水利地下設(shè)施的盾構(gòu)法施工技術(shù)

李悅 深圳南山區(qū)水務(wù)局

現(xiàn)階段的工程建設(shè)領(lǐng)域，盾構(gòu)法的應(yīng)用范圍越來越廣，在利用這一技術(shù)開展施工作業(yè)的過程中，有效發(fā)揮了襯砌和地下挖掘作業(yè)一體化的優(yōu)勢，保障了施工作業(yè)的順利完成。盾構(gòu)法雖然在多年的工程建設(shè)中得到了越來越多的應(yīng)用，但在應(yīng)用時(shí)尚存在很多的技術(shù)問題。尤其是水利地下設(shè)施施工建設(shè)中，因?yàn)楣こ汰h(huán)境的惡劣性，使得盾構(gòu)法施工時(shí)存在很多的技術(shù)難點(diǎn)。為提升盾構(gòu)法施工質(zhì)量和效益，工程企業(yè)在參與水利地下設(shè)施建設(shè)時(shí)，應(yīng)從工程現(xiàn)場環(huán)境和施工要求著手，注重盾構(gòu)法施工各個(gè)細(xì)節(jié)的把控。

1.盾構(gòu)法施工技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

盾構(gòu)施工法屬于工程領(lǐng)域中一種應(yīng)用范圍廣的新型工藝，在具體應(yīng)用中，主要是通過圓柱形組件根據(jù)隧洞軸線軌跡來向前推進(jìn)和挖出土壤的過程，圓柱形組件的使用在施工作業(yè)進(jìn)行中對(duì)挖出的空間起到了一定的保護(hù)作用。盾構(gòu)施工法在現(xiàn)場施工作業(yè)中的支撐作用明顯，對(duì)預(yù)防和控制地下水滲漏非常有效。在工程領(lǐng)域盾構(gòu)法一般難以被其他的工藝和技術(shù)取代。如果在施工作業(yè)進(jìn)行時(shí)面臨的地層條件相對(duì)較差，且為長距離、高標(biāo)準(zhǔn)施工作業(yè)，盾構(gòu)施工法的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢也就凸顯了出來。根據(jù)當(dāng)下盾構(gòu)施工法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用分析，其技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：質(zhì)量控制難度系數(shù)小，施工的經(jīng)濟(jì)性明顯；基本上不會(huì)對(duì)工程現(xiàn)場的環(huán)境造成惡劣的影響，可以有效對(duì)地下水水位加以科學(xué)控制；施工操作的安全性提高，人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工效率高；機(jī)械化程度高。但盾構(gòu)施工法同樣存在著一定的技術(shù)限制，具體表現(xiàn)為：一旦在施工作業(yè)中出現(xiàn)了隧道斷面情況，處理的技術(shù)難度較高，且面臨著較高的資金投入；在地層條件存在變化的情況下，施工作業(yè)進(jìn)行中伴隨著一系列的安全風(fēng)險(xiǎn)；施工流程復(fù)雜且需要注意的技術(shù)要點(diǎn)多。

2.水利地下設(shè)施的盾構(gòu)法施工

2.1 下放和始頂

在利用盾構(gòu)法開展水利地下設(shè)施建設(shè)施工中，盾構(gòu)機(jī)是其中的關(guān)鍵設(shè)備。整體盾構(gòu)可以在起重設(shè)備的輔助下順利下放到起點(diǎn)井位置，這一環(huán)節(jié)與頂管施工下管作業(yè)原理十分相似。如果在施工作業(yè)中面臨的是大直徑盾構(gòu)作業(yè)，因?yàn)榘徇\(yùn)的技術(shù)難度系數(shù)相對(duì)較高，工程人員可以通過現(xiàn)場組裝或者工作坑內(nèi)裝配來解決這一問題。當(dāng)盾構(gòu)下放到工作坑導(dǎo)軌以后，從起點(diǎn)井到完全沒入土中的距離為盾構(gòu)始頂，在此作業(yè)環(huán)節(jié)應(yīng)利用千斤頂來完成頂進(jìn)施工作業(yè)，因?yàn)槎軜?gòu)從起點(diǎn)井進(jìn)入土層時(shí)極易出現(xiàn)坍塌事故。盾構(gòu)作業(yè)開展可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)局部土層的加固，盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)作業(yè)中，已經(jīng)砌好的砌塊環(huán)可以有效發(fā)揮其支承作用。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，砌塊環(huán)長度一般為30～50m，只有保持在該長度區(qū)間內(nèi)才能夠發(fā)揮其支承作用。在相應(yīng)的施工作業(yè)之前，現(xiàn)場工程人員應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)置，具體處理如下：在盾構(gòu)沒入土中后，在起點(diǎn)井后背位置、盾構(gòu)襯砌環(huán)內(nèi)，設(shè)置相應(yīng)的圓形木環(huán)，該木環(huán)的直外徑均與砌塊環(huán)的內(nèi)外徑相同。

2.2 挖土及頂進(jìn)

