地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)探析

張恩榆

摘要：隨著城市規(guī)模的迅速擴大和城市化的快速推進(jìn)，世界各地的農(nóng)村人口都在慢慢向城市集中。人們的日常生活日益向地下空間發(fā)展，為地鐵建設(shè)創(chuàng)造了各種優(yōu)勢。盾構(gòu)法是地下空間地鐵施工中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。此后，我國城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展的新時代，地鐵對地下空間的利用必將在很大程度上緩解大城市的交通擁堵。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)法;施工技術(shù);探析

引言

對于城市地下工程的施工，通常有盾構(gòu)法、采礦法、新奧法和明挖法，不同施工方法的適用條件和優(yōu)缺點會有所不同，盾構(gòu)法施工由于其自動化程度高，人工作業(yè)成本較低，掘進(jìn)速度也較其他幾種方法快，不受季節(jié)和天氣的影響，施工過程噪音低，對地面建筑物影響程度小等優(yōu)點，從而成為地鐵隧道建設(shè)中使用頻率最高的一種施工方法。如今盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)更為完備、成熟，正朝著工程的大型斷面、特殊斷面、超大深度、超長距離方向快速發(fā)展，也向著操作智能化、自動化，掘進(jìn)過程高效化的方向發(fā)展。因城市地鐵主要是為了方便人們出行，因此地鐵建設(shè)多數(shù)位于交通要道和人員密集區(qū)域，周圍環(huán)境復(fù)雜，容易影響到地下管線和地表建筑物。隧道施工時，除了要保證施工人員人身安全，還要盡可能地保證地下管線及地上建筑物不受影響，減少對人們?nèi)粘Ｉ畹母蓴_。盾構(gòu)施工工藝復(fù)雜，控制因素多，常出現(xiàn)土體擾動，形成地表的塌陷或隆起、地層的不規(guī)則移動等現(xiàn)象。一旦盾構(gòu)施工中產(chǎn)生的地層沉降超出一定閾值，將會導(dǎo)致地面上的房子等建筑傾斜，橋面、路面等斷裂，危及周邊群眾的生命安全[1]。

1盾構(gòu)施工工法

盾構(gòu)技術(shù)主要是指在地表下修建地下隧道。在開挖過程中，盾構(gòu)的盾構(gòu)機殼體可以作為周圍土壤的臨時支撐。在盾構(gòu)機的保護(hù)下，開挖隧道，分段拼裝襯砌，形成永久砌體。它是一項綜合施工技術(shù)，是在圓柱形施工面內(nèi)配備盾構(gòu)刀盤、掘進(jìn)輸送帶、盾構(gòu)掘進(jìn)開口結(jié)構(gòu)、螺旋掘進(jìn)開口裝置、運輸列車編組裝置等部件的專用隧道掘進(jìn)機械。同時，地面設(shè)有墻后注漿漿液攪拌站和垂直運輸門吊等專用機械。盾構(gòu)法的主要內(nèi)容是：首先在隧道的某一段一端開挖豎井或基坑，可作為盾構(gòu)的始發(fā)井和接收井或始發(fā)基坑和接收基坑。然后將盾構(gòu)機及其部件吊裝到預(yù)定的豎井起始位置，組裝整機進(jìn)行調(diào)試。在隧道中，沿設(shè)計軸線，盾構(gòu)機從豎井壁上的預(yù)留孔開始，到另一個豎井壁上的預(yù)留孔，盾構(gòu)機前進(jìn)時會受到土層的抵抗。盾構(gòu)機中的千斤頂可以利用拼裝好的管片和襯砌提供的反作用力，使盾構(gòu)機前進(jìn)，直至到達(dá)預(yù)定的接收井或基坑，開挖完成。盾構(gòu)施工還需要將地下水位的降低、防止隧道和地面沉降的土壤加固措施、襯砌的封堵和防水、施工測量和監(jiān)測技術(shù)、合理的施工布置等施工技術(shù)緊密結(jié)合起來。

2地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)探析

2.1合理設(shè)置土壓力值

不同隧道覆蓋厚度引起的土艙壓力也有差異。在盾構(gòu)刀面施加的土壓力均勻匹配的情況下，土體不會受太大攪動，地層位移和沉降問題也基本不會出現(xiàn)。當(dāng)原靜止土壓力無法承受盾構(gòu)刀盤面施加的壓力，則土體易在壓力差下會產(chǎn)生形變和位移，從而導(dǎo)致地面的隆起。開挖面的穩(wěn)定和倉內(nèi)外土體的壓力差值、出土量有著相互關(guān)聯(lián)。通常控制兩者來穩(wěn)定開挖面。開挖面前方土體受干擾的范圍與開挖面的穩(wěn)定性有關(guān)，因此，控制土艙內(nèi)壓力，保持比土體壓力要高，以減少開挖面對土體的攪動。施工中，需要對特定地層的目標(biāo)土壓實施動態(tài)監(jiān)控與測量，控制開挖面的土壓在合理的范圍內(nèi)變化。一旦目標(biāo)壓力值波動出現(xiàn)偏差，通過開挖面周圍土壓和出土量及時修正[2]。

