地铁盾构法施工技术探析

张恩榆

摘要：随着城市规模的迅速扩大和城市化的快速推进，世界各地的农村人口都在慢慢向城市集中。人们的日常生活日益向地下空间发展，为地铁建设创造了各种优势。盾构法是地下空间地铁施工中应用最广泛的技术。此后，我国城市轨道交通建设进入快速发展的新时代，地铁对地下空间的利用必将在很大程度上缓解大城市的交通拥堵。

关键词：地铁盾构法;施工技术;探析

引言

对于城市地下工程的施工，通常有盾构法、采矿法、新奥法和明挖法，不同施工方法的适用条件和优缺点会有所不同，盾构法施工由于其自动化程度高，人工作业成本较低，掘进速度也较其他几种方法快，不受季节和天气的影响，施工过程噪音低，对地面建筑物影响程度小等优点，从而成为地铁隧道建设中使用频率最高的一种施工方法。如今盾构法隧道施工技术更为完备、成熟，正朝着工程的大型断面、特殊断面、超大深度、超长距离方向快速发展，也向着操作智能化、自动化，掘进过程高效化的方向发展。因城市地铁主要是为了方便人们出行，因此地铁建设多数位于交通要道和人员密集区域，周围环境复杂，容易影响到地下管线和地表建筑物。隧道施工时，除了要保证施工人员人身安全，还要尽可能地保证地下管线及地上建筑物不受影响，减少对人们日常生活的干扰。盾构施工工艺复杂，控制因素多，常出现土体扰动，形成地表的塌陷或隆起、地层的不规则移动等现象。一旦盾构施工中产生的地层沉降超出一定阈值，将会导致地面上的房子等建筑倾斜，桥面、路面等断裂，危及周边群众的生命安全[1]。

1盾构施工工法

盾构技术主要是指在地表下修建地下隧道。在开挖过程中，盾构的盾构机壳体可以作为周围土壤的临时支撑。在盾构机的保护下，开挖隧道，分段拼装衬砌，形成永久砌体。它是一项综合施工技术，是在圆柱形施工面内配备盾构刀盘、掘进输送带、盾构掘进开口结构、螺旋掘进开口装置、运输列车编组装置等部件的专用隧道掘进机械。同时，地面设有墙后注浆浆液搅拌站和垂直运输门吊等专用机械。盾构法的主要内容是：首先在隧道的某一段一端开挖竖井或基坑，可作为盾构的始发井和接收井或始发基坑和接收基坑。然后将盾构机及其部件吊装到预定的竖井起始位置，组装整机进行调试。在隧道中，沿设计轴线，盾构机从竖井壁上的预留孔开始，到另一个竖井壁上的预留孔，盾构机前进时会受到土层的抵抗。盾构机中的千斤顶可以利用拼装好的管片和衬砌提供的反作用力，使盾构机前进，直至到达预定的接收井或基坑，开挖完成。盾构施工还需要将地下水位的降低、防止隧道和地面沉降的土壤加固措施、衬砌的封堵和防水、施工测量和监测技术、合理的施工布置等施工技术紧密结合起来。

2地铁盾构法施工技术探析

2.1合理设置土压力值

不同隧道覆盖厚度引起的土舱压力也有差异。在盾构刀面施加的土压力均匀匹配的情况下，土体不会受太大搅动，地层位移和沉降问题也基本不会出现。当原静止土压力无法承受盾构刀盘面施加的压力，则土体易在压力差下会产生形变和位移，从而导致地面的隆起。开挖面的稳定和仓内外土体的压力差值、出土量有着相互关联。通常控制两者来稳定开挖面。开挖面前方土体受干扰的范围与开挖面的稳定性有关，因此，控制土舱内压力，保持比土体压力要高，以减少开挖面对土体的搅动。施工中，需要对特定地层的目标土压实施动态监控与测量，控制开挖面的土压在合理的范围内变化。一旦目标压力值波动出现偏差，通过开挖面周围土压和出土量及时修正[2]。

2.2质量管控措施

施工过程中安排专业技术人员对盾构施工过程进行跟踪控制，要求专业施工人员对管片施工质量进行复检，专职质检人员进行终检，以确保盾构施工整体施工质量。做好施工人员安全、质量交接班、岗前等日常教育、培训工作，做到人人心中有安全、员工处处重质量，以提高所有施工人员全安全质量意识，确保盾构施工创品牌、提效益。盾构机操作手、盾构施工当班技术人员、监控量测人员、试验等人员均按各自分工做好当班相应掘进过程记录表，详细记录、统计每环掘进中各种施工参数，确保为盾构施工值班工程师优化参数提供可靠依据。盾构施工值班工程师第一时间内根据当天盾构掘进实时参数和地面监测等情况，时时总结分析，不断调整、优化掘进参数，始终使盾构掘进施工尽量达到最优状态，使管片拼装、同步及二次注浆等处于合理可控状态，确保盾构掘进、管片安装等施工质量。针对盾构施工制订相应的盾构施工质量管理考核制度，采取質量奖惩措施，不断提高盾构施工人员的质量意识。

2.3掘进速度控制

在盾构机的工作过程中，掘进速度也是影响工作环境安全的重要指标。在实际应用中，盾构机掘进速度会受到盾构设备进出土层时的速度影响，若进土速度出现了较大波动，那么在应用中很容易出现土层失稳的问题，从而增加相应病害问题的发生概率。在对其进行安全管控时，需要合理控制盾构机工作周期，均衡盾构机的连续作业状态，并且在出现异常情况时，也需要及时停止继续工作，并对盾构机正面土层进行暂时封闭，待异常情况完成处理后再恢复到正常状态，以提升作业环境的安全性[3]。

