淺析地鐵盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)

李利民

【摘 要】近年來，施工過程最終做出了巨大的進展，具有高技術(shù)含量的盾構(gòu)施工技術(shù)的，能夠?qū)崿F(xiàn)全斷面的標(biāo)題、屏蔽技術(shù)的出現(xiàn)使施工效率高，盾構(gòu)施工技術(shù)的適用范圍較廣，更能顯示其優(yōu)點和缺點的方法來彌補。隨著技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)施工技術(shù)的適用范圍更廣泛，得到了廣泛地應(yīng)用。鑒于此，本文對地鐵盾構(gòu)法隧道的施工技術(shù)進行了分析探討，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)法；隧道施工技術(shù)；應(yīng)用措施

一、盾構(gòu)法介紹

盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)這種施工機械在地上以下暗挖地道的一種施工辦法。盾構(gòu)是一個既能夠支承地層壓力又能夠在地層中推動的活動鋼筒構(gòu)造。鋼筒的前端設(shè)置有支持和開挖土體的設(shè)備，鋼筒的中段裝置有頂進所需的千斤頂；鋼筒的尾部能夠組裝預(yù)制或現(xiàn)澆地道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推動一環(huán)間隔，就在盾尾支護下組裝（或現(xiàn)澆）一環(huán)襯砌，并向襯砌環(huán)外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以避免地道及地上下沉。盾構(gòu)推動的反力由襯砌環(huán)承當(dāng)。盾構(gòu)施工前應(yīng)先建筑一豎井，在豎井內(nèi)裝置盾構(gòu)，盾構(gòu)開挖出的土體由豎井通道送出地上。

二、地鐵隧道盾構(gòu)施工特點

地鐵盾機施工主要為穩(wěn)定開挖面、挖掘及排土、襯砌（壁后灌漿）三大部分。地鐵盾構(gòu)機施工具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響、水下開挖不影響水面交通等特點，在隧洞較長、埋深較大的情況下，用地鐵盾構(gòu)法施工更為經(jīng)濟合理。

三、地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)原理

地鐵盾構(gòu)機的根本作業(yè)原理即是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推動邊對土壤進行發(fā)掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對發(fā)掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時文撐的效果，接受周圍土層的壓力，有時還接受地下水壓以及將地下水擋在外面。發(fā)掘、排土、襯砌等作業(yè)在護盾的保護下進行。

四、盾構(gòu)法在地鐵隧道施工中的技術(shù)應(yīng)用

1、盾構(gòu)法管片的施工技術(shù)

1.1管片分塊。

管片分為標(biāo)準(zhǔn)塊（B）、鄰接塊（L）、關(guān)鍵塊（K）三類，其中關(guān)鍵塊只有一塊，兩塊緊鄰塊分別為關(guān)鍵塊兩側(cè)，因此改變標(biāo)準(zhǔn)塊（B）數(shù)量就直接改變斷面尺寸。目前有三種類型即直線型+楔形擬合型、通用型、左轉(zhuǎn)環(huán)+右轉(zhuǎn)環(huán)襯砌環(huán)組合型均可滿足隧道直線和曲線的設(shè)計要求；施工時對隧道線性的控制，采用通用型管片襯砌組合可最大程度的減少曲線累計擬合誤差，每一塊管片拼裝施工連接精度嚴(yán)格控制，因只有一種類型的管片則管片襯砌可以整體360°旋轉(zhuǎn)控制線性誤差；設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)注意曲線的線性楔形量控制，與管片環(huán)寬、盾構(gòu)隧道外徑及設(shè)計半徑有關(guān)系。

