地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)改進(jìn)的方法研討

陳宗旭

【摘要】地鐵盾構(gòu)施工，開挖、支護(hù)、地表沉降控制、地下管線保護(hù)、地表建筑物保護(hù)、防水均為工程的主要工序，任何一道工序關(guān)系到工程的整體質(zhì)量。為保證這些工序的質(zhì)量，文章將以某地鐵工程為例，在明確該工程盾構(gòu)工程施工技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，深入研討該工程各道工序技術(shù)改進(jìn)的方法。

【關(guān)鍵詞】地鐵工程，盾構(gòu)施工，技術(shù)改進(jìn)

1某地鐵盾構(gòu)工程施工技術(shù)改進(jìn)要求

某地鐵工程全長(zhǎng)20km，沿線經(jīng)過17座車站，地層以粉細(xì)砂、中粗砂、粉土、粉質(zhì)粘土、卵石砂礫為主。根據(jù)工程的地質(zhì)條件及周邊環(huán)境特征，選擇盾構(gòu)淺埋暗挖法的施工區(qū)間隧道有20個(gè)，每個(gè)區(qū)間隧道的斷面開挖跨度在6.2-15.2m之間，其中沉降值在10-200mm之間，且部分地段洞頂存在砂層，在開挖期間，地表沉降大有擴(kuò)大趨勢(shì)，尤其縱向和橫向范圍，超出開挖的兩側(cè)，出現(xiàn)沉降裂縫。為保證本地鐵工程盾構(gòu)施工的質(zhì)量，在此就工程的主要施工工序，提出相應(yīng)的施工技術(shù)改進(jìn)要求：

①開挖工序：借助機(jī)械實(shí)施全斷面開挖，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，采用分部開挖和人工開挖相結(jié)合方式，目的是實(shí)現(xiàn)該道工序的工廠化管理。

②支護(hù)工序：設(shè)置混凝土管片之后，進(jìn)行壁厚注漿，期間主要工序涵蓋噴混凝土、錨桿設(shè)置、鋼拱架與鋼筋網(wǎng)布設(shè)、模注混凝土，目的是為地鐵盾構(gòu)施工奠定安全管理基礎(chǔ)。

③地表沉降控制工序：在土壓平衡控制的基礎(chǔ)上，最大限度限制工作面的變形，主要原因是初期支護(hù)期間，隧道的變形會(huì)加劇下沉，最大下沉量可能達(dá)到60mm，而地表沉降控制，目的就是減緩地表下沉量，本工程的沉降控制目標(biāo)為30mm以下。

④地下管線、地表建筑物保護(hù)工序：為保護(hù)地下管線和地表建筑物，進(jìn)行地表注漿加固，然后適當(dāng)拆線地表建筑物，但大多數(shù)情況下，以原位保護(hù)為主。

⑤防水工序：借助土壓平衡和水壓平衡控制的方法，在注漿的基礎(chǔ)上，加設(shè)混凝土管片和膨脹橡膠止水帶，所澆筑混凝土需具備一定防水性能，確保完工后的隧道，能達(dá)到"滴水不漏"的質(zhì)量水準(zhǔn)。

2案例地鐵盾構(gòu)工程施工技術(shù)改進(jìn)方法

根據(jù)以上提到的案例地鐵盾構(gòu)工程施工技術(shù)改進(jìn)要求，本工程的盾構(gòu)施工，需要分別對(duì)開挖技術(shù)、支護(hù)技術(shù)、地表沉降控制技術(shù)、地下管線保護(hù)技術(shù)、地表建筑保護(hù)技術(shù)、防水技術(shù)等進(jìn)行如下改進(jìn)：

2.1開挖技術(shù)改進(jìn)

由于本工程盾構(gòu)施工的開挖工序，在隧道拱部位置埋設(shè)小導(dǎo)管，用于注漿護(hù)頂，而人工分臺(tái)階開挖的方式，上臺(tái)階和下臺(tái)階之間相距1.5倍洞徑左右，其中開挖上導(dǎo)臺(tái)階時(shí)，管棚起到護(hù)頂作用，隧道上方正常情況下不會(huì)發(fā)生塌方事故，但施工期間發(fā)展暴露在外的掌子面穩(wěn)定性可能會(huì)出現(xiàn)問題，并且波及整個(gè)隧道的穩(wěn)定性，因此筆者認(rèn)為有必要在相關(guān)開挖技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化掌子面的穩(wěn)定性工作。針對(duì)敞開的下半斷面，檢查其底層的完好性，對(duì)于斷面面積比較大，且地質(zhì)條件不佳的區(qū)域，融入應(yīng)用CRD施工技術(shù)，以本工程的軟土地層區(qū)域開挖施工為例，利用盾殼保護(hù)隧道的頂部，進(jìn)而借助土壓平衡維持掌子面的穩(wěn)定，在確保圍巖穩(wěn)定性趨于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后，采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全斷面開挖，以及連續(xù)機(jī)械化出渣。

2.2支護(hù)技術(shù)改進(jìn)

本工程在開挖的同時(shí)，借助復(fù)合襯砌的支護(hù)方法，其中初期支護(hù)以人工操作的方式，聯(lián)合采用噴射砼、鋼筋網(wǎng)、連接筋、鋼拱架支護(hù)，形成盾構(gòu)的承載結(jié)構(gòu)體，目的是承受盾構(gòu)施工所產(chǎn)生的基本荷載，期間，初期支護(hù)屬于柔性支護(hù)體，即可在位移允許值范圍內(nèi)，但必須兼顧潛藏的各種不安全隱患，而二次襯砌利用模板臺(tái)車，現(xiàn)場(chǎng)模筑砼，與初期支護(hù)共同發(fā)揮承載地鐵隧道永久荷載的作用。筆者認(rèn)為包括開挖、頂管片襯砌拼裝、場(chǎng)外管片預(yù)制等，均可在盾殼保護(hù)下進(jìn)行，適時(shí)砼抗?jié)B性能可得以保證，并簡(jiǎn)化支護(hù)的程序，以及提高支護(hù)的機(jī)械化程度、安全性、可操作性。

