盾構(gòu)水利工程施工技術(shù)

石振軍

摘 要：針對城市內(nèi)部修建的盾構(gòu)水利工程，由于環(huán)境敏感、地質(zhì)條件復(fù)雜、穿越特定區(qū)域等因素，近幾年各施工和設(shè)計(jì)單位均對盾構(gòu)工程施工技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。文章通過對盾構(gòu)水利工程中的施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了切實(shí)可行的施工方案，以保證盾構(gòu)施工的安全和質(zhì)量，希望能夠?yàn)橥愴?xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：水利；盾構(gòu)；施工

中圖分類號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）14-0139-02

Abstract： In view of the shield hydraulic engineering built in the city， due to the factors such as sensitive environment， complex geological conditions and crossing the specific area， the construction technology of shield engineering has been further studied by every construction and design unit in recent years. Based on the analysis of the construction technical difficulties in shield hydraulic engineering， this paper puts forward a feasible construction plan to ensure the safety and quality of shield construction， hoping to provide reference for similar projects.

Keywords： water conservancy； shield； construction

1 研究背景

隨著國家的改革開發(fā)和國內(nèi)大中城市的不斷發(fā)展和擴(kuò)大，城市的空間利用已經(jīng)非常充分，能夠用于開發(fā)的地下資源越來越少，但是城市水利工程同樣需要大力發(fā)展，不斷優(yōu)化水利設(shè)施，從而滿足工業(yè)和生活用水的需要。在城市水利工程建設(shè)過程中，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的施工方案。小流量水利工程采用普通管道就可以，但是當(dāng)遇到大流量輸水工程或者需要穿越特定區(qū)域時(shí)，就需要采用盾構(gòu)施工技術(shù)。盾構(gòu)技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域都有深入研究和實(shí)際應(yīng)用，例如：鐵路穿越山脈、城市建設(shè)鐵路、跨江跨海隧道等工程。因此，針對城市空間小、條件復(fù)雜的情況，開展對盾構(gòu)水利工程施工技術(shù)的討論和研究是非常必要的，能夠在工程建設(shè)中更好地節(jié)約資源、保護(hù)周圍環(huán)境，保證施工順利和施工安全。

2 盾構(gòu)水利工程施工難點(diǎn)

盾構(gòu)施工是一個(gè)復(fù)雜的工程，存在一定技術(shù)難點(diǎn)，主要難點(diǎn)包括：（1）地質(zhì)復(fù)雜：盾構(gòu)工程可能穿越不同的地質(zhì)土層，包括軟土、黏土、堅(jiān)土、堅(jiān)石等等。（2）坡度大：在環(huán)境特殊的地方，施工坡度可能達(dá)到5%，施工技術(shù)難度大；（3）建筑物下面穿越：盾構(gòu)頂端必須與地表的建筑物保持一定的安全距離，以避免影響上層建筑物安全，可能造成建筑物的沉降；（4）采用薄壁管片的盾構(gòu)施工，由于管壁較薄，周圍土體對管片的壓力比較大時(shí)可能造成管片裂縫等問題；（5）穿越湖泊、水系等區(qū)域：對盾構(gòu)的防水性要求比較高，必須嚴(yán)格控制接口位置，避免水滲漏到隧洞內(nèi)部。

3 施工技術(shù)措施

3.1 地質(zhì)復(fù)雜盾構(gòu)

（1）灰色淤泥質(zhì)粘土的含水率比較高，孔隙比也非常大，比較容易產(chǎn)生流變。（2）砂質(zhì)粉土是承壓含水層，盾構(gòu)一般能夠進(jìn)行正常施工，但也要注意以下工作：一定要同步注漿，控制好漿液初凝的時(shí)間；做好泥水控制，要不斷調(diào)整泥水的各種參數(shù)。（3）黃色粘土的強(qiáng)度比較高，施工過程中可能出現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，應(yīng)該加強(qiáng)對施工全過程的監(jiān)測管理，同時(shí)還要注意控制施工的速度，并且要注意泥水流量、攪拌機(jī)電流等工作。

3.2 大坡度盾構(gòu)

在盾構(gòu)施工過程中，可能遇到大坡度盾構(gòu)施工，這種情況下可以采用加大盾構(gòu)縱坡的方式來施工。（1）水平運(yùn)輸：當(dāng)盾構(gòu)的縱坡在5%左右時(shí)[1]，就可能會(huì)給施工帶來了許多難度。因此在盾構(gòu)的施工中必須采用14t以上電機(jī)車作為牽引動(dòng)力，才可能達(dá)到足夠的牽引力，而且能夠保證足夠的安全可靠性。（2）盾構(gòu)施工：每環(huán)盾構(gòu)施工完成后，一定要擰緊管片的各個(gè)螺栓而且在進(jìn)行下一個(gè)管片安裝時(shí)復(fù)緊；施工完成時(shí)，要把施工范圍內(nèi)的現(xiàn)場清理干凈，而且要確保管片的位置是居中的，不能有偏移，并且確保管片表面的平整。

3.3 穿越建筑物

盾構(gòu)水利施工可能會(huì)穿越建筑物或其他重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施的下面，在此施工過程中施工單位一定要給予足夠的重視，并制定一系列專項(xiàng)施工方案。

3.3.1 施工前準(zhǔn)備。（1）對施工區(qū)域不同的建筑物位置布設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，如果有必要，可以預(yù)留跟蹤注漿管。（2）在盾構(gòu)施工前，需要對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行必要的查驗(yàn)，確保工程能夠順利進(jìn)行，一次性完成原定施工計(jì)劃。（3）要對盾構(gòu)使用的泥水檢測儀檢查，確保檢測儀器采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

