地铁工程中盾构施工技术的优点及应用建议探析

刘同

【摘要】盾构施工是融合机电、计算机、电子、材料科学等技术的施工方法，目前在地铁工程中得以广泛应用。为提高地铁工程中盾构施工技術的应用效果，本文将在分析地铁工程中盾构施工技术优点的基础上，以某地铁工程为例，深入探讨该工程盾构施工技术的应用建议。

【关键词】地铁工程；盾构施工；技术应用

1.地铁工程中盾构施工技术的优点分析

盾构施工适用于地铁工程的地下施工部分，相比于其他地下施工方法，这种技术能够有效避免含水砂层、高水压地层等不良地质的施工干扰，具体表现出以下几方面的施工优点：

（1）环境影响小。盾构施工的开挖量小，因此不会造成周边土层的沉降，地铁工程应用这种施工技术，不仅不需要大范围封锁道路交通，而且不会影响周边居民的正常生活和工作，所需要付出的环境代价微乎其微。

（2）限制条件少。盾构施工在任何地形环境中的排斥因素都很少，而且地表所占用的施工面积不大，甚至在大深度、大地下水压的施工环境中均可使用，极容易控制施工的成本。

（3）结构质量水平优良。盾构施工以较高的机械化水平，可在施工时控制沉降量，且施工组织、施工管理等均比较简单，譬如在有地下水区域施工，盾构施工不需要进行降水处理，即可保证地铁隧道的抗震性能，而且施工速度快，有利于提高地铁隧道结构的质量水平。

2.案例地铁工程应用盾构施工技术的若干建议

在明确地铁工程盾构施工技术的基础上，在此将以某地铁工程为例，通过对该工程应用盾构施工技术背景概况的了解，进而结合工程实际的施工情况，提出盾构施工技术应用的具体方法。

2.1工程基本概况

本工程地层性质为粘土、砂卵石，具有松散的地质特征，但其中泥水压力不够稳定，不利于工作面稳定性的控制，要求通过泥浆压力、流量和出土量的控制在完全密封的情况下，适量加入添加剂，以防止泥浆喷发，提高施工的止水性能。工程勘察资料显示，地层泥浆具有润滑作用，为盾构施工提供方向控制的便利性，且不需要较大的推力，但由于排泥管直径受到限制，可能需要进行大漂石的二次处理。开挖效率要求方面，尤其泥浆循环分离时，泥浆的流动性和止水性不佳，不利于掘进效率的保证，从侧面要求配备庞大的泥浆分离设备和腾出足够的场地放置。

2.2盾构施工技术的应用

出于经济与技术方面的考虑，本工程决定采用加泥式土压平衡盾构机，涉及的技术内容包括盾构进出洞、掘进及运输、曲线段盾构姿态控制三个方面：

（1）盾构进出洞技术。进出洞是盾构施工质量保证的关键，要求在盾构施工之前，详细调查地质和环境的情况，以便在施工时针对性采取加固、降水、监测等技术手段。本工程的盾构进出洞，首先要求加固洞口的土壤，目的是提高洞口土体的稳固性，具体的做法是在洞口中线纵向距离3m范围内，分别在两边4.0m位置，借助钻机钻孔，然后以梅花状植入规格φ42的花管和注入水灰比1：的水泥砂浆，注浆时，将注浆压力和注浆终压压力分别控制在0.05-0.1MPa、0.15-0.3MPa范围内，在每个孔注浆完毕后，再将注浆管拔出。该道工序的施工，除了需要控制注浆压力，注浆量的控制亦是施工重点，如果注浆量太大，可能会导致洞口土体强度太大，从而加大盾构切削土体的难度水平，笔者认为本工程的注浆量，应根据土体性质区别对待，譬如每立方米的卵石注浆量控制在0.4m?之内，而每立方米的粘土土层，以控制在0.5m?之内为佳。其次是将橡胶帘布安装在出洞口，目的是在盾构机出洞时，减少盾构机外壳周围泥水的涌出量，本工程在盾构掘进期间，在洞口的预埋钢环之上，将橡胶帘布固定在压板之上，并将压板安装成扇形，在盾构机刀盘入洞后，调整压板与盾构机外壳之间的距离，直至盾尾钢丝刷进入洞口后，再进行压板的调整。最后是凿除洞口的钻孔灌注桩，以最快的施工速度，从上到下凿除洞口的钻孔灌注桩，目的是控制正面水土的流失，凿除时需要彻底清除混凝土块和钢筋，同时保护好洞口的密封装置。

