城市軌道交通隧道盾構(gòu)施工技術(shù)特點(diǎn)分析與應(yīng)用

摘要：城市軌道交通大多采用地下修建的方式，很多城市采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行軌道交通工程項(xiàng)目隧道建設(shè)。盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)技術(shù)順利實(shí)施的關(guān)鍵。結(jié)合城市軌道交通建設(shè)工程項(xiàng)目中的隧道施工特點(diǎn)，分析了盾構(gòu)技術(shù)在該型工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，研究了盾構(gòu)機(jī)在城市軌道交通隧道建設(shè)項(xiàng)目中的使用管理措施，同時(shí)指明了進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)操作和維護(hù)保養(yǎng)的關(guān)鍵措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)技術(shù);隧道襯砌;管片拼裝;密封

0" "前言

為了節(jié)約城市土地資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)便捷通勤，城市軌道交通大多采用地下修建的方式。采用這種方式進(jìn)行城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)，需要采用多種施工機(jī)械配合施工，簡(jiǎn)單依靠人力不僅工期難以保證工期，施工質(zhì)量更難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。為了達(dá)到理想的施工效果，很多城市采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行軌道交通工程項(xiàng)目隧道建設(shè)。

利用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行地下軌道交通隧道施工時(shí)，需要采用大型盾構(gòu)機(jī)對(duì)地下土方進(jìn)行貫通式開挖和掘進(jìn)。在這一過程中，除了需要確保隧道支撐面不出現(xiàn)塌陷、斷裂和灌水之外，還要保證開挖和掘進(jìn)過程的順利進(jìn)行[1]。另外，還需要及時(shí)在開挖處進(jìn)行灌漿操作，確保開挖面按照預(yù)定工藝要求形成具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的襯砌，保證隧道工程項(xiàng)目順利竣工[2-3]。

由此可見，盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)技術(shù)順利實(shí)施的關(guān)鍵。鑒于此，研究城市軌道交通工程項(xiàng)目隧道施工，需要圍繞提升盾構(gòu)機(jī)的使用性能和維護(hù)保養(yǎng)水平來開展盾構(gòu)施工特點(diǎn)的分析。

1" "盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展歷程

盾構(gòu)技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代的美國(guó)，當(dāng)時(shí)施工方利用初級(jí)盾構(gòu)機(jī)Brunel盾構(gòu)機(jī)，修建了內(nèi)達(dá)科塔州的水壩，不僅施工質(zhì)量完全滿足建設(shè)方的需求，施工效率創(chuàng)造了當(dāng)年的記錄，同時(shí)施工成本只占之前完全由人力和其他機(jī)械配合施工時(shí)的70%。

這種新技術(shù)的出現(xiàn)刷新了人們的認(rèn)知，很多工程項(xiàng)目建設(shè)過程中紛紛引進(jìn)這種新技術(shù)，尤其是隧道工程建設(shè)項(xiàng)目，更是體現(xiàn)出這種施工技術(shù)的巨大優(yōu)越性，很多國(guó)家的地鐵線紛紛采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目建設(shè)[4]。

隨著建筑工程機(jī)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過多年的更新?lián)Q代和迭代改進(jìn)，相繼出現(xiàn)了適用多種地質(zhì)條件的機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)、氣壓式盾構(gòu)機(jī)、閉胸式盾構(gòu)機(jī)、大扭矩盾構(gòu)機(jī)等不同類型。這不僅極大促進(jìn)了工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量，而且使地下隧道建設(shè)更加安全、可靠。近年來，隨著人們對(duì)盾構(gòu)技術(shù)的深入了解，更加意識(shí)到這種技術(shù)具有綠色、環(huán)保等性能，因此在隧道工程項(xiàng)目中獲得了更加廣泛的推廣和應(yīng)用[5]。

采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行地下隧道工程項(xiàng)目建設(shè)，必須對(duì)施工區(qū)域周圍地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘測(cè)，根據(jù)巖土類型的不同選擇不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的盾構(gòu)技術(shù)，搭配使用不同型號(hào)的盾構(gòu)機(jī)。我國(guó)幅員遼闊，多種地形地貌并存，一般來說根據(jù)城市的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為四種類型，有些城市以砂卵為主，有些城市以巖層為主，有些城市以巖層和軟弱地層交變?yōu)橹鳎行┏鞘幸攒浫醯貙訛橹鳌ａ槍?duì)這些城市的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用明挖法、暗挖法、礦山法及盾構(gòu)法等進(jìn)行施工。在施工條件允許的情況下，優(yōu)先選擇盾構(gòu)法進(jìn)行施工。

