盾構機施工技術現(xiàn)狀及發(fā)展前景展望

唐小林

中鐵隧道股份有限公司 河南 鄭州 450001

正文：

引言：伴隨社會經(jīng)濟發(fā)展水平的日益提高，以及城市化進程的不斷加快，高層建筑不斷增加，地上空間的可利用率越來越小，因此在很多一線城市，陸續(xù)建起了城市地鐵，發(fā)展地下交通，而盾構機則憑借其施工技術的安全高效性走進了城市建設的方方面面，開始在城市地下空間的建設中得到越來越廣泛的應用。

一、盾構施工技術基本原理

近年來，伴隨我國盾構技術的飛速發(fā)展，盾構施工技術目前已經(jīng)成為構筑地下鐵、電信、電力、上下水道等城市隧道的主要施工方法，為了適應不同工程的需要，盾構施工技術還需進一步完善。盾構施工技術是指通過使用盾構機，在控制開挖面及圍巖發(fā)生坍塌現(xiàn)象的前提下，對隧道等建設工程進行掘進和出渣，并通過機內的拼裝管片進行襯切和壁后注漿，且不擾動圍巖的隧道修筑方法。利用盾構機進行盾構施工，其原理主要是，在不擾動圍巖的前提下，完成隧道等工程施工，最大限度的減少對周圍建筑物的破壞影響，確保施工效率最大化。為達到這一效果，必須把握盾構的關鍵技術，盾構施工技術作為一種暗挖法施工中的一種全機械化施工方法，其主要是運用鋼制組件在隧道設計的軸線上利用刀盤在開挖面不斷切割土體向前推進，再通過鋼制組件的外殼支撐防止隧道內部滲水和坍塌。與此同時，運用運輸設備將土渣運出洞外，在借助機內的拼裝管片進行襯切和壁后注漿，進而形成隧道結構。

二、盾構機施工技術現(xiàn)狀

雖然盾構施工技術近幾年在我國已有了長足進展，但若要跟上城市發(fā)展腳步還需進一步改進施工技術，另外，在盾構機施工作業(yè)過程中也暴露了不少問題，這都需要相關技術人員再對該技術更深層次的進行基礎性、理論性的研究。

1、隧道管片的設計問題

盾構施工結束后，隧道內部最終結構物的形狀由隧道管片決定，加之管片所形成的結構物是永久性的，因此，管片的設計是盾構機施工作業(yè)中非常重要的環(huán)節(jié)。雖然當前我國在隧道施工中已經(jīng)考慮到了管片的設計方法，但仍不完善，所以當務之急便是系統(tǒng)的進行盾構隧道管片設計。

隧道管片的設計主要根據(jù)隧道斷面上的受力進行計算，計算斷面受力主要從以下方面考慮：荷載的設定。對于垂直土壓力的設計，一般來說，就較為軟弱的粘土地基或者覆土厚度小魚隧道直徑的工程而言，應考慮在隧道開挖后能否在隧道頂部產(chǎn)生拱效應，通常不會考慮松弛土的壓力問題。對于水平土壓力的設計，在不明確水壓力和土壓力應分別計算還是一起計算的前提下，出于安全考慮，應將兩種情況都進行計算，最后選取對安全不利的結果進行設計。

2、開挖面的穩(wěn)定問題

盾構技術的主要原理是，在不擾動圍巖的前提下，完成隧道等工程施工，最大限度的減少對周圍建筑物的破壞影響，確保施工效率最大化。因此其施工的關鍵就是維持開挖面的穩(wěn)定性。通常所用的維持開挖面穩(wěn)定性的盾構方式是泥水加壓式盾構和土壓平衡式盾構。

泥水加壓式盾構方式主要是通過壓力艙內泥水的壓力和特性來控制開挖面的穩(wěn)定。一般來講，泥漿的比重越大越有利于開挖面的穩(wěn)定性，但是針對較長距離的 隧道開挖中，泥漿比重大就會引起泥漿輸送泵超負荷做工，同時泥水處理的難度也會加大，而泥漿比重過小就會出現(xiàn)逸泥現(xiàn)象，從而增家泥膜形成的難度。所以在維持開挖面穩(wěn)定中，還應研究對泥漿壓力的控制和泥漿的成膜機理。

土壓平衡式盾構方式是在壓力艙內充滿開挖泥土，再對開挖泥土施加壓力，以此來平衡開挖面上的土壓力和水壓力。一般來講，壓力艙內開完泥土的狀態(tài)應符合土體不易固結排水、土體處于流塑狀態(tài)、土體具有不透水性這三個條件，才是最為適合于土壓平衡式盾構的圍巖。但在現(xiàn)實條件下，很多天然的土體難以滿足上述條件，這時，土體就會在刀盤、壓力艙內形成土餅狀態(tài)，從而造成壓力艙閉塞導致旋轉扭矩上升，排土不便。對于該種地層，就應根據(jù)地層的土質條件，采取向刀盤、壓力艙內添加泥漿等材料，來改善土體性質，使得土體滿足以上條件。

三、盾構機施工技術發(fā)展前景展望

1、向微型化和超大化方向發(fā)展

現(xiàn)今，伴隨社會生產(chǎn)力水平的不斷提高，城市化進程不斷加快，城市建設的飛速發(fā)展對盾構施工技術提出了越來越高的要求，一些站在技術的前沿的科學家們也正跟隨時代發(fā)展腳步，為適應當前隧道工程項目的變化要求，不斷站在技術前沿，探索盾構技術的新發(fā)展、新進步，當前隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，在大批科學家的共同努力下，力圖打造更具技術水平的盾構機，盾構機的橫斷面直徑越來越朝著微型化和超大化方向發(fā)展。

2、向高度自動化方向發(fā)展

隨著國內各種技術智能自動化水平的提高，我國開始在各個領域開拓自動化技術，盾構施工更加需要自動化的支撐，借助自動化技術優(yōu)勢，提升隧道工程施工效率，保證施工質量，同時還節(jié)省了大量人力資源，為施工作業(yè)人員的生命安全帶來了保障。現(xiàn)今，我國計算機技術、遙感等領域技術飛速發(fā)展，盾構機在使用過程中也完全可以借助高速發(fā)展的自動化技術，利用傳感器檢測各種數(shù)據(jù)是否正常，并與計算機系統(tǒng)進行通信，由計算機判斷下一步的操作，由此使得盾構及時朝著自動化方向發(fā)展。

3、向多樣化方向發(fā)展

科技發(fā)展日新月異，在高速發(fā)展的城市建設中，各種各樣的軌道交通應運而生，在隧道盾構施工過程中，針對不同工程橫斷面的不同情況，衍生出了各種形式的盾構機，例如矩形、圓形、橢圓形等，加速了盾構技術對隧道環(huán)境的適應能力，促使盾構技術向多樣化方向發(fā)展。

結語:本文主要介紹了盾構技術的基本原理，分析了盾構機施工技術現(xiàn)狀，并對其未來發(fā)展前景做出了預估，也正因為盾構技術在隨著科技水平的提高而不斷完善，所以其良好的發(fā)展前景也是毋庸置疑的。