盾构水利工程施工技术

石振军

摘 要：针对城市内部修建的盾构水利工程，由于环境敏感、地质条件复杂、穿越特定区域等因素，近几年各施工和设计单位均对盾构工程施工技术进行了深入的研究。文章通过对盾构水利工程中的施工技术难点进行分析，提出了切实可行的施工方案，以保证盾构施工的安全和质量，希望能够为同类项目提供参考。

关键词：水利；盾构；施工

中图分类号：U455.43 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）14-0139-02

Abstract： In view of the shield hydraulic engineering built in the city， due to the factors such as sensitive environment， complex geological conditions and crossing the specific area， the construction technology of shield engineering has been further studied by every construction and design unit in recent years. Based on the analysis of the construction technical difficulties in shield hydraulic engineering， this paper puts forward a feasible construction plan to ensure the safety and quality of shield construction， hoping to provide reference for similar projects.

Keywords： water conservancy； shield； construction

1 研究背景

随着国家的改革开发和国内大中城市的不断发展和扩大，城市的空间利用已经非常充分，能够用于开发的地下资源越来越少，但是城市水利工程同样需要大力发展，不断优化水利设施，从而满足工业和生活用水的需要。在城市水利工程建设过程中，根据不同的设计要求应当采取相应的施工方案。小流量水利工程采用普通管道就可以，但是当遇到大流量输水工程或者需要穿越特定区域时，就需要采用盾构施工技术。盾构技术已经在很多领域都有深入研究和实际应用，例如：铁路穿越山脉、城市建设铁路、跨江跨海隧道等工程。因此，针对城市空间小、条件复杂的情况，开展对盾构水利工程施工技术的讨论和研究是非常必要的，能够在工程建设中更好地节约资源、保护周围环境，保证施工顺利和施工安全。

2 盾构水利工程施工难点

盾构施工是一个复杂的工程，存在一定技术难点，主要难点包括：（1）地质复杂：盾构工程可能穿越不同的地质土层，包括软土、黏土、坚土、坚石等等。（2）坡度大：在环境特殊的地方，施工坡度可能达到5%，施工技术难度大；（3）建筑物下面穿越：盾构顶端必须与地表的建筑物保持一定的安全距离，以避免影响上层建筑物安全，可能造成建筑物的沉降；（4）采用薄壁管片的盾构施工，由于管壁较薄，周围土体对管片的压力比较大时可能造成管片裂缝等问题；（5）穿越湖泊、水系等区域：对盾构的防水性要求比较高，必须严格控制接口位置，避免水渗漏到隧洞内部。

3 施工技术措施

3.1 地质复杂盾构

（1）灰色淤泥质粘土的含水率比较高，孔隙比也非常大，比较容易产生流变。（2）砂质粉土是承压含水层，盾构一般能够进行正常施工，但也要注意以下工作：一定要同步注浆，控制好浆液初凝的时间；做好泥水控制，要不断调整泥水的各种参数。（3）黄色粘土的强度比较高，施工过程中可能出现一定的旋转现象，应该加强对施工全过程的监测管理，同时还要注意控制施工的速度，并且要注意泥水流量、搅拌机电流等工作。

3.2 大坡度盾构

在盾构施工过程中，可能遇到大坡度盾构施工，这种情况下可以采用加大盾构纵坡的方式来施工。（1）水平运输：当盾构的纵坡在5%左右时[1]，就可能会给施工带来了许多难度。因此在盾构的施工中必须采用14t以上电机车作为牵引动力，才可能达到足够的牵引力，而且能够保证足够的安全可靠性。（2）盾构施工：每环盾构施工完成后，一定要拧紧管片的各个螺栓而且在进行下一个管片安装时复紧；施工完成时，要把施工范围内的现场清理干净，而且要确保管片的位置是居中的，不能有偏移，并且确保管片表面的平整。

3.3 穿越建筑物

盾构水利施工可能会穿越建筑物或其他重要的城市基础设施的下面，在此施工过程中施工单位一定要给予足够的重视，并制定一系列专项施工方案。

3.3.1 施工前准备。（1）对施工区域不同的建筑物位置布设沉降监测点，如果有必要，可以预留跟踪注浆管。（2）在盾构施工前，需要对相关设备进行必要的查验，确保工程能够顺利进行，一次性完成原定施工计划。（3）要對盾构使用的泥水检测仪检查，确保检测仪器采集的数据准确无误。

3.3.2 施工过程。（1）切口水压：切口水压力稳定性如果变化太大时，会造成土体存在一定的移动，进而导致土体的丢失[2]。应当根据监测的数据，对切口水压进行及时的调整。（2）注浆控制：为了防止地层沉降，可以采用同步注浆的方式。同步注浆时注降量的建筑空隙不应小于180%。（3）泥水质量：为了提高周围的支护强度，可以采取重浆的方式进行施工。还可以在盾构施工中，加强对泥浆的测验频度，而且要不断调整水泥质量，从而确保盾构的施工能够正常进行。（4）沉降控制：根据沉降监测数据，要不断改变各项参数，也可以采取后补压浆等措施，尽量减少对周围建筑设施的影响。在施工过程中，还可以根据沉降的实际情况，对压浆量、压浆位置和注浆压力等参数进行适当改变。（5）通讯联络：在施工过程中，相关负责人还要不间断地实施沉降测量，时刻了解周围建筑设施是否存在影响。还可以使用多种方式，及时进行数据收集，让施工现场相关负责人能够调整相关施工数据。

