城市軌道交通隧道盾構施工關鍵技術

摘 要：以城市軌道交通作為研究對象，采用理論總結與案例討論法，著重分析了隧道盾構施工技術的原理及應用。從盾構法施工原理出發，引入某城市軌道交通項目，著重分析了隧道盾構施工的技術流程及控制要點，指出了盾構施工的特殊性、適用性，說明在各城市軌道交通工程中大力推廣隧道盾構施工技術具有必要性。為減少隧道盾構施工的質量及安全問題，需分析軌道交通現場環境，合理選擇施工工藝與技術，加強全過程技術管理及質量控制，做到施工問題的早發現、早處理，提高盾構施工的規范性。

關鍵詞：軌道交通；隧道盾構；施工技術

中圖分類號：U23" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）10-0001-03

0 引言

隨著城市發展步伐的加快，大量人口涌入城市，越來越多城市都面臨交通壓力。為改善城市交通，大中型城市增大了在軌道交通項目中的投入，以構建更為完善的交通網絡。由于城市人口密度大、建筑物密集，軌道交通建設中面臨諸多限制，為順利完成施工作業，隧道盾構施工優勢明顯。一些城市軌道交通項目中成功應用了隧道盾構技術，而每一軌道交通項目都有各自的特殊性，相關人員需結合實際情況，優化隧道盾構施工作業流程和技術參數，構建完善的施工技術體系。

1 盾構法施工原理

盾構施工是將盾構機作為主要設備，盾構機罩作為掩護體，為開挖創造理想條件。開挖時盾構機能對未開挖部分起到臨時支護作用，使未開挖部分暫時承受四周巖體、地下水等施加的壓力，保持相對的結構穩定性。

盾構施工之前，相關人員需結合現場條件設置1口始發作業井、1口接收作業井。始發井負責盾構機、后配套設備的裝配，反力架、負環的安裝，及出土、管片運輸等始開挖任務，接收井負責盾構機到達、解體工作[1]。很多軌道交通項目在應用盾構施工工藝時，起始、接收均在車站末端。進入盾構施工段后，盾構機應沿設計軸線掘進?，F場需配備專業化監測設備采集盾構機運行速度、方向等數據，如發現偏位等情況，應立即糾偏。

2 工程概況

某城市地鐵工程左線隧道起點、終點分別為ZDK35+402.021、ZDK37+261，左線隧道全長1.86 km，其中，EPB/TBM盾構施工總長1 468.35 m，井下365 m。右線隧道起點、終點分別為YDK35+400、YDK39+265，全長1 865 m，其中EPB/TBM盾構施工長度為1 590 m。綜合本項目現場的地質環境調研，現場山體分布較多，地勢高低起伏較大，沿線地面高程在12.4～235.9 m。考慮到本城市項目環境的復雜性，盾構施工法較為適用。為滿足施工便捷性、安全性要求，配備2臺土壓平衡盾構機，開挖直徑為8.85 m，利用主動鉸鏈工藝，盾身總長13 450 mm。

3 施工重難點分析

3.1 地鐵沉降控制

本地鐵工程的盾構施工期間，局部路段存在穿越施工情況。如在實際的工作中未制定合理的穿越施工方案，伴隨著施工作業的持續進行，易因沉降等導致重大事故。經環境調查后，進行前期經濟性、技術性論證。穿越施工時有關人員需考慮諸多因素，做好沉降控制及預防。

3.2 隧道穿越斷裂層

本項目盾構段長度較長，各施工段的地質地形條件有所不同。在FD1、FD2斷裂層盾構施工時，存在風險高、技術難度大等難點。斷裂層巖體破裂寬度較大，達到了0.65 m、0.81 m，如盾構施工時未過多關注這一方面，將導致失穩問題。經前期調研，斷裂處節理裂隙分布較多，部分區域有軟弱與風化巖石，隨著施工作業的開展，地表水將逐步滲入到巖體內部，從而造成更大的結構問題。針對盾構施工工藝，在斷裂層盾構施工時，刀具可能出現一定的損傷，導致盾構施工難以繼續進行。

4 軌道交通地鐵盾構施工關鍵技術

4.1 盾構始發測量

本項目的盾構施工中，為提高施工質量，相關人員需做好前期的測量工作。但測量工作的難度較大，為減小偏差，相關人員需在盾構機安裝位置設置相應的測量儀器，以測定盾構機就位精度，獲取反力架、始發臺的位置、角度等。依據測量結果，相關人員需進一步分析地面沉降與安裝參數之間的關聯性，以調整施工參數，使設備、配套工具等的就位精度符合設計規定。結合盾構施工經驗，安裝反力架時將左右偏差、高程偏差、上下偏差分別設為10 mm、5 mm、10 mm左右。安裝始發臺時，水平軸線的垂直方與反力架夾角偏差應在2‰以內，盾構姿態與設計軸線豎直方向偏差也是如此，允許誤差應在2‰以下[2]。

