地鐵隧道施工作業中的盾構機轉接始發技術研究

摘 要：隨著城市化進程的加速和地下空間開發的深入，地鐵建設已成為緩解城市交通壓力的重要手段。在地鐵隧道施工中，盾構法因其安全、高效、環保等優勢而被廣泛采用，然而，在復雜地質條件下，傳統盾構施工技術面臨著諸多挑戰，尤其是在隧道轉彎段和變截面段的施工中。為應對這些難題，盾構機轉接始發技術應運而生。本文將深入研究該技術的特點、流程及關鍵要點，探討其在地鐵隧道施工中的應用價值，以期提高施工效率、保證工程質量、降低施工風險。

關鍵詞：地鐵；隧道施工；盾構機轉接始發技術

一、盾構機轉接始發技術特點

盾構機轉接始發技術作為地鐵隧道施工中的一項重要工藝，具有獨特而顯著的特點。該技術融合了機械工程、土木工程和測量技術等多學科知識，體現了現代隧道工程的綜合性和復雜性。在實際應用中，盾構機轉接始發技術能夠有效應對復雜地質條件和狹小空間的挑戰，實現盾構機的精準定位和平穩啟動。同時，這項技術還能夠大幅提高施工效率，縮短工期，降低成本。值得注意的是，盾構機轉接始發技術對施工精度要求極高，需要采用先進的測量儀器和控制系統，以確保盾構機在轉接過程中的姿態穩定和軌跡精準。此外，該技術還具有較強的適應性和靈活性，可根據不同的地質條件和工程要求進行調整和優化，從而保證施工質量和安全。

二、盾構機轉接始發技術的應用價值

盾構機轉接始發技術在地鐵隧道施工中展現出卓越的應用價值，堪稱一項革命性的工程技術。該技術有效解決了傳統施工方法在復雜地質條件下的諸多難題，大幅提高了施工效率和質量。通過精準控制和靈活調整，盾構機轉接始發技術能夠適應各種地質環境，減少地表沉降和周邊建筑物的影響，從而確保施工安全。同時，這項技術還顯著縮短了工期，降低了施工成本，為城市地鐵建設提供了強有力的技術支持。值得一提的是，盾構機轉接始發技術的應用使得地鐵隧道施工在狹小空間和特殊地段得以順利進行，極大地拓展了地下空間的開發利用范圍。此外，該技術的推廣應用還促進了相關領域的技術創新和人才培養，為地鐵建設行業的整體發展注入了新的活力[1]。

三、盾構機轉接始發技術流程

（一）準備階段

盾構機轉接始發技術的準備階段是整個施工過程的關鍵環節，直接影響后續工作的順利進行。在這一階段，施工團隊需要進行全面而細致的準備工作，包括地質勘察、設備檢修、人員培訓等多個方面。地質勘察工作尤為重要，通過鉆探、物探等手段，詳細了解施工區域的地質條件，如土層結構、地下水位、巖石硬度等參數，這些數據將為盾構機的選型和施工參數的制定提供重要依據。例如，在軟土地層中，可能需要選用土壓平衡盾構機，并將刀盤轉速控制在2轉～3轉/分鐘；在硬巖地層中，則可能選用硬巖盾構機，刀盤轉速可提高到4轉～6轉/分鐘。與此同時，設備檢修和調試工作也不容忽視，施工團隊需要對盾構機進行全面檢查，確保各個部件處于最佳工作狀態。特別是對于關鍵部件，如刀盤、推進系統、排泥系統等，需要進行精細化檢測和調試。例如，刀具磨損程度不應超過30%；推進系統的液壓油缸壓力應保持在20MPa～25MPa范圍內。

（二）轉接始發階段

轉接始發階段是盾構機施工的核心環節，要求精準控制和高度協調。在這一階段，施工團隊需要嚴格按照設計方案，將盾構機精確定位到預定的始發位置。通常，盾構機的水平偏差控制在±20mm以內，垂直偏差控制在±15mm以內。定位完成后，進行盾構機的姿態調整，確保其軸線與設計軸線的夾角不超過0.5°。隨后，施工人員需要對盾構機進行全面檢查，包括液壓系統壓力（通常保持在20MPa～25MPa）、螺旋輸送機轉速（一般為10轉～15轉/分鐘）等關鍵參數的設置和調試。在確認各項參數正常后，盾構機開始緩慢推進，進入土體。這個過程中，需要密切關注盾構機的推進速度、土倉壓力和泥水壓力等參數。一般情況下，初始推進速度控制在5mm～10mm/min，土倉壓力保持在0.2MPa～0.3MPa，泥水壓力略高于土壓0.05MPa～0.1MPa。隨著盾構機的逐步推進，施工團隊需要實時監測周圍地層的變形情況，確保地表沉降控制在允許范圍內（通常不超過30mm）。同時，還需要注意管片的拼裝質量，確保環向間隙不大于10mm，縱向間隙不大于5mm。通過精細化的操作和嚴格的質量控制，盾構機得以順利完成轉接始發，為后續的掘進施工奠定良好基礎。