3.4 管片拼装

（1）管片准备。盾构出洞时一定要确保基准环环面的平整性，从而使得管片在外力影响下不发生损坏[3]。在对管片进行防水处理的时候，一定要对相关重点部位进行清洁处理，再进行防水橡胶条的处理。（2）管片拼装。a.必须对环后的管片之间的缝间隙加强控制。b.施工时，要注重现场管理，加强对垃圾的处理，避免对现场环境的影响，而且在确定拼装位置时保证一定的准确性。c.施工时，接缝位置必须确保质量，严格把关，确保密封性。d.要保证管片之间接口的平整性，要进行质量控制。e.拼接过程中必须保证环面与轴线的垂直度，确保与设计值保持一致，满足施工规范的要求。

3.5 穿越湖泊水系

3.5.1 监测措施。盾构水利工程在进行水底作业前， 应当对湖泊水深进行一次摸底， 准确了解覆土层厚度。在盾构施工到水底中段后应当及时进行水深监测，利用水深监测的结果指导施工。

3.5.2 防冒措施。（1）必須注意施工时的切口水压，操作人员应该在必要时对参数进行修正，确保切口水压控制在±50kPa范围内[4]；（2）施工时要制定科学的施工计划，确保施工能够稳定进行，速度应该逐渐提高或减小，而不能一蹴而就；（3）加强对盾构出土量的管理，确保土体的密实性，避免湖泊水渗入施工区域，造成安全隐患。

3.5.3 防塌措施。（1）在盾构施工过程中，必须按照设计院提供的设计值确定切口水压，同时按照外部的水位情况不断调整切口的水压。（2）加强湖泊土体的沉降观测， 时刻监测沉降情况。盾构施工过程中，还要及时跟踪土体的含砂量、干砂量等数据。（3）如果水底的沉降值超过一定范围时，就必须调整注浆量。

3.5.4 防浮措施。（1）盾构施工过程中，应该严格控制盾构轴线， 保证整个盾构管线能够沿着原定轴线施工，减少误差。（2）加强注浆施工的管理，尽量减少初凝时间，而且浆液要能够在管壁内比较均匀的分布。（3）如果盾构隧道有较大的上浮时，必须及时对管壁进行补浆操作。（4）施工时，为了能够安全施工，必须对湖泊中间位置进行密切关注和准确测量，并了解土体的沉降情况。

3.5.5 防堵措施。（1）整个掘进过程应同时开通多个搅拌机，这样可以减少堵塞的风险。（2）如果遇到切口不畅时，应立即改变施工策略，将施工方向转向其他旁路，并找到施工不畅的原因。

3.5.6 防漏措施。如果在施工中发生盾尾漏浆的严重情况， 将可能发生盾构设备受淹的事故。所以， 盾构过程中一定要实施以下措施：（1）提高同步注浆质量：盾构过程中要对同步注浆浆液进行小样试验，必须缩短初凝时间，在同步注浆施工过程中，尽量控制好注浆压力，将注浆量、注浆流量与盾构参数统一考虑。（2）保持切口水压稳定：确保不会发生因设备故障和人为操作失误而引起的切口水压波动。（3）垫放止水海绵及钢丝球：为了避免盾尾漏浆事故的发生，在盾构施工过程中，要根据现场施工的实际情况，在管片外侧垫放止水海绵，对管片与盾构间存在的间隙进行密封。还可以将钢丝球填在管片和盾壳间的空隙之间，从而加强盾尾钢刷的防水效果。（4）增加备用泵及堵漏材料：为了避免盾尾漏浆施工后大量泥水积蓄，可能存在盾构设备被淹的风险，可以增加一套备用泵，加大对泥水的排放力度。（5）盾尾油脂压注：盾尾油脂应定期、定量、定位压注，每环的压注量初定为500kg，满足设计标准的要求。如果出现盾尾有漏浆的情况，应对漏浆部位及时进行补压盾尾油脂。（6）拼装管片：管片一定要做到居中拼装，从而防止盾构与管片之间空隙过大，甚至降低盾尾密封效果，增加事故风险的可能性。（7）漏浆对策：对于泄漏部分，应当集中压注盾尾油脂；可以配制初凝时间较短的双液浆进行壁后注浆；还可以采用其他堵漏材料对漏浆的位置进行密封操作；假如以上的施工方案都不能封堵，还可以采用聚氨酯进行封堵。

4 结束语

本文主要是针对盾构水利工程中可能存在的难点，分析并介绍了施工措施和方法，希望能够对同类盾构水利工程提供一定的经验。对于复杂的盾构施工还应注意以下问题：（1）施工单位在进行盾构水利工程施工时，可能会遇到需要同时施工多个沉井的情况，可能造成土体对盾构隧道产生一定压力，这样会对下沉系数产生一定影响，施工单位一定要注意他们对工程的影响。（2）在盾构施工前，必须认真了解设计图纸，加强对现场施工和设计的统一管理，加强沉降数据的及时采集，必要时及时采取应对措施，从而保证施工能够顺利进行。（3）加强对盾构施工管理人员和操作人员的安全教育，重点组织对施工过程中的技术难点进行工前学习和宣贯，明确施工过程中的风险点，防范重特大事故的发生，保证施工安全。

参考文献：

[1]葛春辉.钢筋混凝土沉井结构设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]陈龙.城市软土盾构隧道施工期风险分析与评估研究[D].上海：同济大学，2004.

[3]江正荣，朱国梁.简明施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1991.

[4]梁瑞华.浅析盾构法隧道的嵌缝防水[J].工程科技，2007（2）：47-52.

[5]吴贤国，吴刚，骆汉宾.武汉长江隧道工程盾构施工风险研究[J].中国市政工程，2007（01）：51-53.