類矩形盾構(gòu)法隧道技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

張磊

摘要：在交通壓力逐漸增大的現(xiàn)代社會，地下交通建設(shè)的速度越來越快，地鐵成為人類出行的主要方式。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，盾構(gòu)法成為隧道掘進(jìn)的主要技術(shù)。與傳統(tǒng)盾構(gòu)技術(shù)不同的是，類矩形盾構(gòu)法具有明顯優(yōu)勢，下面針對該項技術(shù)展開討論，對其定義、特點進(jìn)行介紹，并對其結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝備研究和技術(shù)優(yōu)化措施進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：隧道掘進(jìn)；類矩形盾構(gòu)；技術(shù)應(yīng)用

盾構(gòu)技術(shù)是依靠自動化的機械設(shè)備完成各項作業(yè)過程的，采用的方法是暗挖法，通過計算機系統(tǒng)的計算，設(shè)備自動確定隧道的直徑并完成開挖作業(yè)。在此基礎(chǔ)上研制出類矩形盾構(gòu)技術(shù)，有效改善傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷，減少對外界環(huán)境的影響，且實現(xiàn)對地下空間的最大化利用?，F(xiàn)階段我國對該項技術(shù)的研究逐漸成熟，但此技術(shù)仍具有較大的研究空間。

一、概念及特征

（一）定義

類矩形是在圓弧的基礎(chǔ)上演變過來的，圓弧半徑增加到無限大的時候，其在數(shù)學(xué)上被稱之為矩形。由圓弧形成的多邊形被稱為類矩形，是沒有缺口的封閉斷面。與以往的斷面形式相比，在此技術(shù)輔助下完成的斷面，對地下空間的利用率明顯增加，增加程度在20%左右。

圓形隧道對周邊土層的影響較大，橫向影響距離長達(dá)11米，而類矩形對周邊土層的影響距離是其的一半。為保證隧道的穩(wěn)定性，圓形隧道需要在合適位置設(shè)置中立柱加以支撐，而類矩形則不需要。因此在長期的施工過程中，傳統(tǒng)隧道技術(shù)逐漸被淘汰。

（二）特點

由于隧道掘進(jìn)施工是在地下進(jìn)行的，危險性較大，因此必須保證相關(guān)人員的安全，類矩形技術(shù)的出現(xiàn)將施工的安全程度大大提升。利用該項技術(shù)不僅能夠縮小隧道對周邊土層的橫向影響范圍，而且建成的地下設(shè)施出現(xiàn)不均勻沉降的概率很小。該項技術(shù)的顯著特點主要表現(xiàn)為以下幾方面：

在地面建筑比較集中的地方能夠正常施工，且隧道頂部的承壓性能能夠得到保證，不會對地面建筑產(chǎn)生影響；在相同大小的地下空間中，該項技術(shù)對空間的利用率明顯提升；結(jié)構(gòu)合理，減少設(shè)備對地下土層的掘進(jìn)量；雙線地鐵在一次作業(yè)過程中就能完成，施工周期大大縮減[1]。綜合上述優(yōu)勢，隧道掘進(jìn)的安全性、施工速度都得到很好保障，有效推進(jìn)我國城市化建設(shè)的進(jìn)程。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計

此技術(shù)是針對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，是類矩形隧道法的一個分支，下文所述技術(shù)為其關(guān)鍵性技術(shù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮多方面的因素，其中結(jié)構(gòu)的適用性、包容性等是必須遵守的設(shè)計原則。此外建筑界限的劃定也是非常重要的，其設(shè)計內(nèi)容為：邊界要根據(jù)地鐵的寬度來計算，且斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，施工前需要對結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行模擬分析，在保證斷面較強穩(wěn)定性的情況下，將其結(jié)構(gòu)尺寸控制在合理范圍內(nèi)。襯砌結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容是接頭，需要將現(xiàn)場土質(zhì)、后期可能產(chǎn)生的沉降等現(xiàn)象全部考慮進(jìn)去，接頭管片需要有較強的承力能力，模擬受力過關(guān)接頭設(shè)計才能在投入施工建設(shè)。

三、裝備研制

隧道掘進(jìn)的主要方式是全斷面切削，為保證切削質(zhì)量，需要將土層維持在穩(wěn)定狀態(tài)，且要隨時修正隧道軸線，避免其偏離標(biāo)準(zhǔn)值較多。設(shè)備性能的優(yōu)化對隧道掘進(jìn)起著積極作用，現(xiàn)階段我國對掘進(jìn)設(shè)備的研制主要在刀盤結(jié)構(gòu)、切削方法等多個方面。