2.3地表沉降控制技術(shù)改進(jìn)

地鐵通常位于城市的交通主干道和建筑密集地區(qū)下方，一旦出現(xiàn)地表沉降問題，很有可能釀成極大的工程事故。本工程在盾構(gòu)施工過程中，為避免周邊圍巖被擾動(dòng)，并引起地層應(yīng)力場(chǎng)的變化，需要借助地表沉降控制技術(shù)，控制隧道周圍切向應(yīng)力的位移增大。具體的施工方法是利用巖層自身的承載力，按照既定標(biāo)準(zhǔn)控制圍巖的變化范圍，尤其針對(duì)地質(zhì)條件較差的盾構(gòu)區(qū)域，地表沉降值至少要控制在30mm以內(nèi)，筆者認(rèn)為在開挖工作面位置，可通過維持土壓力和水壓力的盾構(gòu)平衡，避免土層往隧道內(nèi)部位移，即減少土層的損失，而對(duì)于超挖引起的地表沉降，要填充開挖部位，以釋放部分圍巖的應(yīng)力。通過這些施工過程，在本工程施工期間一定程度控制地表沉降問題的出現(xiàn)，具有較高的實(shí)用性效果。

2.4地下管線、地表建筑保護(hù)技術(shù)改進(jìn)

地表沉降的控制，盡管對(duì)地下管線和地表建筑物起到良好的保護(hù)作用，但從工程現(xiàn)場(chǎng)的情況來看，本工程地下管線和地表建筑物的保護(hù)，還需要構(gòu)建完整的盾構(gòu)支護(hù)系統(tǒng)，即在開挖面位置，以增減壓力調(diào)控的方式，對(duì)地層應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行靈活調(diào)整，將地表沉降值，控制在最低狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行壁后注漿加固，尤其是在地表建筑物的下方區(qū)域，提高圍巖的強(qiáng)度水平，以及可利用管片作為止?jié){巖墻壁，解決注漿壓力的問題，直至達(dá)到預(yù)期注漿效果，方可切實(shí)保護(hù)好工程盾構(gòu)施工區(qū)域內(nèi)的地下管線和地表建筑物。施工期間，盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過某中等專業(yè)學(xué)校正下方，由于地下沉降控制不當(dāng)，A棟教學(xué)樓墻面有開裂跡象，在接到投訴后，工程單位即刻將其列為三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程，除了控制掘進(jìn)的開挖速度和開挖量，還加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度，并采用同步注漿和二次補(bǔ)充注漿的方式，注漿加固了沉降區(qū)域。至于其他地面建筑物，盡管沒有出現(xiàn)以上學(xué)校的地面沉降問題，但同樣需要以注漿加固的預(yù)防方法，根據(jù)實(shí)際情況加固局部位置，最大限度減少地面沉降問題對(duì)地表建筑物的影響。

2.5防水技術(shù)改進(jìn)

本工程的防水施工，分別需要在開挖期間和開挖后進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。在盾構(gòu)開挖期間，利用盾構(gòu)機(jī)將壓力施加至工作面之上，使得土壓力和水壓力趨于平衡，控制土層內(nèi)的水滲入到隧道內(nèi)，以此起到工作面的防水效果，本工程所選用的盾構(gòu)機(jī)，鋼制機(jī)殼長(zhǎng)度6.5m、厚度4m，同時(shí)管片連接于盾殼位置，有鋼刷密封盾構(gòu)機(jī)，因此可確定盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)，能夠有效阻止地下水的滲入，但考慮到隧道開挖正前方出現(xiàn)大量涌水，筆者建議以預(yù)注漿的方式，控制開挖面的涌水量，另外在經(jīng)過含水地層時(shí)，也要借助注漿技術(shù)手段堵水，尤其是軟土地層，要予以重點(diǎn)堵漏。在盾構(gòu)開挖完成后，安裝厚度至少30cm的鋼筋混凝土管片，其中管片與管片之間，以高強(qiáng)螺栓連接在一起，如果管片壁后存在空隙，要將水泥砂漿加注到空隙位置，直至整個(gè)管片與隧道壁形成一體，另外將PVE防水塑料板加掛在模筑襯砌背后，同樣可以起到良好的防水效果。通過盾構(gòu)期間和盾構(gòu)完成后的防水施工，將所有深入隧道內(nèi)的地下水通道堵住，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，區(qū)域內(nèi)地下水任何態(tài)勢(shì)的水位變化，都不會(huì)導(dǎo)致地表沉降，由此說明隧道防水效果已經(jīng)趨于最佳狀態(tài)。

3結(jié)束語

綜上所述，地鐵盾構(gòu)施工，需要進(jìn)行施工技術(shù)改進(jìn)的工序，包括開挖工序、支護(hù)工序、地表沉降控制工序、地下管線和地表建筑物保護(hù)工序、防水工序，這些工序在工程實(shí)際施工過程中，由于受到主客觀因素的影響，技術(shù)的有效應(yīng)用受到明顯的制約，從側(cè)面要求我們緊扣工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，因地制宜地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。文章通過研究，基本明確了案例地鐵工程盾構(gòu)施工技術(shù)改進(jìn)的方法，但考慮到不同地鐵工程盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用要求和條件的差異性，以上技術(shù)改進(jìn)建議，還需要在施工實(shí)踐中，通過不斷地補(bǔ)充和完善，使其更具工程的指導(dǎo)性和適用性。

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