構法施工技術

4.1 盾構機進出洞口施工

在地鐵項目隧道施工期間，現場工作人員在實際使用盾構機過程中，需注意以下施工要點：

1）重點控制盾構機進洞問題及出洞操作，因為這兩個環節會對整體隧道施工質量產生直接影響。

2）為保證盾構機順利進洞，需在施工前確定好線路，以防止發生與設計軸線偏差過大的問題。

3）鑒于盾構機出洞難度高、工作繁雜的特點，必須選擇科學合理的施工方法來進行系列操作，如預先加固處理洞口段地層，保證安全性。

4）在施工準備完成后，為避免土體暴露時長過長，要根據盾構機實際情況讓切口切入土層。

4.2 風井施工

以風井處地質的實際情況為基礎，加固該區域與盾構機進洞有關的地基，長度控制在6 m 內，其中5.4 m 要采用鉆孔灌注施工。因為風井關鍵點通常都設置在城鎮居民區附近，容易受到其他因素干擾，所以，必須要對其進行基坑圍護操作，同時，還要加固鉆孔灌注樁施工，而此過程要保證隧道直徑為7 m、水泥摻量為20%（由于進洞口洞圈上3 m 外的地區主要是弱加固區，弱加固區的水泥摻量為7%）。

值得注意的是，要在水泥攪拌樁與鉆孔灌注樁間進行加固，該環節重點在于需應用旋噴樁來實施關聯性加固。

4.3 盾構機挖掘施工

在使用盾構法對地鐵項目隧道進行整體施工過程中，由于盾構機進出洞口環節十分關鍵，因此，工作人員要嚴格遵循操作準則來控制施工全程，從而避免對四周環境（尤其是土體）造成干擾。必須保證盾構機姿態控制與盾構施工軸線控制均在T/CCMA 0063—2018《盾構機操作、使用規范》（以下稱“規范”）所規定標準的誤差范圍內。

4.4 盾構機穿越粉砂土層施工

與其施工設備相比，盾構機的環境適應能力較強，可在淤泥質土等軟土施工中獲得理想效果，但不適合在粉砂土層中施工，這其中主要有2 個難度：（1）土體液化；（2）土體流動性。

為避免上述狀況，可采用提升正面土體流動性與止水性方式。具體操作方法：（1）在規范所規定限度內提升土倉壓力，以保證不發生土體液化狀況；（2）利用盾構機加泥系統給土倉注入膨潤土漿液并混合到土倉里，從而在改變土倉內土體性質的同時，起到潤滑作用，以最終避免土體液化，改善土體流動性。

4.5 盾構機冷凍刀盤技術

盾構機在砂層、淤泥層、斷層等繁雜地質環境行進中，若開挖至建筑物下方，在刀盤驅動系統掘進時，需使用特別加固方法，因為一旦忽略此問題勢必會引發地面塌陷。一般來說，在地質環境不符合盾構機常壓換刀情況時，僅采用通常技術方法無法保證常壓換刀的安全性，這尤其體現在對該區域沉降的把控上。

針對此，2017 年，我國中鐵華隧聯合重型裝備有限公司創新研制出了世界第一臺具備冷凍刀盤和復合注漿系統的雙模式盾構機，其將冷凍法施工與盾構機相結合，在常壓換刀流程中可保證刀盤四周被冷凍與穩固，從而凍結圓盤；與此同時，該設備還能提升土層強度與穩固性，并隔絕地下水，以進一步高效降低盾構機穿越特殊區域時發生地面沉降的概率。

4.6 聯絡通道機械化施工技術

聯絡通道是關聯地下空間與地上空間的重要紐帶。通常情況下，聯絡通道一般在主空間施工完畢后才實施，所以極易被忽略。但是，現有聯絡通道施工重點是在經地層加固后采用礦山法來挖掘，而加固方法通常采用凍結法。凍結法在實踐中已被廣泛應用，但其存在一定的潛在安全風險，且施工時間長、成本高、施工效果一般。