2" "盾構(gòu)施工要點(diǎn)

2.1" "采取合理施工技術(shù)

為了在盾構(gòu)法實(shí)施過程中取得理想的施工效果，同時(shí)確保施工質(zhì)量和安全，進(jìn)行盾構(gòu)施工、選擇盾構(gòu)機(jī)時(shí)必須要關(guān)注以下性能：

一是支護(hù)的穩(wěn)定性。采用合理技術(shù)對(duì)地層及盾構(gòu)正面土體進(jìn)行支護(hù)，可以在保證結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定的同時(shí)，能夠保證土體不出現(xiàn)流失現(xiàn)象。

二是挖土掘進(jìn)性能。在盾構(gòu)正面有限空間內(nèi)采用合理技術(shù)進(jìn)行挖土，在促進(jìn)順利掘進(jìn)的同時(shí)，有利于節(jié)省施工空間。

三是排土運(yùn)輸性能。在盾構(gòu)機(jī)后采用科學(xué)合理技術(shù)進(jìn)行土艙罐裝、排土，能實(shí)現(xiàn)土體的高效收集、快速運(yùn)輸，避免土體大量堆積，影響后續(xù)工序的順利推進(jìn)。

2.2" "做好隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了配合盾構(gòu)技術(shù)在城市軌道交通隧道工程項(xiàng)目建設(shè)中順利實(shí)施，需要做好隧道襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作。進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注盾構(gòu)隧道管片的設(shè)計(jì)。結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，對(duì)施工區(qū)域地基可能發(fā)生的不均勻沉降做出判斷，沿隧道建設(shè)的軸線方向選擇合適的斷面進(jìn)行受力分析，根據(jù)分析出的隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)特征選擇合適的隧道管片，確保隧道在建設(shè)過程中能夠承受上方主、次載荷的壓力。

一般，選擇長(zhǎng)期作用在隧道上方的受力作為主載荷，選擇隧道竣工后其上通行的人流、車流最大流量時(shí)引發(fā)的受力變化作為次載荷，并綜合考慮地震、水涌等特殊地質(zhì)條件變化引發(fā)的偶發(fā)性載荷變化，綜合分析之后作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析要點(diǎn)。

2.3" "關(guān)注盾構(gòu)設(shè)備靈敏度

實(shí)際使用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行隧道施工時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注盾構(gòu)設(shè)備靈敏度。當(dāng)前，采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行軌道交通工程隧道施工項(xiàng)目建設(shè)，需要根據(jù)盾構(gòu)管片和盾尾之間存在的空間比例，確定盾構(gòu)頭部活動(dòng)的靈活性。

盾構(gòu)機(jī)在地下巖土層中使用時(shí)，正面部分被土層包裹而僅有少許的活動(dòng)空間。相對(duì)而言，盾構(gòu)機(jī)尾部的活動(dòng)空間較大，因此進(jìn)行盾構(gòu)技術(shù)施工時(shí)，需要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)尾部的空間范圍進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)角和航向的調(diào)整，以滿足使用需求。同時(shí)，設(shè)計(jì)盾構(gòu)機(jī)尾部長(zhǎng)度時(shí)需要考慮可調(diào)整性，以便施工操作人員根據(jù)地下空間的大小，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)尾部的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)靈敏度的調(diào)整。

2.4" "做好管片拼裝

利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道工程的施工建設(shè)時(shí)，需要做好前、后兩環(huán)管片面之間接縫處的拼裝。不同方式的拼裝，使盾構(gòu)機(jī)承受的壓力不同，從而產(chǎn)生不同的施工效果。前、后兩環(huán)管片面的接縫處在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)承受極大的壓力，在這接縫之間安放橡膠軟木襯墊能使整個(gè)環(huán)面均勻受壓，改善兩環(huán)管片間施工應(yīng)力的作用條件，不使管片硬碰硬而破碎。可以采用通縫拼裝或者錯(cuò)縫拼裝的方法進(jìn)行管片拼裝，兩種拼裝方式需要根據(jù)施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件及盾構(gòu)機(jī)的承力性能最終確定。