水利地下設(shè)施的建設(shè)施工中，如果采用的是盾構(gòu)法施工作業(yè)，挖土和頂進(jìn)同樣是這一施工技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵工序。挖土方法的選擇與土的性質(zhì)、地下水分布情況都有著直接的關(guān)系，如果工程現(xiàn)場的土層密實(shí)度較高，更適宜采用手挖盾構(gòu)。施工人員在切削環(huán)保護(hù)罩中開展挖土作業(yè)，在不斷的挖土處理中工作面被挖成鍋底形，一次的挖土作業(yè)中，其挖深與砌塊寬度相同。為了確保在施工作業(yè)中坑道形狀的正確性，應(yīng)將與砌塊間的空隙控制在施工標(biāo)準(zhǔn)中，貼進(jìn)盾殼的土應(yīng)由切削環(huán)切下。如果在掘進(jìn)作業(yè)中無法直立對(duì)松散土層加以掘進(jìn)，可以將盾構(gòu)刃腳首先切入工作面，隨后在保護(hù)罩切削環(huán)中繼續(xù)挖土作業(yè)，結(jié)合工程現(xiàn)場的土質(zhì)條件，選取最為恰當(dāng)?shù)耐谕练绞剑_(dá)到局部挖土處理的效果。局部挖土以后所形成的工作面應(yīng)進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。局部挖掘作業(yè)應(yīng)從頂部開始，一旦在掘進(jìn)作業(yè)中盾構(gòu)刃腳無法直接切入工作面時(shí)，可以采取先挖后頂?shù)氖┕し绞剑詫?duì)每次的掘進(jìn)縱深加以科學(xué)控制。

對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)而言，為保障掘進(jìn)作業(yè)的穩(wěn)步進(jìn)行，工程人員應(yīng)保持前方土體的穩(wěn)定性，只有在此基礎(chǔ)上的施工作業(yè)才更為高效且安全。如果掘進(jìn)作業(yè)中面對(duì)的是軟土地層條件，現(xiàn)場施工人員應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場的地質(zhì)地形條件，選取有效的正面支護(hù)方式。掘進(jìn)作業(yè)中的掘進(jìn)軸線應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)前期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，推進(jìn)中每環(huán)都開展一次測量工作。如果掘進(jìn)軸線偏離了設(shè)計(jì)方向，工程人員應(yīng)根據(jù)偏差程度立即采取相應(yīng)的糾偏處理，且糾偏處理應(yīng)在推進(jìn)時(shí)緩慢開展。只有當(dāng)砌塊襯砌作業(yè)結(jié)束且達(dá)到了相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)以后方可進(jìn)入盾構(gòu)頂進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，在此過程中的推進(jìn)速度控制尤為重要，工程人員應(yīng)結(jié)合對(duì)地質(zhì)地形條件、埋深等綜合性因素的分析來保持推進(jìn)速度的科學(xué)性。

2.3 管片安裝與注漿

盾構(gòu)頂進(jìn)作業(yè)達(dá)到了相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)以后，工程企業(yè)應(yīng)立即根據(jù)水利地下設(shè)施的施工標(biāo)準(zhǔn)，組織專人深入現(xiàn)場進(jìn)行襯砌處理。盾構(gòu)法施工作業(yè)中的襯砌施工非常重要，直接作為盾構(gòu)千斤頂?shù)暮蟊扯嬖冢诰蜻M(jìn)作業(yè)中可以起到一定的支撐作用，而在盾構(gòu)施工作業(yè)全部完成以后，該襯砌可以作為整個(gè)構(gòu)筑物的永久性承載結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其結(jié)構(gòu)支撐作用。

對(duì)水利地下設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)而言，因?yàn)槭┕ぷ鳂I(yè)中多采用的是鋼筋混凝土或者預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土砌塊，且砌塊形狀相對(duì)多樣，比如，矩形砌塊（如圖1所示）。為達(dá)到良好的施工效果，工程人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工條件的準(zhǔn)確分析、盾構(gòu)直徑等基本情況，來保障每環(huán)分割數(shù)的合理性。相比之下，矩形砌塊的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，砌筑施工相對(duì)便捷，即使在施工作業(yè)中出現(xiàn)了一定的偏差，糾偏處理也相對(duì)容易，但不足之處為結(jié)構(gòu)整體性不夠。梯形砌塊的整體性相對(duì)較好，現(xiàn)場施工作業(yè)中，在條件允許的情況下可以選用梯形砌塊，但這一類型砌塊的砌筑作業(yè)中，對(duì)于安裝技術(shù)有著極高的要求，若出現(xiàn)誤差調(diào)整糾偏難度較大，在砌筑與安裝施工中應(yīng)遵守相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。砌塊連接處理中包含了平口和企口，其中后者的接縫防水性能相對(duì)較高，但拼裝時(shí)的技術(shù)要求較多。砌塊連接時(shí)使用的是粘結(jié)劑連接方法，可以選用瀝青膠或者環(huán)氧膠泥等材料。

圖1 矩形砌塊

3.結(jié)束語

近年來，我國水利事業(yè)的發(fā)展迅猛，各種規(guī)模、類型的水利工程項(xiàng)目實(shí)施中，施工工藝和技術(shù)日漸成熟，但水利地下設(shè)施的施工難度較大，盾構(gòu)施工法非常有效，雖然盾構(gòu)法的施工優(yōu)勢明顯，但在施工過程中需注意的技術(shù)要點(diǎn)較多，工程人員應(yīng)根據(jù)施工要求，注意盾構(gòu)施工每個(gè)細(xì)節(jié)的管理和控制。