（三）后續處理

盾構機轉接始發完成后，后續處理工作至關重要，直接關系到隧道的長期穩定性和使用安全。在這一階段，施工團隊需要對已完成的隧道段進行全面檢查和必要的修補。首要任務是對管片之間的縫隙進行密封處理，通常采用雙組分聚氨酯材料進行注漿，注漿壓力控制在0.3MPa～0.5MPa，以確保管片間的防水性能。同時，還需要對管片表面進行細致檢查，如發現裂縫或缺陷，應立即進行修補，裂縫寬度超過0.2mm的需要進行灌漿處理。此外，盾尾密封圈與管片之間的空隙也是后續處理的重點，通常會采用同步注漿技術，注漿材料多為水泥漿，漿液的水灰比一般控制在0.5～0.8之間，注漿壓力保持在0.2MPa～0.3MPa。這一過程不僅能填充空隙，還能有效減少地層變形。完成注漿后，需要對隧道周圍的地層進行沉降監測，監測點間距通常為5m～10m，監測頻率在施工初期可達每天一次，隨后逐漸降低至每周一次。若發現異常沉降（超過30mm），需立即采取補強措施。最后，還需要對隧道內的軌道基礎進行精確調整，確保軌道中線偏差不超過±5mm，高程偏差控制在±3mm以內，為后續的軌道鋪設和列車運行提供穩固基礎。

四、地鐵隧道施工作業中盾構機轉接始發技術

要點分析

（一）始發井與接收井設計

始發井與接收井的設計是盾構機轉接始發技術中的關鍵環節，直接影響整個施工過程的順利進行。在設計階段，需要綜合考慮地質條件、周邊環境、盾構機尺寸等多方面因素，以確保井體結構的穩定性和功能性。通常，始發井和接收井采用鋼筋混凝土結構，井壁厚度根據地質條件和開挖深度確定，一般在0.8m～1.2m之間。井底需要設置混凝土反力墻，其厚度通常為1.5m～2.5m，以承受盾構機推進時的巨大反力。此外，井體還需要設置防水措施，如采用高壓噴射注漿技術，注漿壓力控制在2MPa～3MPa，以確保井體的防水性能。在尺寸設計方面，始發井和接收井的長度通常比盾構機長5m～10m，寬度比盾構機直徑寬3m～5m，以便于盾構機的組裝、調試和拆解。井底標高的確定尤為重要，需要考慮盾構機的高度和隧道的設計坡度，通常井底比隧道設計軸線低0.5m～1m。為了便于盾構機的吊裝和運輸，井口還需要預留吊裝平臺，其承載能力應不小于盾構機總重的1.2倍。同時，考慮到施工期間的排水需求，井底需要設置集水坑和排水系統，集水坑的容積通常為30m3～50m3，配備功率為100kW～150kW的水泵。通過精心設計和嚴格施工，始發井與接收井能夠為盾構機的順利始發和接收提供可靠保障，從而確保整個隧道施工的順利進行。

（二）端頭土體加固

端頭土體加固是盾構機轉接始發技術中的重要環節，旨在提高土體強度，防止盾構機始發過程中出現涌水、坍塌等問題。根據地質條件的不同，可采用多種加固方法，如高壓旋噴注漿、深層攪拌、冷凍法等。其中，高壓旋噴注漿因其適用性廣、效果顯著而被廣泛采用。該方法通過高壓噴射水泥漿液，將原狀土與漿液充分混合，形成高強度的水泥土柱體。在實際應用中，注漿壓力通常控制在25MPa～35MPa，水灰比為0.8-1.2，單根樁的直徑可達600mm～800mm。加固區域通常覆蓋盾構機外輪廓1m～1.5m，加固深度則需要根據地質情況確定，一般為隧道直徑的1.5倍～2倍。加固完成后，需要對加固效果進行嚴格檢驗。通常采用鉆芯取樣和靜力觸探相結合的方法，檢測加固體的抗壓強度和均勻性。加固體的無側限抗壓強度一般要求達到1.5MPa～2.0MPa，變異系數控制在15%以內。