（2）掘进及运输技术。在穿越级配砂卵层的时候，发现刀盘切削和搅拌时，刀盘与砂卵层存在明显的摩擦碰撞现象，从而出现地面震动、噪音、推进压力大、螺旋输送机堵塞等问题。震动与噪音问题，笔者认为可在刀盘旋转时，按照一定的20：7比例关系，将泥、泡沫适量加入，减少刀盘与砂卵层的摩擦程度，或者在制备泥浆时，将改性材料加入，适时刀盘与砂卵石之间的摩擦也可以得到有效缓解；推进压力太大的问题，考虑到全断面地质是砂卵石，地质条件比较长，可通过盾构机外壳上的加泥小孔，适量加入改性泥浆，以此保证盾构推进的连续性；螺旋输送机堵塞问题，在每环掘进之前添加泥浆，在刀盘旋转约60min之后，再进行掘进，同时根据出土的情况，合理调整加泥量。在正式掘进的过程中，掘进的连续性、土压平整、出土顺畅等，直接关系到地面沉降问题，适时需要控制好推进的参数，本工程要求以20mm/min的推进速度和5-9Mpa的刀盘油压，将土压力控制在0.05-0.07MPa范围内，同时每次加入1300L的泥量和350L的泡沫液量。另外土仓压力的稳定也是掘进工序的重点，为保持出土量的稳定，建议按照0.06MPa的标准控制掘进土仓压力，检查发泡的效果、泥浆质量和螺旋输送机使用的合理性，禁止随意改变出土量。笔者认为在盾构掘进的初始阶段，需要优化设计掘进的参数，本工程每24h内的交接班60min、作业准备120min、休息60min、盾构推进40min、运输10min、管片拼接25min、测量5min、同步注浆40min，以此可推断出每24h的推进量为15环，以此作为施工标准，就可以保证掘进施工工程量的正常。

（3）曲线段盾构姿态控制技术。盾构施工的偏移问题，是导致地层损失和地面沉降的罪魁祸首，尤其是本工程砂卵石的地层性质，需要控制曲线段盾构姿态，期间需要考虑盾构机刀盘正面、刀盘圆周面、盾壳圆周面受到的土压力和水压力，以及盾尾施加于盾构里面的压力等，综合各种力矩的综合作用，分析掘进时不同形式的运动，然后明确盾构机的水平偏移、垂直偏移等情况。施工现场的盾构机在掘进状态下，其运动主要沿着设计轴线前进，在地层不确定因素干扰下，出现了明显的绕轴线旋转偏移，笔者认为应该通过对千斤顶编组的调整，协调盾构的推力和弯矩，形成完整的盾构姿态控制系统，具体的流程为：正常推进—测量—控制器—目标值，然后在允许偏差范围内，检查偏移量是否超标，如果未超标，则继续推进，如果超标，则适当调整千斤顶。在曲线段盾构掘进姿态控制方面，必须充分了解盾构机的特性，然后监控盾构机掘进状态，全方位掌握盾构机的水平位置、立面位置、旋转位置等，把控好推进的每一个技术参数，保证水平纠偏、立面纠偏等的合理性。

3.结束语

文章通过研究，基本明确了案例地铁工程盾构施工技术的应用方法，其中涵盖了盾构进出洞技术、掘进及运输技术、曲线段盾构姿态控制技术，但鉴于不同地铁工程盾构施工条件和要求的差异性，以上方法在其他工程中应用时，还需要结合实际工程的施工情况，予以灵活的参考借鉴，并进行相关内容的补充和完善。

参考文献

[1]王立峰，祝江鸿，罗劲鸿等.杭州地铁盾构施工中地表位移及变化规律研究[J].科技通报，2013，（9）：197-201.

[2]杨帆.深层地铁盾构施工地层水平位移动态分析[J].民营科技，2013，（9）：171.

[3]王岩，钱新，李旸等.北京地铁无水砂卵石地层盾构施工技术难点及施工对策研究[J].铁道标准设计，2013，（8）：97-101.

[4]吴小燕.浅析地铁盾构施工中的测量方法[J].河南科技：上半月，2013，（6）：136.