由此可見，盾構(gòu)技術(shù)有效改善了隧道工程的建設(shè)質(zhì)量，尤其提升了軌道交通建設(shè)項(xiàng)目隧道工程的施工效率。盾構(gòu)技術(shù)在施工過程中，綜合施工效果依賴于盾構(gòu)機(jī)的選型和使用。

3" "盾構(gòu)機(jī)使用管理

3.1" "做好盾構(gòu)機(jī)的密封

盾構(gòu)機(jī)在地下空間中使用，尤其是在各種特性不明且復(fù)雜的土層或者砂礫層中使用時(shí)，需要做好密封操作，防止軟土或者沙礫進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)中影響綜合性能。盾構(gòu)機(jī)的密封包括主驅(qū)動(dòng)的密封和盾尾的密封兩部分。主驅(qū)動(dòng)一般在盾構(gòu)機(jī)出廠時(shí)就已經(jīng)做好了密封，在使用過程中需要對(duì)密封狀態(tài)經(jīng)常檢查，確保密封狀態(tài)始終良好，以增強(qiáng)其使用壽命。

另外，需要定期對(duì)主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行清潔。因?yàn)橹黩?qū)動(dòng)承擔(dān)了盾構(gòu)機(jī)的主要掘進(jìn)動(dòng)力，良好的清潔狀態(tài)能夠確保主驅(qū)動(dòng)在工作過程中不受雜質(zhì)的干擾，從而保持穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)清潔的同時(shí)，需要做好主驅(qū)動(dòng)的潤(rùn)滑，檢查潤(rùn)滑油脂的容量，測(cè)量潤(rùn)滑油脂的工作溫度，確保主驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)部位的潤(rùn)滑狀態(tài)良好，以延長(zhǎng)著驅(qū)動(dòng)的使用壽命。

盾尾密封是防止施工區(qū)域土層、水層、砂礫層中各種雜質(zhì)進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵。進(jìn)行盾尾密封一般采用多層密封的方法，在各密封層之間充入油脂。盾尾密封一方面可以起到有效潤(rùn)滑的作用，另一方面能夠防止地下水進(jìn)入。

盾尾密封層中的油脂注入一般采用自動(dòng)的方式，即由盾構(gòu)機(jī)的工作程序按照預(yù)先設(shè)定自動(dòng)注入油脂。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)漏水的狀況時(shí)，可以采用人工手動(dòng)注入的方式。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)漏水情況時(shí)，需要停止盾構(gòu)機(jī)工作并采用手動(dòng)方式進(jìn)行油脂注入，注入完畢后繼續(xù)進(jìn)行盾構(gòu)施工。不可以在突發(fā)漏水的狀況下強(qiáng)行施工，否則會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的正常工作狀態(tài)造成不可逆性的破壞。

3.2" "做好盾構(gòu)機(jī)油壓驅(qū)動(dòng)裝置定期檢查

盾構(gòu)機(jī)油壓驅(qū)動(dòng)裝置是盾構(gòu)機(jī)的主要?jiǎng)恿碓矗谑褂眠^程中需要做好定期檢查工作。液壓油要每隔一到兩個(gè)月要采集一次，經(jīng)權(quán)威的檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)液壓油的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)更換液壓油。

部分型號(hào)的盾構(gòu)機(jī)中，主油箱的進(jìn)出油口都配有過濾網(wǎng)，用于過濾液壓油中的雜質(zhì)，并且有壓力表和壓力傳感器顯示過濾網(wǎng)的工作狀況，每個(gè)班組都要對(duì)過濾網(wǎng)的情況進(jìn)行檢查。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，更換液壓系統(tǒng)的過濾網(wǎng)。只有保持盾構(gòu)機(jī)油壓驅(qū)動(dòng)裝置的清潔度和額定的壓力，才能確保盾構(gòu)機(jī)始終處于良好的工作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效施工。

4" "盾構(gòu)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)

4.1" "按照“預(yù)防為主、用保并重”原則維護(hù)保養(yǎng)

