探究地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)要點(diǎn)

劉長林（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津300222）

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探究地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)要點(diǎn)

劉長林
（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津300222）

[摘要]隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓蕉嗟亻_始利用地下空間，快速發(fā)展城市交通軌道，其中最重要和常見的就是地鐵。建設(shè)地鐵過程中，盾構(gòu)法是應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。本文主要分析了地鐵盾構(gòu)基本發(fā)展情況、盾構(gòu)法施工原理、盾構(gòu)法優(yōu)勢和特點(diǎn)，了解國內(nèi)外盾構(gòu)法以及施工情況，為選擇最優(yōu)化地鐵建設(shè)方案提供依據(jù)和保證，并且分析未來盾構(gòu)法發(fā)展主要方向，分析盾構(gòu)法新技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]地鐵；盾構(gòu)法；施工；新技術(shù)

目前，隨著生活水平不斷提高以及城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，交通方面需要面對更多的壓力。為了能夠有效降低交通壓力，最重要的方式就是建設(shè)地鐵，并且已經(jīng)逐漸成為重要的交通設(shè)備。建設(shè)地鐵的過程中，盾構(gòu)法是最常用的施工方式。建設(shè)地鐵的速度十分快，為了能夠有效解決城市交通問題，需要把其作為城市規(guī)劃的主要內(nèi)容。其中最重要的保證建設(shè)質(zhì)量的方法就是合理選擇施工技術(shù)，盾構(gòu)法已經(jīng)得到大量應(yīng)用，基本上都是應(yīng)用在隧道建設(shè)中。挖掘設(shè)備主要就是盾構(gòu)挖掘機(jī)，并且把盾構(gòu)機(jī)機(jī)殼當(dāng)做基本支護(hù)，保證能夠得到最好的施工效果。

一、工程實(shí)例

天津市在建設(shè)津?yàn)I輕軌工程的時(shí)候，對中山門西段東興路站至中山門明挖區(qū)間（DK6+802.400～DK7+440.000）區(qū)間工程施工的時(shí)候合理應(yīng)用盾構(gòu)法。施工中存在以下幾方面問題：一是建設(shè)城市地鐵的時(shí)候盾構(gòu)機(jī)需要穿過老舊房區(qū)，經(jīng)過相關(guān)部門的鑒定，這些具備三十多年歷史的房屋屬于CU級危樓；二是建設(shè)地鐵隧道的時(shí)候，近距離3～5的位置就存在護(hù)城河，并且需要通過數(shù)百米范圍；三是地鐵隧道需要穿過城市繁華地段，存在很多管線，施工困難比較大。

表1 工程主要參數(shù)

二、地鐵施工盾構(gòu)法發(fā)展現(xiàn)狀

法國工程師MJ布律內(nèi)爾在1818年研究從船木中進(jìn)行鉆洞以后，提出了盾構(gòu)法。到如今經(jīng)過近兩百年的發(fā)展和進(jìn)步，近年來經(jīng)過不斷研究和分析泥水式盾構(gòu)機(jī)、土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的相關(guān)技術(shù)。例如，穩(wěn)定檢測開挖面、有效封閉盾構(gòu)機(jī)、使用刀具壽命安全范圍內(nèi)地面塌陷、盾構(gòu)機(jī)控制前進(jìn)方向、更換刀具等，合理分析盾構(gòu)機(jī)施工過程中新技術(shù)。再如，球形盾構(gòu)施工技術(shù)、復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)、特殊斷面盾構(gòu)施工等，很大程度上促進(jìn)了盾構(gòu)法的進(jìn)步和發(fā)展。法國、日本、德國等已經(jīng)在地下管道施工和地鐵施工中廣泛應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)，日本90%以上的城市隧道都在應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)；德國盾構(gòu)技術(shù)具備一定優(yōu)勢和特點(diǎn)，能夠在封閉的情況下更換磨損的大直徑刀具。20世紀(jì)50年代，國內(nèi)開始分析和應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)，上海在1966年修建10m直徑的過江隧道時(shí)應(yīng)用的網(wǎng)格式擠壓盾構(gòu)法。發(fā)展到今天，國內(nèi)大部分城市建設(shè)地鐵隧道的時(shí)候都大量應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)。近幾年，隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，城市地鐵建設(shè)的時(shí)候已經(jīng)開始大量應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)，不斷改進(jìn)和更新盾構(gòu)技術(shù)，促使人們能夠更加廣泛地應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)。下文注重分析了盾構(gòu)原理、特點(diǎn)、新技術(shù)以及未來展望。