（三）盾構機組裝與調試

盾構機組裝與調試是轉接始發技術中的核心環節，直接關系到后續施工的順利進行。組裝過程需要嚴格按照設計圖紙和技術規范進行，通常采用分段組裝法，將盾構機主體分為若干部分，如刀盤系統、主驅動系統、推進系統等。組裝時需要使用大型吊裝設備，如500t級履帶吊，以確保各部件的精準對接。組裝精度要求極高，例如，刀盤與主軸的同軸度誤差不得超過0.5mm，主軸與減速機的同軸度誤差應控制在0.3mm以內。同時，還需要注意各連接部位的密封性，防止泥水滲入機體內部。組裝完成后，需要進行全面的密封性測試，通常采用充氣法，將盾構機內部充氣至0.2MPa，24h內壓力下降不得超過5%。調試階段同樣至關重要，需要對盾構機的各個系統進行全面檢查和功能測試。首先是液壓系統的調試，需要檢查油路的暢通性和密封性，油壓通?？刂圃?0MPa～25MPa。隨后是電氣系統的調試，包括控制系統、傳感器系統等，確保各項參數顯示準確，控制指令執行精準。刀盤系統的調試尤為關鍵，需要進行空轉測試，檢查刀盤的轉速、扭矩等參數是否符合設計要求。推進系統的調試則需要檢查液壓缸的伸縮性能和推力，通常要求單個液壓缸的最大推力不低于2000kN。通過嚴格的組裝與調試過程，可以確保盾構機各系統性能穩定、協調一致，為后續的掘進施工奠定堅實基礎。

（四）始發姿態控制與調整

始發姿態控制與調整是盾構機轉接始發技術中的關鍵環節，直接影響隧道施工的精度和質量。在始發前，需要運用高精度測量設備，如全站儀和水準儀，對盾構機的位置和姿態進行精確測量。通常，盾構機的水平位置偏差控制在±20mm以內，垂直位置偏差控制在±15mm以內。盾構機軸線與設計軸線的夾角不應超過0.5°，以確保始發方向的準確性。為實現這一目標，施工團隊需要反復進行微調，利用千斤頂等設備對盾構機進行精細調整，直至達到設計要求。在姿態調整過程中，還需密切關注盾構機的傾斜角和滾動角。一般情況下，盾構機的傾斜角控制在±0.3°以內，滾動角控制在±0.5°以內。為實現精準控制，現代盾構機多配備了先進的姿態監測系統，如陀螺儀和傾斜傳感器，可實時監測盾構機的空間姿態。這些數據通過計算機系統進行實時分析和處理，為操作人員提供準確的調整指導。

（五）掘進參數控制

掘進參數控制是盾構機轉接始發技術中的核心要素，直接關系到施工的安全性和效率。在實際操作中，需要根據地質條件和工程要求，對刀盤轉速、推進速度、土倉壓力等關鍵參數進行精細調控。通常，刀盤轉速控制在2轉～4轉/分鐘，推進速度則根據地層情況調整，軟土層可達20mm～30mm/min，硬巖層則可能降至5mm～10mm/min。土倉壓力的控制尤為關鍵，一般保持在0.1MPa～0.3MPa，以平衡地層壓力，防止地表沉降或隆起。同時，還需密切關注注漿壓力和注漿量，通常注漿壓力控制在0.2MPa～0.4MPa，注漿量則根據理論計算值的110%-130%進行調整。通過實時監測和動態調整這些參數，可以確保盾構機在復雜地質條件下穩定推進，有效控制地層變形，從而保證隧道施工的質量和安全。

（六）測量與監測

測量與監測在盾構機轉接始發技術中扮演著至關重要的角色，貫穿整個施工過程。通過運用先進的測量設備，如全站儀、水準儀和激光測距儀等，施工團隊能夠實時掌握盾構機的位置、姿態和掘進軌跡。同時，借助地表沉降監測點、深層位移計和孔隙水壓力計等監測設備，可及時獲取地層變形和地下水位變化等關鍵數據。這些精確的測量結果為盾構機的姿態調整和掘進參數優化提供了可靠依據。例如，通過分析地表沉降數據，可以適時調整土倉壓力和注漿參數；盾構機位置偏差的實時監測則有助于及時糾正掘進方向。此外，對隧道周邊建筑物的沉降和傾斜進行持續監測，能夠有效預防施工對周邊環境的不利影響。通過建立完善的測量與監測體系，施工團隊得以精準把控施工進度和質量，確保盾構機轉接始發技術的順利實施[2]。

結束語

盾構機轉接始發技術在地鐵隧道施工中發揮著關鍵作用，其精細化操作和嚴格控制為工程質量提供了有力保障。通過不斷優化技術流程，提高施工精度，這一技術將繼續推動地下工程建設的發展。隨著經驗積累和創新應用，盾構機轉接始發技術必將在復雜地質條件下發揮更大優勢，為城市地下空間開發做出重要貢獻。

參考文獻：

[1]彭朝陽.基于盾構施工技術的地鐵隧道設計與施工優化[J].工程建設與設計，2024（04）：141-143.

[2]魏小龍.復雜地質條件下地鐵隧道盾構始發掘進施工技術研究[J].建筑機械，2024（02）：130-134.