地鐵工程盾構法的施工技術

彭思偉

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 北京 101300

1 盾構法施工技術工作原理

盾構法是指在地表以下土層或松軟巖層中采用盾構機掘進施工方法，即以盾構機為核心的一套完整的建造隧道的施工方法。目前，主要的盾構機種類分為土壓平衡式和泥水加壓式。土壓平衡式盾構機是依靠盾構機千斤頂的推力，千斤頂提供的推力可以給土室內的開挖土體加壓，這樣土壓就可以作用于開挖面來保持穩定。泥水加壓式盾構機的總體構造與土壓平衡式盾構機相似，開挖面的穩定是靠密封艙內的泥水來維持的。盾構機的鋼殼可以保持開挖時內外壓力平衡，使開挖面保持穩定。盾構機內的千斤頂可以利用拼裝好的管片，利用襯砌提供的反力使盾構機向前掘進。整個隧道施工過程可以簡單地描述為“開挖-襯砌-再開挖-再襯砌”的往復循環過程。

2 盾構施工技術的適用條件和特點

2.1 適用條件

首先，松軟的含水地層中適合使用盾構法進行施工，或者地下線路埋深不小于10m的情況，且盾構法施工適合用于相對勻質的地質條件；其次，城市地鐵在市區修建時，要有足夠的空間進行工作井的修建，工作井是為了盾構機的進出和土料的運輸工作；盾構法施工也有其埋深要求，隧道上方的覆土深度要大于6m且不能小于盾構機的直徑；最后，盾構法施工進行隧道的修建，隧道間的距離也有要求，隧道間水平方向夾土體加固厚度小于等于10m，豎直方向小于等于1．5m，隧道與相鄰建筑的加固土體厚度要求也是如此。

2.2 盾構法施工技術的優點

城市地鐵的建設會對城市交通有一定的影響，盾構法施工技術正是因為對地面交通和附近居民影響小而被廣泛使用。盾構法主要進行的是地面以下的暗挖，僅需有豎井施工的空間即可。這也最大程度上減小了對地面交通的影響。盾構機的組成十分復雜，這也讓推進、出土和拼裝襯砌等過程可以連續進行，這也加快了施工的進度，保持了一定的推進速度；盾構機的先進性也體現在機械化、自動化、遠程控制和智能化等方面，這也讓施工人員可以更加方便進行管理，降低了人員的工作強度，減少了工作人員的數量；由于整個過程都在盾構機上完成，施工人員的安全有了更好的保障，可以在一個相對安全的環境下進行施工。

2.3 盾構法施工技術的缺點

盡管盾構法施工技術在修建城市地鐵時有許多的優點，但它仍然有一些無法克服的缺點。盾構機的體積大，在隧道曲線半徑小的情況下，盾構法很難滿足施工要求。盾構機在穿越江河時，如果上方的土層太薄，盾構法施工很難在水下進行施工，一旦隧道漏水，后果不堪設想，全氣壓施工方法是盾構法的一種，這時要有更高的保護措施；盾構法施工會造成一定程度的地表沉降，這就要求更好的措施來減少沉降的發生。盾構法施工過程是一個精確施工的過程，這也對預制管片與機械制造的精度提出了更高的要求，這樣才能保證盾構法施工能夠正常進行。

3 地鐵工程盾構法的施工技術

3.1 工作井施工階段

在盾構工作開始之前，工作人員將要面臨的風險主要包括地面沉降風險、基坑失穩風險、設備損壞風險、密封失效風險、原材料質量不符合相應規定風險。出現涌水涌砂風險，主要是由于地下連續墻的施工質量不符合相關規范，具體的表現是工作人員在進行地下連續墻方面的工作時，對于施工細節沒有把控好，造成兩處接頭處存在泥沙夾雜其中影響閉合情況，由于不能很好的閉合，當出現涌沙情況時難以很好的對其進行控制，導致在地下連續墻處頻繁出現涌水涌砂的情況，影響后續工作進展。出現坑底隆起的情況，主要是由于工作人員在對圍護結構進行施工時，對于坑底的插入深度不滿足實際需求，或者是工作人員在對地基進行加固工作時沒有把控好施工質量。出現基坑失穩情況，主要是由于該部分的支護結構強度不能符合實際需求，在實際使用過程中支護荷載小于實際荷載，導致基坑穩定性降低，還有一種情況是由于支護工作進行得不夠及時。