2.2質(zhì)量管控措施

施工過程中安排專業(yè)技術(shù)人員對盾構(gòu)施工過程進(jìn)行跟蹤控制，要求專業(yè)施工人員對管片施工質(zhì)量進(jìn)行復(fù)檢，專職質(zhì)檢人員進(jìn)行終檢，以確保盾構(gòu)施工整體施工質(zhì)量。做好施工人員安全、質(zhì)量交接班、崗前等日常教育、培訓(xùn)工作，做到人人心中有安全、員工處處重質(zhì)量，以提高所有施工人員全安全質(zhì)量意識，確保盾構(gòu)施工創(chuàng)品牌、提效益。盾構(gòu)機操作手、盾構(gòu)施工當(dāng)班技術(shù)人員、監(jiān)控量測人員、試驗等人員均按各自分工做好當(dāng)班相應(yīng)掘進(jìn)過程記錄表，詳細(xì)記錄、統(tǒng)計每環(huán)掘進(jìn)中各種施工參數(shù)，確保為盾構(gòu)施工值班工程師優(yōu)化參數(shù)提供可靠依據(jù)。盾構(gòu)施工值班工程師第一時間內(nèi)根據(jù)當(dāng)天盾構(gòu)掘進(jìn)實時參數(shù)和地面監(jiān)測等情況，時時總結(jié)分析，不斷調(diào)整、優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，始終使盾構(gòu)掘進(jìn)施工盡量達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，使管片拼裝、同步及二次注漿等處于合理可控狀態(tài)，確保盾構(gòu)掘進(jìn)、管片安裝等施工質(zhì)量。針對盾構(gòu)施工制訂相應(yīng)的盾構(gòu)施工質(zhì)量管理考核制度，采取質(zhì)量獎懲措施，不斷提高盾構(gòu)施工人員的質(zhì)量意識。

2.3掘進(jìn)速度控制

在盾構(gòu)機的工作過程中，掘進(jìn)速度也是影響工作環(huán)境安全的重要指標(biāo)。在實際應(yīng)用中，盾構(gòu)機掘進(jìn)速度會受到盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)出土層時的速度影響，若進(jìn)土速度出現(xiàn)了較大波動，那么在應(yīng)用中很容易出現(xiàn)土層失穩(wěn)的問題，從而增加相應(yīng)病害問題的發(fā)生概率。在對其進(jìn)行安全管控時，需要合理控制盾構(gòu)機工作周期，均衡盾構(gòu)機的連續(xù)作業(yè)狀態(tài)，并且在出現(xiàn)異常情況時，也需要及時停止繼續(xù)工作，并對盾構(gòu)機正面土層進(jìn)行暫時封閉，待異常情況完成處理后再恢復(fù)到正常狀態(tài)，以提升作業(yè)環(huán)境的安全性[3]。

2.4地質(zhì)水文等條件管理

盾構(gòu)機穿越地層的地質(zhì)和水文條件，地面建筑物和構(gòu)筑物的劃分和結(jié)構(gòu)。必須提前進(jìn)行地質(zhì)分布補充調(diào)查和地面走訪調(diào)查，熟悉掌握盾構(gòu)機需掘進(jìn)地層的巖土特性、水文情況，摸清地下管線及地表建構(gòu)筑物的特征及相關(guān)信息，明晰盾構(gòu)機與其以上信息的相互關(guān)系及影響程度，制訂切實可行的技術(shù)措施，確保盾構(gòu)機在掘進(jìn)過程中自身安全以及影響范圍內(nèi)建構(gòu)筑物的安全。

2.5盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制

在施工質(zhì)量安全控制體系中，也要做好盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制。在具體的管理過程中，其核心內(nèi)容是將盾構(gòu)機前進(jìn)狀態(tài)和既定軸線的偏差控制在允許范圍內(nèi)，以確保盾構(gòu)機前進(jìn)方向的合規(guī)性。根據(jù)現(xiàn)行的管理條例可以了解到，盾構(gòu)機在掘進(jìn)過程中，其允許偏差值應(yīng)控制在±50mm以內(nèi)，在出現(xiàn)偏差問題后，需要遵循逐步糾正的方法進(jìn)行調(diào)整，禁止使用猛糾硬調(diào)的方法來恢復(fù)正常推進(jìn)范圍，以確保作業(yè)過程的可靠性和合理性。