三、盾構(gòu)施工技術(shù)基本原理

盾構(gòu)技術(shù)主要就是合理應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)，保持具備穩(wěn)定的盾構(gòu)鋼殼開挖面，安全進(jìn)行出渣、前進(jìn)挖掘，拼裝尾部管片的時(shí)候需要依據(jù)穩(wěn)定基礎(chǔ)圍堰來進(jìn)行襯砌、注漿，利用千斤頂來合理頂住完成拼件的襯砌，從而通過反力來帶動盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)。盾構(gòu)施工方式主要包括三大要素：穩(wěn)定開挖面、襯砌（壁后注漿）、挖掘（排土）。依據(jù)地下水、地質(zhì)實(shí)際情況，利用不通風(fēng)方式來有效處理開挖面穩(wěn)定的問題，自然穩(wěn)定開挖面，主要包括穩(wěn)定機(jī)械式支撐、穩(wěn)定敞口放坡、穩(wěn)定壓縮空氣支撐、穩(wěn)定土壓平衡式支撐、穩(wěn)定泥水式支撐等。盾構(gòu)機(jī)中的盾主要就是指保證一定穩(wěn)定性開挖面的支護(hù)圍堰、壓力艙、刀盤的鋼殼，構(gòu)就是指隧道襯砌構(gòu)成的管片以及壁后注漿。

四、盾構(gòu)施工技術(shù)的特點(diǎn)

第一，極小程度影響城市周圍環(huán)境以及地面建筑物。盾構(gòu)基坑和豎井中施工需要相應(yīng)場地，但是隧道建設(shè)不需要場地，無振動、無噪音、無公害的施工，基本不會影響地面。比較適合應(yīng)用在不能用明挖、較大埋深的松散地層。

第二，高要求施工精度。制作管片的時(shí)候需要類似于機(jī)械制造的精度，控制誤差范圍應(yīng)該符合0.5mm之內(nèi)。前進(jìn)盾構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)該對隧道軸線偏差實(shí)施嚴(yán)格控制和管理。

第三，盾構(gòu)施工的時(shí)候存在不可后退、單向前進(jìn)的作用，具備一定風(fēng)險(xiǎn)。施工過程中盾構(gòu)設(shè)備只能前進(jìn)不能后退，如果設(shè)備自身出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致施工中出現(xiàn)嚴(yán)重后果，所以應(yīng)該十分重視施工前的準(zhǔn)備工作。

第四，在特定區(qū)域設(shè)備中更適合使用盾構(gòu)機(jī)，依據(jù)隧道地質(zhì)條件、埋深、斷面大小等方面來合理制造、改進(jìn)設(shè)計(jì)。

五、地鐵盾構(gòu)施工新技術(shù)

1.地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)要點(diǎn)

地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)要點(diǎn)包括：控制特殊條件沉降；制造耐久性、高強(qiáng)度管片；比較錯(cuò)縫、通縫拼裝，分析總線形變；砂質(zhì)粉土、流砂給設(shè)備帶來的危害和影響；進(jìn)出工作難題和措施；糾偏；施工中如果發(fā)現(xiàn)大石塊、高壓水、樁、超淺覆土等存在災(zāi)難性的實(shí)際地質(zhì)情況解決措施。

2.闡述地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)

（1）特殊斷面盾構(gòu)施工技術(shù)

特殊斷面盾構(gòu)分為兩大類：非圓形盾構(gòu)、復(fù)圓形盾構(gòu)。復(fù)圓形盾構(gòu)包括兩種，是三圓形和雙圓形盾構(gòu)。三圓形盾構(gòu)適合應(yīng)用在地鐵車站建設(shè)中；雙圓形盾構(gòu)技術(shù)適合使用在地鐵共同溝、下水道、隧道中。非圓形盾構(gòu)包括以下幾種：半圓形盾構(gòu)、馬蹄形盾構(gòu)、橢圓形盾構(gòu)、矩形盾構(gòu)等，依據(jù)隧道實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)以及作用合理地進(jìn)行選擇。使用特殊斷面盾構(gòu)技術(shù)中三圓技術(shù)主要工程就是經(jīng)地鐵環(huán)線橋車站，在地下鐵路中應(yīng)用雙圓形盾構(gòu)技術(shù)。應(yīng)用特殊斷面盾構(gòu)技術(shù)的過程中，不但需要分析使用設(shè)備中斷面形狀特點(diǎn)的影響，還應(yīng)該考慮工程實(shí)際情況。掘進(jìn)時(shí)候應(yīng)該密切注意盾構(gòu)設(shè)備。施工中分析斷面形狀以后，需要詳細(xì)規(guī)劃管片組裝的順序、分割數(shù)、精度等，也就是需要能夠正確組裝管片，嚴(yán)格控制以及管理盾構(gòu)姿勢，如果出現(xiàn)偏離的時(shí)候，應(yīng)該利用千斤頂、超挖設(shè)備及時(shí)修正。