3.2 準備工作階段

在該階段常見的風險包括地面沉降風險，輔助設施損壞風險，基坑施工風險，拼裝失誤風險。地面沉降風險主要是由于設計人員對當地的地質情況勘察不到位，不良地質對于施工設備的承載能力有限，面對該問題時需要工作人員對洞門土體進行加固工作，但也可能出現工作人員對其加固工作不到位，而造成風險依舊存在的可能。在施工過程中，工作人員需要借助一些輔助設施，而這些輔助設施如果承載能力和盈利分配出現問題，就會導致設備自身的損壞，影響后續工作的進行。由于工作人員對于盾構機內部結構不熟悉，在進行機械結構的拼接過程中出現失誤，也可能由于機械結構參數不符合原圖紙設計規劃方案，造成實際工作中無法正確指導工作人員進行相關工作。出現輔助設施損壞風險，主要是由于工作人員在進行盾構安裝基座時，始發基座承受能力不足，頂力過大或偏壓，導致基座出現破壞情況。出現基坑失穩主要是由于洞口的土體加固工作質量不到位。出現拼裝不到位的情況，主要是由于工作人員對于設備情況不夠了解，在進行拼裝工作時無法按照相關規范，嚴格要求自己的操作行為。在進行完拼裝工作之后，沒有及時的對拼裝成果進行復檢，導致拼裝工作出現一些意料之外的失誤，影響后續工作的進行。除此之外，還會出現的風險有設備意外損壞，這主要是由于在工作現場沒有協調好各工作部位的工作內容，導致不同設備在同一時間堆積到同一工作地點，使工作設備缺乏有效的工作面，影響工作效率，并且在碰撞時會容易引起設備損壞。

制訂科學合理的掘進速度，確保盾構機所承受的壓力、推進力以及扭矩符合其設備要求，同時在施工時要注意及時的進行注漿，確保土倉內部的壓力與來自地層之間的壓力之間保持平衡；做好碴土的管理工作，通過計算出土量來推算土層內外之間的作用力是否處于平衡狀態，避免出現土體超挖的情況。注意在施工過程中周邊建筑結構或管線結構出現沉降的情況。為了能夠有效地避免這一問題的發生，我們需要做好監測工作。通過對地面進行監測和對盾構機作業信息的監測，不斷調整掘進過程中的設備參數，以確保工程能夠順利推進。5．在進行施工之前，需要對施工線路周邊的建筑物進行調查，了解線路施工會對周邊的建筑結構產生什么樣的影響。

3.3 到達

盾構機到達進入接收井前要對洞口土體取樣，檢查土體是否滿足要求。主要檢查土體加固和滲水情況。在土體穩定性和滲水量符合要求時，方可鑿掉洞口混凝土。洞口混凝土在盾構機距洞口10m左右時可鑿除，盾構機刀盤露出時，可將井內土體清除，準備接收架進行盾構機進洞準備，接收架放置在略低于盾構機的位置，這樣盾構機可順利滑行上架。盾構機到達后即可進行洞口止水處理和隧道內管片螺栓復緊工作。

4 結語

城市地鐵是改善城市交通系統的重要方式。越來越多的地鐵線在各大城市里開通，盾構法施工技術也運用到這些城市地鐵的建設中來。盾構法施工技術以其施工速度快、安全、高效等優勢逐漸成為隧道施工的主流技術。這一技術的不斷發展將推動城市發展進入新階段。