2.6管片拼裝過程控制

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，管片是一個非常核心的施工部件，在盾構(gòu)殼體的保護(hù)下，在盾構(gòu)機尾部組裝成一個環(huán)，從而形成隧道結(jié)構(gòu)，這也是體系管控中的重要環(huán)節(jié)。在具體的管控過程中，應(yīng)注意以下三點內(nèi)容：第一，做好管片制作過程的監(jiān)管，委托駐場監(jiān)理對于管片的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督，確保材料出廠后的合規(guī)性;第二，在管片進(jìn)場前需要對其進(jìn)行質(zhì)量驗收，并會在空曠區(qū)域完成預(yù)拼裝，以此來校驗材料的合規(guī)性，對于不滿足要求的管片也會及時進(jìn)行調(diào)換，確保其應(yīng)用質(zhì)量;第三，做好施工過程的監(jiān)督工作，在管片成環(huán)后做好質(zhì)量驗收，及時返工不合規(guī)部位，提升管片的應(yīng)用效果[4]。

2.7盾構(gòu)機的推進(jìn)

盾構(gòu)機主機的推進(jìn)依靠強大的推力，通過千斤頂來達(dá)到所需的推力，以保證盾構(gòu)機向前推進(jìn)。目前，大多數(shù)城市普遍采用EPB盾構(gòu)模式。面對開挖面的開挖，盾構(gòu)機面臨強大的前進(jìn)阻力。掘進(jìn)阻力主要包括前方盾構(gòu)機葉片與掘進(jìn)面之間的阻力和機體與周圍土體之間的巨大摩擦力，所以盾構(gòu)過程所需的推力必須大于這兩個阻力之和，否則推力過小會影響施工進(jìn)度，而掘進(jìn)過程中使用的推力過大可能會擠壓工作面后方的土體造成上抬和應(yīng)力集中。施工過程中，應(yīng)注意前方土層的地質(zhì)狀態(tài)。根據(jù)各層受力不同，具體問題具體分析，采用不同的渣倉壓力。盾構(gòu)機的掘進(jìn)速度通常由千斤頂?shù)耐屏屯七M(jìn)土量決定。在正常施工要求下，研究和經(jīng)驗表明，合理的掘進(jìn)速度應(yīng)定在2040mm/min。當(dāng)通過不均勻的軟硬土層時，可根據(jù)施工條件和工期要求適當(dāng)降低行駛速度，并盡可能保持行駛速度不變。過快或過慢都不利于推進(jìn)坡度、自轉(zhuǎn)角度、平面方向等盾構(gòu)姿態(tài)的控制。在土壓平衡動態(tài)施工中，一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機姿態(tài)偏差，盾構(gòu)機操作人員可以通過合理選擇千斤頂和刀盤的方向，調(diào)整千斤頂推進(jìn)力的分量分布和盾構(gòu)機的姿態(tài)。調(diào)整盾背注水注漿也有助于調(diào)整掘進(jìn)過程中的偏差。

2.8止水防噴

（1）改良渣土。利用分散泡沫改善渣土可以提高刀盤扭矩。（2）增加盾殼環(huán)箍。在盾殼徑向孔注入克泥效，在盾殼外形成環(huán)箍，以封堵后方來水。（3）加止水環(huán)。在盾尾后第3、4環(huán)開孔注入水泥-水玻璃雙液漿，形成止水環(huán)，封堵管片后方來水。（4）使用AB料漿液注入系統(tǒng)。AB料漿液注入系統(tǒng)投入使用，當(dāng)帶有A液的水泥砂漿與B液混合后，可以縮短漿液凝固時間，避免漿液被水沖散。（5）使用聚合物。使用聚合物進(jìn)行渣土改良，出渣順暢，沒有噴涌現(xiàn)象，效果較好。（6）配置真空泵。在盾尾配置真空泵，可提高清渣效率[5]。

結(jié)束語

盾構(gòu)技術(shù)在中國城市地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用的同時，不同地理區(qū)域的工程實踐也給中國工程師提出了各種問題，因此，為了保證地鐵工程施工質(zhì)量，中國的學(xué)者們必須對盾構(gòu)法施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，對主要施工技術(shù)要點進(jìn)行重點控制，不斷提高其施工技術(shù)，總結(jié)經(jīng)驗，這樣才能充分發(fā)揮盾構(gòu)法的優(yōu)勢，不斷克服自身的缺點和不足。

參考文獻(xiàn)：

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[3]賀奇峰.淺談地鐵盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)機轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（15）：97-98.DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2013.15.034.

[4]何海超.地鐵盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)機轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.，2011：58-59+65.

[5]張原平.淺析地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)要點及質(zhì)量控制措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（23）：116-117.DOI：10.13612/j.cnki.cntp.2010.23.062.