2.4地质水文等条件管理

盾构机穿越地层的地质和水文条件，地面建筑物和构筑物的划分和结构。必须提前进行地质分布补充调查和地面走访调查，熟悉掌握盾构机需掘进地层的岩土特性、水文情况，摸清地下管线及地表建构筑物的特征及相关信息，明晰盾构机与其以上信息的相互关系及影响程度，制订切实可行的技术措施，确保盾构机在掘进过程中自身安全以及影响范围内建构筑物的安全。

2.5盾构掘进姿态控制

在施工质量安全控制体系中，也要做好盾构掘进姿态的控制。在具体的管理过程中，其核心内容是将盾构机前进状态和既定轴线的偏差控制在允许范围内，以确保盾构机前进方向的合规性。根据现行的管理条例可以了解到，盾构机在掘进过程中，其允许偏差值应控制在±50mm以内，在出现偏差问题后，需要遵循逐步纠正的方法进行调整，禁止使用猛纠硬调的方法来恢复正常推进范围，以确保作业过程的可靠性和合理性。

2.6管片拼装过程控制

在盾构掘进过程中，管片是一个非常核心的施工部件，在盾构壳体的保护下，在盾构机尾部组装成一个环，从而形成隧道结构，这也是体系管控中的重要环节。在具体的管控过程中，应注意以下三点内容：第一，做好管片制作过程的监管，委托驻场监理对于管片的生产过程进行监督，确保材料出厂后的合规性;第二，在管片进场前需要对其进行质量验收，并会在空旷区域完成预拼装，以此来校验材料的合规性，对于不满足要求的管片也会及时进行调换，确保其应用质量;第三，做好施工过程的监督工作，在管片成环后做好质量验收，及时返工不合规部位，提升管片的应用效果[4]。

2.7盾构机的推进

盾构机主机的推进依靠强大的推力，通过千斤顶来达到所需的推力，以保证盾构机向前推进。目前，大多数城市普遍采用EPB盾构模式。面对开挖面的开挖，盾构机面临强大的前进阻力。掘进阻力主要包括前方盾构机叶片与掘进面之间的阻力和机体与周围土体之间的巨大摩擦力，所以盾构过程所需的推力必须大于这两个阻力之和，否则推力过小会影响施工进度，而掘进过程中使用的推力过大可能会挤压工作面后方的土体造成上抬和应力集中。施工过程中，应注意前方土层的地质状态。根据各层受力不同，具体问题具体分析，采用不同的渣仓压力。盾构机的掘进速度通常由千斤顶的推力和推进土量决定。在正常施工要求下，研究和经验表明，合理的掘进速度应定在2040mm/min。当通过不均匀的软硬土层时，可根据施工条件和工期要求适当降低行驶速度，并尽可能保持行驶速度不变。过快或过慢都不利于推进坡度、自转角度、平面方向等盾构姿态的控制。在土压平衡动态施工中，一旦发现盾构机姿态偏差，盾构机操作人员可以通过合理选择千斤顶和刀盘的方向，调整千斤顶推进力的分量分布和盾构机的姿态。调整盾背注水注浆也有助于调整掘进过程中的偏差。

2.8止水防喷

（1）改良渣土。利用分散泡沫改善渣土可以提高刀盘扭矩。（2）增加盾壳环箍。在盾壳径向孔注入克泥效，在盾壳外形成环箍，以封堵后方来水。（3）加止水环。在盾尾后第3、4环开孔注入水泥-水玻璃双液浆，形成止水环，封堵管片后方来水。（4）使用AB料浆液注入系统。AB料浆液注入系统投入使用，当带有A液的水泥砂浆与B液混合后，可以缩短浆液凝固时间，避免浆液被水冲散。（5）使用聚合物。使用聚合物进行渣土改良，出渣顺畅，没有喷涌现象，效果较好。（6）配置真空泵。在盾尾配置真空泵，可提高清渣效率[5]。

结束语

盾构技术在中国城市地铁建设中得到广泛应用的同时，不同地理区域的工程实践也给中国工程师提出了各种问题，因此，为了保证地铁工程施工质量，中国的学者们必须对盾构法施工技术进行深入研究，对主要施工技术要点进行重点控制，不断提高其施工技術，总结经验，这样才能充分发挥盾构法的优势，不断克服自身的缺点和不足。

参考文献：

[1]董齐蕾.浅析地铁盾构法施工技术[J].现代物业（中旬刊），2018（04）：181.DOI：10.16141/j.cnki.1671-8089.2018.04.144.

[2]高立群.地铁盾构法施工技术经济与控制技术分析[J].中华建设，2013（08）：156-157.

[3]贺奇峰.浅谈地铁盾构法施工中盾构机转接始发技术[J].中国高新技术企业，2013（15）：97-98.DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2013.15.034.

[4]何海超.地铁盾构法施工中盾构机转接始发技术[C]//2011中国盾构技术学术研讨会论文集.，2011：58-59+65.

[5]张原平.浅析地铁盾构法施工技术要点及质量控制措施[J].中国新技术新产品，2010（23）：116-117.DOI：10.13612/j.cnki.cntp.2010.23.062.