（2）復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)

盾構(gòu)是存在很強(qiáng)針對性的專用設(shè)備，依據(jù)不同的水文地質(zhì)實(shí)際情況建立符合規(guī)范的盾構(gòu)機(jī)，每臺盾構(gòu)機(jī)都不同。在復(fù)雜地質(zhì)基礎(chǔ)上，如果使用常規(guī)方式不能合理完成施工。那么，就應(yīng)該使用一種合理的并且符合實(shí)際情況的施工技術(shù)，如復(fù)合盾構(gòu)技術(shù)。復(fù)合盾構(gòu)技術(shù)包括兩種復(fù)合刀具——滾刀和齒刀，處理硬巖程度時(shí)候使用滾刀，分析軟巖層的時(shí)候使用齒刀。背裝方式互換兩種刀具。

（3）球體盾構(gòu)施工技術(shù)

球體盾構(gòu)施工技術(shù)依據(jù)不同的變換分為兩種：橫、橫連續(xù)掘進(jìn)和縱、橫連續(xù)掘進(jìn)。橫、橫連續(xù)掘進(jìn)主要是說豎井不旋轉(zhuǎn)，對著地面直角位置進(jìn)行挖掘的方式；縱、橫連續(xù)掘進(jìn)實(shí)際上是連續(xù)從地面開始以直角方向開外豎井和隧道的施工方式。應(yīng)用球體盾構(gòu)技術(shù)的時(shí)候，需要在主盾構(gòu)中合理安裝次盾構(gòu)的球體。實(shí)際施工的時(shí)候，合理分析推進(jìn)反力、開挖反力、盾構(gòu)自重的關(guān)系。施工中如果應(yīng)用縱、橫掘進(jìn)盾構(gòu)技術(shù)，應(yīng)該合理改變方向，旋轉(zhuǎn)次盾構(gòu)球體90°，會導(dǎo)致形成涌砂、涌水的問題，所以應(yīng)該合理分析防水結(jié)構(gòu)，避免由于地下水、砂土導(dǎo)致堵塞。狹窄的施工場地中盾構(gòu)技術(shù)能夠在地下隧道中直接掘進(jìn)，最大限度降低時(shí)間、場地限制，所以使用上述施工技術(shù)上能夠盡可能縮短周期，屬于新興的施工技術(shù)。

（4）盾構(gòu)穿越粉砂層施工技術(shù)

地質(zhì)條件會極大程度上影響盾構(gòu)施工實(shí)際難度，穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土等土層的時(shí)候十分理想，但是因?yàn)榇嬖诜凵皩?，會提高?yīng)用盾構(gòu)技術(shù)的難度，因此，在實(shí)際施工的過程中需要應(yīng)用一些比較特殊的方式來避免施工中出現(xiàn)穿越粉砂的不利現(xiàn)象，如出土口噴砂、土體液化問題。所以，最關(guān)鍵的施工就是保證具備一定止水性、流動性的正面土體，一是在土艙內(nèi)部適當(dāng)添加泥，避免出現(xiàn)噴砂現(xiàn)象，依據(jù)螺旋出土器出土能夠有效增加流動性；二是合理增加土艙壓力，避免土體液化。

3.我國盾構(gòu)施工新技術(shù)未來發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)以及社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和發(fā)展，未來研究盾構(gòu)技術(shù)的時(shí)候，逐漸朝著全自動、高性能方向進(jìn)行，重視評估盾構(gòu)技術(shù)選型風(fēng)險(xiǎn)。引進(jìn)三圓、雙圓盾構(gòu)設(shè)備，適合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

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[中圖分類號]TU

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1673- 0046（2016）1- 0159- 02