盾構法輸水隧洞設計與施工要點分析

劉德輝

（湖南高速鐵路職業技術學院， 湖南 衡陽 421001）

0 引言

上世紀90年代始，我國建筑領域對盾構法的研究逐漸增多，盾構法呈現出蓬勃發展之勢。目前，盾構法已經成為了我國輸水隧洞設計與施工的主要方法，在城市輸水工程中得到廣泛應用，比如說在南水北調項目建設期間就應用了盾構法。研究盾構法輸水隧洞設計及施工在隧道工程項目日益增多的今天意義非凡。

1 基于盾構法輸水隧洞設計分析

1.1 隧洞斷面與形狀設計

現階段，我國隧洞斷面的常見形狀有圓形、半圓形、矩形等。其中圓形的隧洞斷面應用盾構法施工相對容易，施工效果極為顯著，且圓形也較為常見，新時期，我國大陸相繼建成多個斷面為圓形的隧洞，具有一定經驗。就輸水隧洞斷面為圓形的進行探究更具指導意義。一般而言，可作如下設計，順著地鐵直徑線襯砌管片外徑挖掘一定距離，具體參照施工要求規定距離。需要注意的是在設計過程中做好控制工作，保證襯砌結構穩定牢固，充分發揮襯砌結構、圍巖的承載力，以提高對水壓的承受能力。在設計過程中，要求襯砌結構均勻，長期處于相對穩定狀態，以保證該結構的穩固程度。在應用盾構法時一般會用到盾構設備，市場該設備為非定型產品。因此，在設計時應結合輸水隧洞施工條件明確尺寸、供水量、直徑大小等。另外，設計期間應當結合相關文件標準，為后期的維護、整改、調節留出彈性空間。

1.2 隧洞平面線形的設計

應當堅持經濟性、高效性、安全性原則展開隧洞平面線形設計工作。若施工現場條件復雜，為了提高施工可操作性，可以將其設計為直線或者大曲率半徑曲線。若隧洞位于城市內部，鑒于道路交通、城市建筑物等的影響，在設計直線或者大曲率半徑曲線的基礎上還可以引入小曲率半徑曲線[1]。同時結合施工條件合理設計轉彎處。需要注意的是推進反力容易引發管片變形、位移等問題，對此應當設計相應的管控措施，例如，加強注漿、施工監測等。

1.3 隧洞覆土深度的設計

設計覆土深度需要綜合考量施工效率、質量、管理、維護等影響因素，一般而言，覆土不宜設計得過深。結合應用盾構法技術需求會發現設計過深容易引起沉陷、冒頂等事故。設計輸水隧洞覆土深度需要考量斷面尺寸形狀、地表建筑物、地質條件、地下構筑物等布局狀態繼而進行合理設計。若隧洞施工條件良好，便于控制沉降可以適當縮減覆土深度。若地表建筑物、地下構筑物相對復雜則為了施工安全考慮，可以將覆土深度設計為1D左右。同時，為了防止在施工期間出現安全事故，可以設計相應的加固措施，有效控制沉降。

1.4 隧洞縱坡縱斷的設計

輸水隧洞縱斷設計期間應當考量坡度因素，必須保證坡度能夠達到施工標。目前，在施工方面對輸水隧洞的縱向轉彎與縱坡無嚴格要求，在設計時結合盾構法應用要求與施工實際情況進行合理控制即可。若隧洞水流情況為重力流輸水，則所設計的縱斷應當能夠滿足各個部位均處于有壓流的條件下進行，同時滿足應用盾構法邊坡的豎曲線連接需求。另外，在縱斷設計方面還需要考慮排水設計，采取相應的措施提高排水效率，在部分區域可以增設安防措施。

2 基于盾構法輸水隧洞施工要點分析

2.1 盾構區間劃分

在相同盾構輸水隧洞內需要做好盾構區間長度以及盾構井數目管理工作。一般而言，縮短區間長度則應當增加盾構井，但增加盾構井代表著施工成本提高、工期延長。因此，從經濟與效率的角度考量，所劃分的區間不應當過短，應當在能夠保證質量的同時適當延長區間，提高施工效率，降低工程造價[2]。但也并非區間越長越好，過長的區間亦會增加工程量，若管理檢修不足就有可能引發運行問題，延長工期，且難以保證施工質量。另外，長盾構區間也會導致材料、運輸等成本增加，這些同樣會影響施工進度。鑒于此，在進行盾構區間劃分時應當綜合考慮下述因素，第一，經濟性，過長的區間會減少盾構井成本、盾構機組裝、調試等成本，但運輸距離延長，不確定因素增加，施工期間應當針對各項影響經濟的因素進行綜合計算，擬定最佳區間。第二，效率性，在劃分時應當參照施工工期，要使其與工期相符，避免延誤工期。一般而言應用盾構法施工包括施工準備、設備組裝、盾構井施工等流程，應當結合施工各個流程及其影響因素明確區間長度。第三，施工條件，包括地面建筑、地下管線、構筑物等，根據這些條件科學選定盾構井施工位置，提高施工效率。

2.2 襯砌工作面布置

輸水隧洞需要負載一定的內水壓力，不僅包括管片襯砌，還包括現澆鋼筋砼二次襯砌所產生的內壓。鑒于經濟性考量，一般情況下，盾構區間的長度要大于地鐵區間，僅憑借盾構井施工，工期較長，不利于高效完工。因此，應當適當布置襯砌工作面，例如，盾構井之間相距2.1千米，襯砌施工最長可達1.05千米，依據月進尺75米進行計算，僅襯砌施工時間就需要14個月。從盾構機檢修、砼運輸難度、工期等各個角度看均欠缺合理性。因此，有必要在區間中添置豎井工作面。遵循設計標準輸水隧洞內包含永久閥井。在布置豎井時應當盡量與永久閥井聯合布置，以有效控制成本。

2.3 施工作業控制

基于盾構機進出作業。該環節引發任何問題都容易給整個輸水隧道工程帶來致命損害。因此務必做好該環節操作控制工作，在進洞前科學、合理規劃施工作業線路，避免出現軸線偏離等問題。同時結合考量施工線路附近環境，提前采取防范措施并制定處理方案，控制好重難點施工環節，進行安全防護，避免出現安全事故。另外，還應當保障進出洞條件適宜。

基于盾構機挖掘前進作業。在挖據期間應盡可能避免挖掘期間破壞附近土體，繼而保障挖掘面規范、穩定，同時注意保障施工人員安全。施工人員必須重視盾構機前進過程中的施工，必須嚴格按照相關規定進行施工，可以采取軸線、盾構軸線偏差設計的方法進行。需要注意的是，盾構機前進與管片組裝之間存在較為密切的聯系，因此應當注意把控注漿方式與注漿量。

基于盾構穿越粉砂層作業。應用盾構法施工容易受到施工地質條件的影響，特別是粉砂層會提升施工作業的難度，只有按照科學、規范的流程進行施工才可能實現順利挖掘前進。于粉砂層土體而言，其中土體液化、出土口噴砂對于應用盾構法影響最大，應當保障土體流通性，可以適當用泥沙施壓土艙，即是說將泥沙注入土艙內，以保障施工正常進行。

3 總結

總而言之，盾構法具有安全、科學、高效等應用優勢，在目前輸水隧洞工程項目中應用數量逐漸增多。在使用該方法時應當結合實際施工要求展開平面線、平面線形、斷面尺寸形狀等的設計工作，通過科學合理的設計保障技術應用效果滿足工程需求，進而穩步提升施工效率與質量，促進企業經濟發展。