地铁盾构法施工技术分析

张金岭

（中交天和机械设备制造有限公司，江苏常熟215500）

0 引言

地铁工程建设的施工场所大多数在城市地下，对施工现场要求不影响城市居民生活质量，工期和施工场地要尽可能的短和小，所以需要利用新型设备来保证整个施工质量与工作效率。现阶段，我国地铁项目普遍应用盾构法建设工艺，大大提升了整个地铁项目的施工技术水平。盾构法是一种全机械化的施工技术，可以提高地铁工程盾构法的施工质量和效率，保证施工机械的正常运转。

1 盾构法原理与优缺点分析

1.1 原理

盾构技术主要是指在地表以下进行暗挖隧道施工时，在开挖过程中，盾构的盾构机壳体可作为周围土壤的临时支撑物。在盾构机的保护下，开挖隧道将各段进行组装和衬砌，形成永久性的砌体。它是一种综合性的施工技术，在圆柱状的施工作业面内配备着盾构刀盘、出土传送带、盾构出土口结构、螺旋出土口装置和运输列车编组装置等各类部件，这也是隧道开挖的主要设备。同时地面上装备着壁后注浆浆液搅拌站、垂直运输门吊等专用机械设备。盾构法的主要内容是：首先在工程项目某个区段的一端开挖竖井或者基坑，然后将盾构机及零部件吊装到轴的预定起动位置，组装整机进行调试。在项目施工中主要沿着轴线进行设计，盾构从其竖井的墙壁预留孔出发到另一个竖井的墙壁预留孔，当盾构推进时会受到土层阻力，而盾构机之内的千斤顶则可以通过拼装好的管片，在通过衬砌提供相应的反力，使盾构机能够向前进行掘进，直至到达预定接收竖井或基坑时，掘进结束。盾构法作业时，应结合地下水位的不断变化，预防地面发生沉陷，做好防水、施工测量监测等，才能保证其他施工技术的顺利进行[1]。

1.2 优点

依照现阶段盾构法施工在项目领域中的运用分析，其优势为以下几点：质量控制的难度系数相对较小，其施工经济性更为明显；不会对现场施工环境造成影响，能够合理控制地下水位；施工操作整体的稳定与安全性逐渐提高，有关人员劳动强度也会降低，且工作效率极高；机械自动化程度较高。

1.3 缺点

盾构法缺点具体表现为：工程费用较高，所以就需花费较多的项目预算。而在技术泛用度上，由于施工工程本身需要针对每条挖掘线路进行详细分析，所以大多数的项目方案都不能混用，这也导致了盾构隧道挖掘成本再一次提升。由于盾构器械具有较大的体积，所以对于一些隧道曲率较小的施工来讲，其施工难度会大大增加。另外，虽然说盾构法对地下水含量较高的施工有一定的适应性，但在松软泥土的处理上，其地表沉降较为明显，所以对施工整体技术的要求也整体较高。而对于施工人员来讲，盾构法的施工环境也相对较差，所以也需要工程为施工人员配备相应的劳动保护设备，以避免施工污染对人体健康造成巨大威胁。

2 地铁盾构法施工技术控制要点分析

2.1 管片安装

盾构机顶进工作达到一定施工标准后，施工企业要依照地下设施的标准要求，组织专业人士深入到现象开展衬砌处理。盾构法在进行掘进工作时起到了良好的支撑作用，但在施工作业完成之后，衬砌应作为建筑物永久性的承载力，应发挥其支撑作用。

对于地下设施工程建设来说，由于施工工作中主要采用钢筋混凝土或是预应力钢筋混凝土砌块，由于砌块形状多样性，所以为了能够达到更好的施工效果，有关人员需要依照施工现场条件进行准确分析，掌握盾构直径等相关情况，确保各个分割数的科学性。对比之下，其矩形砌块结构较为简单，砌筑施工也相对更为便捷，在施工工作中即使出现偏差，其纠偏处理也更加容易，但其缺点主要体现为整体性不足。对比矩形砌块，梯形砌块其整体性较好，施工现场作业中，一般在条件允许的状况下选择梯形砌块，但该类砌块在实际砌筑工作时，对安装技术工艺有着更高的要求，一旦出现误差，其纠偏调整难度较大，安装过程要遵守相应的技术规范。此外，砌块的连接处理中主要包含了平口与企口，其后者接缝防水性相对比较高，但拼装时其安装技术要求也更多[2]。