1.2管片連接。

管片之間連接有螺栓接頭、絞接頭等，有直螺栓、彎螺栓、斜螺栓等螺栓連接方式；有研究表明斜螺栓連接對管片損傷最小，但不適合小直徑、薄管片盾構(gòu)區(qū)間隧道；彎螺栓連接合適薄管片、小直徑盾構(gòu)隧道。管片連接時，加固螺栓連接需檢測管片有無新裂縫的開裂及自身容許微小裂縫的繼續(xù)發(fā)展；螺栓的加固對管片強度有影響，不得出現(xiàn)管片外觀明顯的破損；增加管片接頭的剛度有利于結(jié)構(gòu)整體性的增強及結(jié)構(gòu)變形的控制；目前在國內(nèi)管片間螺栓類型均屬于永久性，因此可拆式螺栓管片是節(jié)約材料的新方向。

1.3管片拼裝。

盾構(gòu)隧道裝配式襯砌結(jié)構(gòu)管片拼裝方式有通縫、錯縫兩種。在通縫與錯縫連接受力分析及論證的研究中表明，通縫拼裝的襯砌各環(huán)接頭位置相同，受荷相同的情況下變形一直且相鄰間無彎矩和剪力傳遞，目前廣泛采用的錯縫拼裝襯砌接頭錯開，受力錯綜復(fù)雜致使相鄰管片變形迥異（力的傳遞分散），但研究結(jié)果顯示錯縫在防水、控制等問題上優(yōu)于通縫。拼裝施工關(guān)鍵點，假定小塊封頂為5+1型式原則是B2→B1（B2）→L1（L2）→K，在順序上對線性控制方面做調(diào)正。簡而言之，以關(guān)鍵塊（K）最后一塊拼裝的原則下，以K塊最遠相對點為起點，沿環(huán)向的兩側(cè)向K塊拼裝；螺栓均是前一塊或者前一環(huán)穿向當(dāng)前塊或者環(huán)。K塊拼裝方式有徑向插入、縱向插入和先徑向再縱向等方式，目前國內(nèi)施工大多采用先徑向后縱向的方式拼裝關(guān)鍵塊，徑向搭接長度需綜合考慮關(guān)鍵塊插入度和盾構(gòu)機千斤頂?shù)拈L度（盾構(gòu)機姿態(tài)），然而縱向插入的方式主要考慮徑向搭接長度和插入關(guān)鍵塊時的間隙。

2、壓縮空氣式盾構(gòu)。

該工法運用壓縮空氣使整個盾構(gòu)都避免地下水的侵入，它可在游離水體下或地下水位下運作。其作業(yè)原理是運用用壓縮空氣來平衡水壓和土壓。傳統(tǒng)的壓縮空氣式盾構(gòu)要求在地道作業(yè)面和止水地道之間封閉一個相對較大的作業(yè)腔，大多數(shù)工人常常處于壓縮空氣下，這會對掘進地道和襯砌形成攪擾，為了處理這些疑問，又出現(xiàn)了用無壓作業(yè)腔及全斷面開挖的壓縮空氣式盾構(gòu)和帶有無壓作業(yè)腔及有些斷面開挖的壓縮空氣式盾構(gòu)等。

3、土壓平衡式盾構(gòu)。

該法用旋轉(zhuǎn)的刀盤開挖地層，挖下的渣料通過切開輪的開口被壓入開挖腔，然后在開挖腔內(nèi)與塑性土漿混合。推力由壓力艙壁傳遞到土漿上。當(dāng)開挖腔內(nèi)的土漿不再被當(dāng)?shù)氐耐梁退畨汗袒瘯r就抵達平衡。假設(shè)土漿的支撐壓增大超過了平衡，開挖腔的土漿和在作業(yè)面的地層將進一步固化。與泥漿式盾構(gòu)對比利益在于：無分別設(shè)備在淤泥或粘土地層中運用，覆蓋層淺時無貫穿漿化的支撐泥漿走漏的危險。

