地铁施工用盾构机选型及施工组织

石良滨

（中铁十八局集团第三工程有限公司，吉林 长春 130062）

盾构法施工是暗挖隧道施工中一种较为先进的施工方法。这种施工方法具有施工进度快；无噪声与振动伤害；对地铁沿线设施、地面交通、地面居民生活影响较小等特点。盾构机作为地铁隧道施工中的专用大型机械，其选型的正确与否，直接关系到地铁区间施工进度和工程安全状况。

1 盾构机概述

盾构机是由动力机构、切削刀盘、液压顶进机构、岩土排运机构及检测导向机构等多个相互配合的部分组成的一种隧道掘进机械。它较适用于砾石、软土、硬岩等不同地质构造的隧道暗挖，具有较好的施工稳定性和掘进性能。

盾构机在一个可以有效支撑地层压力，并且可以在地层中推进的圆形、矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作。这种施工方式具有施工速度快、自动化程度高、节省人力、经济合理、减少对地面建筑物的影响和不影响地面交通等特点。

2 盾构机类型的选择

地铁隧道施工时，盾构机的选型及配置是极为关键的环节。特定的施工环境中隧道地质状况的不同，决定了盾构机选型的不同。采用盾构施工的地层通常是复杂多变的，在选定盾构机型时，地质条件是最重要的参考因素。

盾构机选型有以下两方面的内容：一是对盾构机出土方式与工作面的平衡方式的选择；二是对盾构机保持工作面稳定时对盾构机密封仓状态的选择。对于复合地层的盾构施工其主要考虑的因素则是施工地层的地质情况。

3 盾构机选型影响因素

盾构机的选型应当根据施工工期、施工地点的地质水文情况、经济效益、环境状况、安全状况等综合考虑。综合起来，影响盾构施工的因素较多：主要有地层条件、隧道长度与线形、地下水的含量及水压、后续设备与盾构机的配套能力等。

盾构机经过土层的流动性、可塑性、渗透性等情况，是盾构选型最基本的依据；盾构机掘进过程中，对地上建筑物、地下建筑会带来不同程度的影响。因此，对施工周围环境的保护，也是影响盾构型式选择的因素之一；随着我国城市现代化建设步伐的加快，城市对各种施工影响的承受力会逐步降低。综合效益较理想但造价较昂贵的盾构施工法会成为各有关单位不得不仔细研究的问题。

4 地铁盾构施工的技术分析

4.1 曲线施工

由于城市交通网的规划状况以及城市地铁的使用状况，地铁隧道必然存在曲线部分。另外，地铁隧道在设计或实际施工时，难免会遇到或避开原有的构筑物，从而不得不改变地铁线形，由此也会出现曲线。这就为盾构施工提出了新的要求。因此，盾构机所装备的功能，应当满足曲线推进的要求。

在实际施工过程中，为减少曲线施工对土层的干扰，一般情况下，通常在曲线段在盾构机上采用楔形管片施工。笔者认为除了采用楔形管片施工外，还可以考虑采用油压分区控制、实现千斤顶可自由编组；或采用仿形刀装置、铰接机构等功能综合解决盾构机曲线施工时遇到的困难。

4.2 加泥及加泡沫系统

实际施工过程中，盾构切削的部分砂土和黏质黄土混合在土仓中被搅拌，可能会在刀盘上造成“糊刀”或“泥饼”等情况，因此，有必要在盾构机施工时采用加泥或泡沫系统。对于不同地质条件，这种系统通过添加塑流化的改性材料，进而起到改善盾构机密封舱内切削土体的塑流性的作用。这种方法能有效地平衡开挖面水与土的压力，使盾构机向外顺利排土，有效拓宽了盾构对不同地层的适应能力。

4.3 减少盾构机推进阻力

根据不同地质条件以及标准贯入锤击数值的大小，刀盘盘圈外径、切削刀最大切削轨迹外径及盾构机外径这三个外径的尺寸之间存在细微的差别。倘若处理方式不合理，会增大推进阻力，给盾构机整机推进性能带来较大程度的影响。

因此，在设计主切削刀最大切削轨迹外径时，应当使它略大于盾构机外径；应选择合适的刀具切削深度，合理设置刀盘盘圈刀具。这样既减少盾构机刀盘盘圈和盾构机外周的摩擦阻力，减少了推进阻力、切削噪声和切削时产生的振动，又不会过多的影响盾构机控制土体沉降的能力和整体掘进效果。

4.4 盾构机机体接收

施工过程中，为避免发生地下水沿开挖间隙涌入作业井内。当坍塌土体清理工作结束之后，盾构机应当立即加快推进速度；刀盘通过防水帘幕后，应当立即拉紧防水帘幕压板上的钢丝绳，使防水帘幕紧压在盾构机前盾的盾体外；随后，保持盾构机匀速缓慢地前进，当同步注浆结束浆液凝固，封水管片安装完成之后，盾构机应当按照正常掘进速度前进；盾体全部出洞门后，盾构机接收成功。

5 结束语

盾构机以其自动化程度高、施工速度快、不受地面及气候影响等优势在地铁隧道施工中发挥着重要作用。作为盾构法施工的大型机械设备，盾构机选型的正确与否，关系到盾构施工的技术水平以及地铁盾构施工整体经济效益。

因此，我们应高度重视地铁施工用盾构机选型及施工组织，解决施工过程中遇到的难题，从而提升城市地铁交通的运输效率，拓展城市的立体发展空间。

1 袁大军等.盾构技术的发展与应用[J].现代城市轨道交通，2005

2 陈揆.地铁工程盾构刀盘设计与施工技术[J].建筑机械化，2010