盾構(gòu)機(jī)屬于大型機(jī)械設(shè)備，在使用過程中除了按照規(guī)范的程序進(jìn)行操作之外，更應(yīng)該做好維護(hù)保養(yǎng)工作，確保盾構(gòu)機(jī)始終處于良好的工作狀態(tài)。進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，需要遵照“預(yù)防為主、用保并重”的原則開展。

在盾構(gòu)機(jī)每次投入使用之前，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行全方位檢查，尤其是對(duì)于潤(rùn)滑油的清潔度、關(guān)鍵部位的連接件狀態(tài)、螺絲的松動(dòng)程度等都需要檢查，避免這些易損件在工作中出現(xiàn)意外，從而影響到整個(gè)工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。

需要建立固定的狀態(tài)檢測(cè)機(jī)制，也就是需要定期對(duì)盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的故障需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，不允許盾構(gòu)機(jī)帶著故障開展工作。另外，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的操作、使用和維護(hù)保養(yǎng)，都需要安排專業(yè)人員進(jìn)行，堅(jiān)持持證上崗制度，沒有獲得相應(yīng)資格證的人員不允許從事這些事情，從源頭上提高盾構(gòu)機(jī)的操作和維護(hù)保養(yǎng)水平。

4.2" "加強(qiáng)相關(guān)人員的培訓(xùn)

施工單位在隧道工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)相關(guān)操作和維護(hù)保養(yǎng)人員的能力素質(zhì)需要進(jìn)行培訓(xùn)。施工單位應(yīng)該根據(jù)工程項(xiàng)目建設(shè)要求、施工地質(zhì)特點(diǎn)、盾構(gòu)機(jī)型號(hào)特點(diǎn)等，對(duì)相關(guān)人員開展培訓(xùn)，及時(shí)向他們講解適合于該型盾構(gòu)機(jī)的專業(yè)知識(shí)，避免操作人員帶著知識(shí)盲點(diǎn)參與到盾構(gòu)施工過程中。個(gè)人因素給盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)帶來破壞，將最終影響到盾構(gòu)機(jī)的使用性能。

另外，還應(yīng)該建立責(zé)任制，尤其對(duì)盾構(gòu)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)過程應(yīng)做好記錄，應(yīng)督促維護(hù)保養(yǎng)人員采用規(guī)范方法和質(zhì)量性能良好的零備件進(jìn)行保養(yǎng)，避免出現(xiàn)重使用輕保養(yǎng)，或者使用劣質(zhì)件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的問題，杜絕維護(hù)保養(yǎng)的不規(guī)范引發(fā)質(zhì)量事故。

5" "結(jié)語

盾構(gòu)技術(shù)是地下軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中隧道工程順利實(shí)施的關(guān)鍵，該項(xiàng)技術(shù)的順利開展，不僅受到施工區(qū)域自然地質(zhì)和水文條件的影響，也受到盾構(gòu)機(jī)型號(hào)和性能的制約。本文結(jié)合城市軌道交通建設(shè)工程項(xiàng)目中的隧道施工特點(diǎn)，分析了盾構(gòu)技術(shù)在該型工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，研究了盾構(gòu)機(jī)在城市軌道交通隧道建設(shè)項(xiàng)目中的使用管理措施，同時(shí)圍繞開展使用操作和維護(hù)保養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析。

盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展需要先進(jìn)的理念作指引，在后續(xù)的研究中，應(yīng)該圍繞盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)，開展特定型號(hào)盾構(gòu)機(jī)在特定區(qū)域地質(zhì)環(huán)境中的應(yīng)用研究，進(jìn)一步拓寬盾構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用范圍，以促進(jìn)城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量的整體提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 高超.城市軌道交通隧道盾構(gòu)施工主要技術(shù)分析[J].低碳世界，"2017，12（4）：2-4.

[2] 王軍飛.城市軌道交通隧道盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2018，4（4）：2-3.

[3] 熊智陽.地鐵隧道工程沉管法與盾構(gòu)法施工技術(shù)的對(duì)比分析[J].建筑知識(shí)， 2017，21（5）：84-86.

[4] 楊坤.城市軌道交通隧道盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中外建筑，"2019，11（4）：204-205.

[5] 陳明.淺析城市軌道交通隧道盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)[J].裝備維修技術(shù)， 2020，7（6）：1-3.