對此，以微加固、可切削、嚴密封、強支護為基礎特性的聯絡通道微加固機械法T 接施工技術是較理想的解決方案。該技術主要在狹小封閉的隧道空間中實施盾構機開發與接收工作，并通過止水注漿施工技術和改變支護結構形狀完成微加固情況下對T 接隧道的施工。聯絡通道機械法見圖1。

圖1 聯絡通道機械法

聯絡通道微加固機械法T 接施工技術成功應用于寧波軌道交通3 號線聯絡通道工程實踐中。其十分符合城市地下空間研發標準，可降低聯絡通道施工干擾。此外，其還能縮減施工投入費用與減少施工周期，進而助力將聯絡通道達成機械化。

4.7 應用克泥效工法實現對盾構法施工沉降控制

盾構機在地下掘進過程中往往會擾動地層而引發變形。對此，可同步應用注漿技術將漿液注入盾尾后方，以補充盾體外殼與管片間的環形空隙，從而有效解決地面沉降問題。然而，由于盾構機刀盤外徑通常大于盾體外殼，因此，在盾構機盾體范圍內會在開挖輪廓與盾體間形成一個環形空隙，導致對盾尾進行同步注漿也無法抑制盾體四周土體發生變形[1]。

當地鐵項目隧道施工需穿過既有線或重大危險源時，針對地面沉降所對應的標準要求十分嚴格，故而一定要采取針對性策略來確保施工安全，以防止地層變形程度加深。對此，可采用克泥效工法。

克泥效工法基本原理：將黏土和強塑劑根據相應比例融合之后，二者可迅速變成高黏度、不硬化、變化性、抗稀釋性與擋水性強、抗沉陷性高的可塑性黏土，即黏度經過二者配合比方法發生變動。

在使用盾構法過程中，克泥效工法使用范圍較廣、普及度高，因為其不僅具備土壓平衡盾構的效果，還能滿足空隙填充和盾構機姿態控制問題，能夠給地鐵項目隧道施工帶來積極影響。

5 地鐵盾構法隧道采用盾構法施工的注意事項

5.1 創建施工安全生產保障制度

以安全生產各項規章制度為基礎，需進行的系列施工管理操作主要包括以下內容：

1）結合項目實際情況完善安全生產管理方案。

2）現場工作人員除需執行安全生產責任制度外，還要根據企業需求完成培訓工作，并創設安全生產教育的培訓檔案。

3）施工前，相關管理人員要確保施工現場符合安全生產管理規范與生產開工標準。

4）在施工進程中，需按期組織整體安全大排查工作，且記錄存檔。

5.2 告知事前風險與篩查潛在風險

施工前，需編制完備、可靠、高效的施工方案，務必遵循施工單位內部、監理單位、建設單位與建設主管職能部門的審批流程，且務必將每項施工計劃交底工作落實到位。

另外，施工單位需通過告知事前風險的方式使工作人員了解項目風險事故、風險成因、注意事項、事故預兆及處理措施等內容，并加強對施工場地四周環境與人員潛在風險的篩查，確保施工的安全性。

5.3 動態監管與評價事中風險源

針對施工過程中的重大風險源頭，需應用工程監測、場內巡檢與監控等方式，并遵照整體監視、兩類預警、險情直達模式來對事中風險源實施動態監測與評價。

5.4 完善事后突發危險事件應急對應方法

從項目整體出發，綜合其施工特性在全面預測施工過程中潛在危險事件后，對風險源進行推斷、解析與評估，并匯總常見事故種類。完成該環節后，要從根本上分辨風險源，編制事故綜合應對救援預案，嚴密遵照施工單位、監理單位、建設單位與建設主管職能部門的審批流程，同時，將應急預案交底工作落實到位。

6 結語

綜上所述，采用盾構法對地鐵項目隧道施工可發揮積極作用，與傳統的施工方式相比，盾構法雖工序復雜，但施工精度及技術含量都很高，具有自動化程度高、對環境干擾較少等優勢，且呈現出作業時間短、施工效率高等經濟效益。且隨著盾構施工技術的發展、成熟，盾構施工方法越來越受到重視和青睞，逐步成為地鐵隧道的主要施工方法，特別適用于大直徑、大埋深以及斷面復雜的施工現場。