类矩形盾构法隧道技术的开发与应用

张磊

摘要：在交通压力逐渐增大的现代社会，地下交通建设的速度越来越快，地铁成为人类出行的主要方式。随着科学技术的不断发展，盾构法成为隧道掘进的主要技术。与传统盾构技术不同的是，类矩形盾构法具有明显优势，下面针对该项技术展开讨论，对其定义、特点进行介绍，并对其结构设计、装备研究和技术优化措施进行总结。

关键词：隧道掘进；类矩形盾构；技术应用

盾构技术是依靠自动化的机械设备完成各项作业过程的，采用的方法是暗挖法，通过计算机系统的计算，设备自动确定隧道的直径并完成开挖作业。在此基础上研制出类矩形盾构技术，有效改善传统技术的缺陷，减少对外界环境的影响，且实现对地下空间的最大化利用。现阶段我国对该项技术的研究逐渐成熟，但此技术仍具有较大的研究空间。

一、概念及特征

（一）定义

类矩形是在圆弧的基础上演变过来的，圆弧半径增加到无限大的时候，其在数学上被称之为矩形。由圆弧形成的多边形被称为类矩形，是没有缺口的封闭断面。与以往的断面形式相比，在此技术辅助下完成的断面，对地下空间的利用率明显增加，增加程度在20%左右。

圆形隧道对周边土层的影响较大，横向影响距离长达11米，而类矩形对周边土层的影响距离是其的一半。为保证隧道的稳定性，圆形隧道需要在合适位置设置中立柱加以支撑，而类矩形则不需要。因此在长期的施工过程中，传统隧道技术逐渐被淘汰。

（二）特点

由于隧道掘进施工是在地下进行的，危险性较大，因此必须保证相关人员的安全，类矩形技术的出现将施工的安全程度大大提升。利用该项技术不仅能够缩小隧道对周边土层的横向影响范围，而且建成的地下设施出现不均匀沉降的概率很小。该项技术的显著特点主要表现为以下几方面：

在地面建筑比较集中的地方能够正常施工，且隧道顶部的承压性能能够得到保证，不会对地面建筑产生影响；在相同大小的地下空间中，该项技术对空间的利用率明显提升；结构合理，减少设备对地下土层的掘进量；双线地铁在一次作业过程中就能完成，施工周期大大缩减[1]。综合上述优势，隧道掘进的安全性、施工速度都得到很好保障，有效推进我国城市化建設的进程。

二、结构设计

此技术是针对衬砌结构进行的，是类矩形隧道法的一个分支，下文所述技术为其关键性技术。结构设计需要考虑多方面的因素，其中结构的适用性、包容性等是必须遵守的设计原则。此外建筑界限的划定也是非常重要的，其设计内容为：边界要根据地铁的宽度来计算，且断面结构设计要合理，施工前需要对结构受力进行模拟分析，在保证断面较强稳定性的情况下，将其结构尺寸控制在合理范围内。衬砌结构的关键设计内容是接头，需要将现场土质、后期可能产生的沉降等现象全部考虑进去，接头管片需要有较强的承力能力，模拟受力过关接头设计才能在投入施工建设。

三、装备研制

隧道掘进的主要方式是全断面切削，为保证切削质量，需要将土层维持在稳定状态，且要随时修正隧道轴线，避免其偏离标准值较多。设备性能的优化对隧道掘进起着积极作用，现阶段我国对掘进设备的研制主要在刀盘结构、切削方法等多个方面。

施工要求不同，断面的大小也存在明显差异，小断面的施工难度是较大的。其设备研制过程中需要注意：掘进时，转弯半径需要预留相应的余量，且确定纠偏角度的准确数值；掘进机的油缸数量、行程等设计需适应现场施工环境；为使掘进过程转弯自然，需要设置相应的铰接机构[2]。大断面施工设备的研究与上述内容相似，但对设备结构件衔接的紧密程度要求较高。

四、技术优化

（一）切削排土

利用此技术完成隧道的掘进过程，开挖面积较大且底部为平面。此种情况下，需要专门的设备将碴土运出去，若不及时清理碴土，底部平面泥土会固结在一起，降低隧道稳定性的同时，会对掘进进度产生一定影响。针对上述缺陷，提出以下改良建议：对于粘性土壤，在其中加入添加剂，将土壤改成松散土质，增强其流动性；优化断面切削方式，确保一次性完成对土层的切削；对于制定的施工方案，需要借助仿真软件，模拟施工过程，找出方案中存在的问题并进行修正；对掘进设备进行优化，在条件允许的情况下，在设备中安装自动出土装置，实现边掘进边出土，避免多余土壤在隧道内部滞留。

（二）同步注浆

该步骤是隧道掘进过程中必不可少的，其与施工的顺利程度息息相关。利用该项技术完成掘进时，注浆产生的浆液会出现淤积情况，隧道的缝隙不能得到充分填充，且浆液不能均匀的填充到相应位置[3]。注浆操作出现问题，隧道会出现严重变形现象，进而对地表结构稳定性产生影响。针对上述情况，相关人员总结出以下改进措施：注浆孔、材料等的选择要根据现场施工情况来定；在相关模拟软件中，输入注浆作业的初始设计参数，配合盾构技术完成模拟试验。分析试验结果，对不合理的设计参数进行适当调整。浆液具有流动性，因此需要建立流体动力模型，实时跟进隧道的受力情况，在此基础上确定注浆速度。

此外，需要格外注意对注浆模板的选择，在对市场进行深入调研的基础上，选择性价比最高的模板。保证模板接缝处的密封性能良好，且模板上不会粘连大量浆液，进而保证注浆质量。

（三）轴线控制

某一隧道的开挖，必须保证其良好的整体性，将各断面的轴线控制在同一直线上，对隧道整体稳定性的提升有很大帮助。轴线控制的优化措施主要包括以下几点：隧道管片按照功能、自身性质等进行分类，明确其拼装顺序，拼装前仔细核查每个管片的质量；对于不同的隧道形状，选择最合适的管片进行施工；与传统圆形断面相比，类矩形断面会出现线型不符合标准、转角弯度过大等问题。因此在掘进过程中，需要重点控制转角变化，且每个一段时间对轴线进行纠偏操作[4]；定期对掘进设备进行检查和维护，减少其工作中出现故障的次数，延长设备使用周期。

五、结束语

综上所述，是对类矩形盾构法的相关介绍，首先对其定义和特点进行详细介绍，其次对此技术中的结构设计、设备研究改进措施进行总结，最后阐述典型的施工技术，并针对现存技术问题提出相应的优化建议。

参考文献：

[1]李培楠，黄德中，朱雁飞等.类矩形盾构法隧道在宁波轨道交通建设中应用[J].中国市政工程，2016，（z1）：34-36，41.

[2]朱瑶宏，黄德中，李培楠等.类矩形盾构法隧道技术的开发与应用[J].现代隧道技术，2016，（s1）：1-12.doi：10.

[3]李刚，李培楠等.类矩形盾构法隧道施工关键技术探索[J].现代隧道技术，2016，（s1）：170-180.

[4]叶俊能，周顺华，季昌等.软土地区类矩形盾构隧道施工期变形规律[J].现代隧道技术，2016，（s1）：248-256.doi：10.

（作者单位：中铁十一局集团第一工程有限公司）