4、泥漿式盾構(gòu)。

該法可以適用于各種懈怠地層，有無地下水均可，在安穩(wěn)的地層中運用該法利益很多。運用該法地道作業(yè)面由泥漿支護，泥漿液被寫入地道作業(yè)面前封閉的開挖腔，有壓力的懸浮液進入地層，封閉地層并構(gòu)成濾餅，濾餅上開挖腔中有壓的懸浮液能平衡土壓及水壓。用作支護的液體一起又作為運送介質(zhì)。由開挖東西開挖的地層在開挖腔中與支護液混合。然后懸浮液的混合物被泵送到地上，在地上的別離場中支護液從地層中別離出來。

5、軟土盾構(gòu)法施工技術(shù)

5.1網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)。

網(wǎng)格式水利機械盾構(gòu)合適水利沖刷的網(wǎng)格和封板組成切口支承形式，盾構(gòu)切口后部的隔艙板與網(wǎng)格間，供土體沖刷成泥水，沖刷水槍用于沖刷開啟封板外的土體，或?qū)⑴搩?nèi)土塊稀釋成泥漿，水力輸送機具采用揚水器及渣漿泵將艙內(nèi)泥水排放至地面。水力出土盾構(gòu)與干出土盾構(gòu)不同在于出土形式及設(shè)置的網(wǎng)格封板，水力出土施工的特殊性在于根據(jù)地層土質(zhì)、盾構(gòu)推進軸線控制要求及推進出土量，來確定封板所開啟的部位及出土開孔面積。水泵房出洞口處理一般采取洞門外鋼板樁封門，出洞水力出土機械的過渡轉(zhuǎn)換由臨時的揚水器和管道過渡到正常車架水力出土機械，盾構(gòu)推進與水力出土相互協(xié)調(diào)關(guān)系為多點沖土、面大坑淺、表濕內(nèi)干、底部待擠、勤沖勤糾，控制推進出土量主要與網(wǎng)格封板開啟面積的大小及正面土體的可塑性有關(guān)。

5.2復(fù)合式盾構(gòu)。

復(fù)合式盾構(gòu)是目前我國隧道施工中最為常見一種軟土盾構(gòu)法，復(fù)合式盾構(gòu)掘進機運行系統(tǒng)采用模式識別和智能控制，操作人員可按不同硬巖、軟土及復(fù)合地層條建設(shè)定掘進模式。

盾構(gòu)將自動按設(shè)定模式調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行狀態(tài)，依靠盤型滾刀和標(biāo)準(zhǔn)割刀相結(jié)合的刀盤開挖土體。在具有豐富裂隙水且塑性較大的風(fēng)化巖中掘進時，若盾構(gòu)土艙設(shè)定壓力過高，則經(jīng)破碎后的風(fēng)化巖與地層裂隙水混合后并經(jīng)過刀盤碾壓，極易在刀盤正面形成泥餅，從而極大的降低刀盤的切削效率，增大刀盤扭矩、推力，增加設(shè)備的故障率。

5.3雙圓盾構(gòu)工法。

雙圓盾構(gòu)工法（DOT工法）的工作原理較為簡單，是利用安裝在盾構(gòu)最前面的兩個輻條式切削刀盤對正面土體進行旋轉(zhuǎn)切削，同時利用盾構(gòu)本體上的千斤頂將盾構(gòu)掘進機向前頂進，切削下來的土體進入刀盤后方的土艙內(nèi)，艙內(nèi)始終保持適當(dāng)壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少盾構(gòu)推進對地層土體的擾動，從而控制地表沉降，土艙內(nèi)土體由安裝在土艙下部的螺旋輸送機向排土口連續(xù)的將土渣排出，在推進一段距離后，由設(shè)在盾構(gòu)本體上的拼裝機將預(yù)制鋼筋混凝土管片在盾構(gòu)外殼的保護下拼裝成環(huán)。

結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國地鐵隧道的盾構(gòu)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，為了促進我國城市化進程的發(fā)展，相關(guān)按建設(shè)單位要加強對于地鐵隧道盾構(gòu)技術(shù)研究，根據(jù)其技術(shù)原理，加強地鐵隧道的建設(shè)。

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