4.2 管片點位選擇及安裝

盾構施工全流程中，管片點選擇及安裝為關鍵步驟。只有選定恰當的拼裝位置，方可達到盾位空隙規定，均勻的空隙條件不僅能為管片組裝提供場地條件，還能為小弧段盾構施工創造理想條件。在選擇點位、安裝管片時可以通過公式（１）計算。

C=WD/R " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （１）

式中，C、W、D、R分別為楔形量、管片環寬度、外徑、曲線半徑，單位均為mm。盾構施工時相關人員需根據設計方案中的這些參數，展開一定的分析、計算與論證。本項目中，W、D、R取值分別為1 600 mm、8 500 mm、600 mm，經計算后，C=22.67 mm，此數值遠低于46 mm。

此后繼續利用公式（２）進行計算。

P=46cos（a） " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（２）

式中，P、a分別表示楔形量（左側為負值、右側為正值）、直徑線夾角。

參考本項目設計方案，盾構機架的推進缸數量為19個，施工過程中相關人員需根據F段19個拼裝點位的拼裝點，計算楔形量。

4.3 確定掘進參數

掘進參數影響盾構施工效率、安全及質量。為提高本項目的盾構施工水平，有關人員在正式施工之前，需確定掘進參數。在分析現場地質條件、施工風險等條件下，本項目的掘進參數如表1所示。

5 地鐵盾構法施工技術控制要點

5.1 管片安裝

盾構機頂進作業達到特定要求后，有關人員需結合總體的施工規范及要求，在現場完成襯砌作業。掘進施工期間盾構機充當臨時支護結構，一旦相應的施工作業結束，襯砌需作為永久支撐結構存在。本地鐵施工項目中，主要為鋼筋混凝土、預應力鋼筋混凝土砌塊等材料。為達到預期的結構施工目標，有關人員需整合已有的項目資料，并進入現場了解真實情況，獲取盾構尺寸等參數，據此制定管片安裝方案。如與矩形砌塊相比，梯形砌塊的完整性好，但對施工人員的操作水平有嚴格規定。

盾構推進作業中，前后兩環管片之間的接縫位置將產生較大的壓力。為避免此壓力作用影響施工作業，一般需利用橡膠軟木作為墊襯，以處理接縫位置，維持相對均衡的環面受力條件，預防管片破碎。針對通縫拼裝作業，圓環發生變形的概率較大，如相關人員未采取合理化處理措施，圓環變形難以避免。一些情況下隧道剛度較差，縱向變形發生的可能性較高，再加上拼裝圓環接縫位置的壓密度差異，圓環表面的平整度難以達到預期目標。若相鄰兩塊管片在縱向上前后位置有明顯偏差，環向螺栓將很難穿過土體[3]。

5.2 盾構機的推進

當有足夠的推力時盾構機方可正常推進。施工現場需配備特定型號的千斤頂來保障推力。本項目的盾構施工中采用土壓平衡工藝，為減少盾構作業問題，相關人員需遵循設計要求完成盾構機的推進。開挖作業面施工時，因現場環境復雜，推進阻力較大，掘進緩慢。為避免影響盾構作業，有關人員進入現場排查原因，發現阻力為盾構機刃口與工作面阻力、機身與周圍土壤之間的摩擦力過大所引起。為此，施工期間相關人員需動態監測現場的土層條件，據此優化盾構作業參數。結合盾構施工經驗，掘進速度為重點參數，有關人員一般需參考掘進期間的推動力、掘進泥土數量等來調整掘進速度。一些路段為軟弱地層，此情況下相關人員需按照施工效率、安全等規定，適當減小掘進速度，但掘進速度不可過小。

5.3 壁后注漿

盾構作業中為提高開挖與管片組裝作業的便捷性，盾構機刀盤直徑要略超隧道直徑。此種情況下一旦襯砌離開盾尾，將產生過大的空隙。圍巖尚未變形、坍塌之前，盾構間隙要保持圍巖應力的相對平衡狀態，穩定地層條件，以應對圍巖變形、地層沉降。并由專人根據襯砌情況，選擇高性能防水材料完成防水施工。