施工要求不同，斷面的大小也存在明顯差異，小斷面的施工難度是較大的。其設(shè)備研制過程中需要注意：掘進(jìn)時，轉(zhuǎn)彎半徑需要預(yù)留相應(yīng)的余量，且確定糾偏角度的準(zhǔn)確數(shù)值；掘進(jìn)機的油缸數(shù)量、行程等設(shè)計需適應(yīng)現(xiàn)場施工環(huán)境；為使掘進(jìn)過程轉(zhuǎn)彎自然，需要設(shè)置相應(yīng)的鉸接機構(gòu)[2]。大斷面施工設(shè)備的研究與上述內(nèi)容相似，但對設(shè)備結(jié)構(gòu)件銜接的緊密程度要求較高。

四、技術(shù)優(yōu)化

（一）切削排土

利用此技術(shù)完成隧道的掘進(jìn)過程，開挖面積較大且底部為平面。此種情況下，需要專門的設(shè)備將碴土運出去，若不及時清理碴土，底部平面泥土?xí)探Y(jié)在一起，降低隧道穩(wěn)定性的同時，會對掘進(jìn)進(jìn)度產(chǎn)生一定影響。針對上述缺陷，提出以下改良建議：對于粘性土壤，在其中加入添加劑，將土壤改成松散土質(zhì)，增強其流動性；優(yōu)化斷面切削方式，確保一次性完成對土層的切削；對于制定的施工方案，需要借助仿真軟件，模擬施工過程，找出方案中存在的問題并進(jìn)行修正；對掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，在條件允許的情況下，在設(shè)備中安裝自動出土裝置，實現(xiàn)邊掘進(jìn)邊出土，避免多余土壤在隧道內(nèi)部滯留。

（二）同步注漿

該步驟是隧道掘進(jìn)過程中必不可少的，其與施工的順利程度息息相關(guān)。利用該項技術(shù)完成掘進(jìn)時，注漿產(chǎn)生的漿液會出現(xiàn)淤積情況，隧道的縫隙不能得到充分填充，且漿液不能均勻的填充到相應(yīng)位置[3]。注漿操作出現(xiàn)問題，隧道會出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象，進(jìn)而對地表結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。針對上述情況，相關(guān)人員總結(jié)出以下改進(jìn)措施：注漿孔、材料等的選擇要根據(jù)現(xiàn)場施工情況來定；在相關(guān)模擬軟件中，輸入注漿作業(yè)的初始設(shè)計參數(shù)，配合盾構(gòu)技術(shù)完成模擬試驗。分析試驗結(jié)果，對不合理的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。漿液具有流動性，因此需要建立流體動力模型，實時跟進(jìn)隧道的受力情況，在此基礎(chǔ)上確定注漿速度。

此外，需要格外注意對注漿模板的選擇，在對市場進(jìn)行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇性價比最高的模板。保證模板接縫處的密封性能良好，且模板上不會粘連大量漿液，進(jìn)而保證注漿質(zhì)量。

（三）軸線控制

某一隧道的開挖，必須保證其良好的整體性，將各斷面的軸線控制在同一直線上，對隧道整體穩(wěn)定性的提升有很大幫助。軸線控制的優(yōu)化措施主要包括以下幾點：隧道管片按照功能、自身性質(zhì)等進(jìn)行分類，明確其拼裝順序，拼裝前仔細(xì)核查每個管片的質(zhì)量；對于不同的隧道形狀，選擇最合適的管片進(jìn)行施工；與傳統(tǒng)圓形斷面相比，類矩形斷面會出現(xiàn)線型不符合標(biāo)準(zhǔn)、轉(zhuǎn)角彎度過大等問題。因此在掘進(jìn)過程中，需要重點控制轉(zhuǎn)角變化，且每個一段時間對軸線進(jìn)行糾偏操作[4]；定期對掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，減少其工作中出現(xiàn)故障的次數(shù)，延長設(shè)備使用周期。

五、結(jié)束語

綜上所述，是對類矩形盾構(gòu)法的相關(guān)介紹，首先對其定義和特點進(jìn)行詳細(xì)介紹，其次對此技術(shù)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備研究改進(jìn)措施進(jìn)行總結(jié)，最后闡述典型的施工技術(shù)，并針對現(xiàn)存技術(shù)問題提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]李培楠，黃德中，朱雁飛等.類矩形盾構(gòu)法隧道在寧波軌道交通建設(shè)中應(yīng)用[J].中國市政工程，2016，（z1）：34-36，41.

[2]朱瑤宏，黃德中，李培楠等.類矩形盾構(gòu)法隧道技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，（s1）：1-12.doi：10.

[3]李剛，李培楠等.類矩形盾構(gòu)法隧道施工關(guān)鍵技術(shù)探索[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，（s1）：170-180.

[4]葉俊能，周順華，季昌等.軟土地區(qū)類矩形盾構(gòu)隧道施工期變形規(guī)律[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，（s1）：248-256.doi：10.

（作者單位：中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司）