2.2 下放和始顶

在通过盾构法进行地下设施施工建设过程中，盾构机是尤为关键的设备。整体盾构能够在起重设备的帮助下可以顺利下放至起点井的位置，该环节和顶管施工下管工作原理极为相似。一旦在施工工作中面临大直径盾构工作时，由于搬运技术整体难度较高，施工人员可开展现场组装或是工作坑内进行装配解决该类问题。而当盾构机下放到工作坑导轨后，要从起点井开始，逐渐没入土中，在该项作业阶段可以应用千斤顶完成整个顶进作业，由于盾构法是从起点井进入到土层，所以极易引发坍塌事故，所以要通过必要的措施对局部土层进行加固，千斤顶进行推进作业过程中，已经完工的砌块环能够更好地发挥支撑作用。依照项目实践经验，砌块环总体长度30～50m，只有将其保持在该长度区间范围内才可以更好地发挥自身支承作用。在相应施工工作前，现场作业人员还可以进行临时支撑结构的设置，具体处理如下：当盾构被埋入至土层之后，应在其起点井的后背位置与盾构衬砌间的距离之内，设立相对应的圆形状木环，该类木环外直径均应与砌块环内外径保持一致[3]。

2.3 盾构机的推进

盾构的推进依靠强大的推力进行，采用千斤顶以达到所需推力，保证盾构机向前推进。目前主要采用土压平衡盾构机。面对开挖工作面进行掘进工作时，盾构机会面临强大的前进阻力。掘进阻力主要包括正面盾构机刀片与掘进作业面的阻力和机体与四周土体之间的巨大摩擦力。推力过小会影响施工进度，如果推力过大就会造成其工作面土体出现挤压，造成地面隆起。在施工过程中要注意前方土层地质状态，根据每一层地层应力的不同，具体问题具体分析。盾构开挖的速度通常由千斤顶产生的推力与前进土壤数量来决定。在施工要求掘进工作进行时，研究和经验表明合理的推动和速度应设置在20～40mm/min，当遇到软硬不均的土层时，根据施工条件和工期要求可以适当调低掘进速度，并且应尽量使掘进过程中的速度保持恒定，过快或过慢都不利于盾构姿态的控制。在土压平衡动态施工中，一旦发现盾构姿态偏移，盾构机操作人员要合理选择千斤顶区压和铰接，正确调整千斤顶受力分布。它还有助于通过调节盾构后部的注浆来进行偏移调整[4]。

2.4 壁后注浆

在施工过程中，为了方便进行开挖与管片拼装，通常盾构机的刀盘直径略大于隧道自身的直径，这就会引起衬砌管片脱离盾尾后，在其衬砌外出现一定的缝隙。盾构间隙在围岩发生变形塌落前会及时开展高压注浆，填充间隙使得围岩达到应力平衡，并稳定其底层，可以预防隧道周围地基产生较大变位，还有利于衬砌更好地防水，确保管片衬砌在施工早期的安全性及合理性。同步注浆技术主要是指盾构挖掘与注浆工作可以同时展开，利用在盾构壳体外侧安装注浆管或是注浆孔所进行的壁后注浆方法。除了隧道的不透水性外，它还可以防止盾尾水渗入密封土仓而造成的喷涌；二次注浆是指考虑到盾构机在穿越过施工段后，进入下一施工段，主要是为了达到环境保护及整个地铁隧道的稳定等目标，例如前一施工段发现其同步注浆存在施工缺陷的地方，可通过其管片中注浆孔开展二次补注浆。同步注浆的补充过程中可能存在质量缺陷部分或是同步注浆类各项材料的体积会发生收缩，进而形成空隙，这样可以达到降低盾构机出现沉降目的，并降低地铁项目自身防水的主要压力，提升其整体防水效果。通过大量以往工作经验和实践证明，注浆工作是地铁盾构法作业中的主要内容，只有将注浆工作控制好，才能够保证其地面沉降值控制到10mm 以内，从而保证地表建筑质量安全[5]。

2.5 盾构接收阶段

该阶段是盾构施工最后的阶段，对整个盾构使用效果有着一定影响，一般情况下，其主要是以贯通前最后50m 的范围作为到达阶段。所以施工者应在具体使用中综合考虑施工多个要点内容，例如观测洞门位置的探孔是不是有渗漏问题，加固土体，确保达到标准要求和隧道轴线位置的重新评估、盾构基座加固和洞门止水帘布的合理安装等。另外，在现场施工中应合理布设控制点的导线，使得盾构机可以依照既定姿态和要求平稳进入到洞中。同时掘进至离洞口位置封门的100m 时，应做好轴线位置的推进和测量，调整好轴线；切口应在距离封门10m 时，合理控制土量。距离一旦超过300～500mm 时，应立即停止推进工作，确保切口开挖面总体压力能够降到最低，保证盾构机接收工作的安全性。另外，当盾构机达到站前的20d时，才能进行盾构各项准备事项。

3 结语

总之，想要保证地铁项目施工的整体质量，需要对盾构施工法进行更深入的分析和研究，对其主要技术工艺要点进行重点管控，要不断提升盾构法施工技术水平，总结以往经验，只有这样才可以真正发挥出盾构施工技术的优点，并克服其自身存在的缺点。