同步注漿時要保持盾構機開挖與關鍵作業的時間同步性，以通過平行作業來提高施工效率及質量。施工期間，有關人員需在箱體外側布設若干注漿孔或灌漿孔，注意控制相鄰孔洞的間距，規范施工步驟，以增強隧道結構的防水能力。

通過施工區段后，進入盾構掘進的下一工段。不同工段之間的可靠銜接能夠增強隧道結構的完整性。如上一盾構掘進工段存在施工質量或者安全問題，未通過驗收，不得進入下一工段，需立即由專人根據在管片中布設的灌漿孔，進行二次灌漿。同步注漿期間如施工人員未嚴格執行技術流程及操作要求，將增大盾構機沉降風險，甚至在局部位置發生滲漏水現象。因此，針對盾構施工中的二次注漿作業，除了需把握注漿時機外，相關人員還需要根據二次注漿的目的、作業要求等，合理配備漿液，并控制注漿壓力、注漿量。

5.4 盾構接收階段

盾構接收為最終環節，此環節也相對重要。依據行業對盾構施工的技術要求，貫通前最后50 m為到達階段?，F場人員應分析各方面因素，做好此環節工作。如有關人員需觀察在洞門處的探孔是否有滲水與漏水現象，有滲漏水問題時，需立即進行排水或防水處理，并在原有基礎上加固土體。施工現場還需根據圖紙規定，設置控制點導線，使盾構機以特定姿態穩定進入隧洞，預防此過程中盾構機的偏位現象。如存在偏位現象，應率先確定偏離程度。在誤差允許范圍內時無需處理，但如偏位嚴重，則需要立即糾偏。掘進到與洞口封門相距100 m的情況下，有關人員需立即測量軸線，適當調整。切口與封門的距離為10 m，此過程中需嚴格控制土量[4]。

5.5 監測監控

盾構作業中為減少現場的各種施工問題，施工企業必須從思想上重視監測監控，以通過全過程、全面化監控、監測來發現質量、安全等問題，識別風險并制定更有針對性的處理措施。為凸顯監控監測的作用，相關人員需結合軌道交通現場情況，圍繞本項目的盾構施工方案，確定監控監測內容，并設定測點。

5.6 盾構機密封

通過盾構機密封操作，能起到良好的封閉效果。應在盾尾進行相應的密封處理，以免水體、土粒等進入盾構機內部影響其運行狀態。盾尾密封時可采用多層密封技術，形成多個密封層，使油脂進入到每一密封層。通過規范化盾尾密封施工后，可凸顯潤滑、防水作用，提高盾構機可靠性。目前市場上大部分型號的盾構機均能以自動方式將油脂注入到盾尾密封層，但注入時需控制用量，避免注入量過大[5]。一旦盾構掘進作業中發生滲漏水問題，有關人員需暫停掘進施工，分析漏水部位及原因，由人工注入油脂并完成密封處理。

5.7 盾構機油壓驅動裝置檢查

油壓驅動裝置為盾構機的核心設備，在盾構機頻繁使用或者長期閑置后，油壓驅動裝置往往會發生一定的故障。因此，為避免油壓驅動裝置影響盾構機運行狀態，相關人員需定期、不定期檢查油壓驅動裝置。檢查液壓油質量，如雜質過多，應及時更換油品，油量不足時需及時補充。對部分盾構機可用過濾網處理主油箱進出油口，以去除液壓油中的雜物。為避免濾網堵塞等，現場需布設壓力表、壓力傳感器等裝置，以便采集相應數據，分析濾網工作是否正常。一旦壓力表采集到的數據達到相應限值，有關人員需更換新過濾網，以提高油壓驅動裝置的運行效率。

6 結束語

盾構施工時需注意很多方面，各城市軌道交通項目中有關人員需綜合實際情況優化盾構施工方案，強化技術、質量及安全管理，以凸顯盾構施工技術的優勢。

參考文獻

[1] 陳天慧.重慶地鐵盾構隧道地表沉降分析[J].云南水力發電， 2022，38（12）：66-69.

[2] 吳玉禮.海底地鐵隧道盾構機關鍵部位選型成敗因素研究[J].城市軌道交通研究，2022，25（12）：183-188.

[3] 黃銳.城市軌道隧道盾構區間污水管改移頂管安全施工工程探討[J].價值工程，2022，41（33）：115-117.

[4] 徐順明，李鵬，李冬妮.廣州軌道交通朝慶區間盾構隧道側穿京廣高鐵風險控制與監測應用[J].現代隧道技術，2022， 59（S1）：643-650.

[5] 王寧，任傳斌，姜偉玲.城市軌道交通盾構隧道病害空間分布特征量化研究[J].測繪通報，2022（9）：12-17.