3.3.2 施工過程。（1）切口水壓：切口水壓力穩(wěn)定性如果變化太大時(shí)，會(huì)造成土體存在一定的移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致土體的丟失[2]。應(yīng)當(dāng)根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，對切口水壓進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。（2）注漿控制：為了防止地層沉降，可以采用同步注漿的方式。同步注漿時(shí)注降量的建筑空隙不應(yīng)小于180%。（3）泥水質(zhì)量：為了提高周圍的支護(hù)強(qiáng)度，可以采取重漿的方式進(jìn)行施工。還可以在盾構(gòu)施工中，加強(qiáng)對泥漿的測驗(yàn)頻度，而且要不斷調(diào)整水泥質(zhì)量，從而確保盾構(gòu)的施工能夠正常進(jìn)行。（4）沉降控制：根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，要不斷改變各項(xiàng)參數(shù)，也可以采取后補(bǔ)壓漿等措施，盡量減少對周圍建筑設(shè)施的影響。在施工過程中，還可以根據(jù)沉降的實(shí)際情況，對壓漿量、壓漿位置和注漿壓力等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)改變。（5）通訊聯(lián)絡(luò)：在施工過程中，相關(guān)負(fù)責(zé)人還要不間斷地實(shí)施沉降測量，時(shí)刻了解周圍建筑設(shè)施是否存在影響。還可以使用多種方式，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，讓施工現(xiàn)場相關(guān)負(fù)責(zé)人能夠調(diào)整相關(guān)施工數(shù)據(jù)。

3.4 管片拼裝

（1）管片準(zhǔn)備。盾構(gòu)出洞時(shí)一定要確?；鶞?zhǔn)環(huán)環(huán)面的平整性，從而使得管片在外力影響下不發(fā)生損壞[3]。在對管片進(jìn)行防水處理的時(shí)候，一定要對相關(guān)重點(diǎn)部位進(jìn)行清潔處理，再進(jìn)行防水橡膠條的處理。（2）管片拼裝。a.必須對環(huán)后的管片之間的縫間隙加強(qiáng)控制。b.施工時(shí)，要注重現(xiàn)場管理，加強(qiáng)對垃圾的處理，避免對現(xiàn)場環(huán)境的影響，而且在確定拼裝位置時(shí)保證一定的準(zhǔn)確性。c.施工時(shí)，接縫位置必須確保質(zhì)量，嚴(yán)格把關(guān)，確保密封性。d.要保證管片之間接口的平整性，要進(jìn)行質(zhì)量控制。e.拼接過程中必須保證環(huán)面與軸線的垂直度，確保與設(shè)計(jì)值保持一致，滿足施工規(guī)范的要求。

3.5 穿越湖泊水系

3.5.1 監(jiān)測措施。盾構(gòu)水利工程在進(jìn)行水底作業(yè)前， 應(yīng)當(dāng)對湖泊水深進(jìn)行一次摸底， 準(zhǔn)確了解覆土層厚度。在盾構(gòu)施工到水底中段后應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行水深監(jiān)測，利用水深監(jiān)測的結(jié)果指導(dǎo)施工。

3.5.2 防冒措施。（1）必須注意施工時(shí)的切口水壓，操作人員應(yīng)該在必要時(shí)對參數(shù)進(jìn)行修正，確保切口水壓控制在±50kPa范圍內(nèi)[4]；（2）施工時(shí)要制定科學(xué)的施工計(jì)劃，確保施工能夠穩(wěn)定進(jìn)行，速度應(yīng)該逐漸提高或減小，而不能一蹴而就；（3）加強(qiáng)對盾構(gòu)出土量的管理，確保土體的密實(shí)性，避免湖泊水滲入施工區(qū)域，造成安全隱患。

3.5.3 防塌措施。（1）在盾構(gòu)施工過程中，必須按照設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)值確定切口水壓，同時(shí)按照外部的水位情況不斷調(diào)整切口的水壓。（2）加強(qiáng)湖泊土體的沉降觀測， 時(shí)刻監(jiān)測沉降情況。盾構(gòu)施工過程中，還要及時(shí)跟蹤土體的含砂量、干砂量等數(shù)據(jù)。（3）如果水底的沉降值超過一定范圍時(shí)，就必須調(diào)整注漿量。

3.5.4 防浮措施。（1）盾構(gòu)施工過程中，應(yīng)該嚴(yán)格控制盾構(gòu)軸線， 保證整個(gè)盾構(gòu)管線能夠沿著原定軸線施工，減少誤差。（2）加強(qiáng)注漿施工的管理，盡量減少初凝時(shí)間，而且漿液要能夠在管壁內(nèi)比較均勻的分布。（3）如果盾構(gòu)隧道有較大的上浮時(shí)，必須及時(shí)對管壁進(jìn)行補(bǔ)漿操作。（4）施工時(shí)，為了能夠安全施工，必須對湖泊中間位置進(jìn)行密切關(guān)注和準(zhǔn)確測量，并了解土體的沉降情況。

3.5.5 防堵措施。（1）整個(gè)掘進(jìn)過程應(yīng)同時(shí)開通多個(gè)攪拌機(jī)，這樣可以減少堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。（2）如果遇到切口不暢時(shí)，應(yīng)立即改變施工策略，將施工方向轉(zhuǎn)向其他旁路，并找到施工不暢的原因。

3.5.6 防漏措施。如果在施工中發(fā)生盾尾漏漿的嚴(yán)重情況， 將可能發(fā)生盾構(gòu)設(shè)備受淹的事故。所以， 盾構(gòu)過程中一定要實(shí)施以下措施：（1）提高同步注漿質(zhì)量：盾構(gòu)過程中要對同步注漿漿液進(jìn)行小樣試驗(yàn)，必須縮短初凝時(shí)間，在同步注漿施工過程中，盡量控制好注漿壓力，將注漿量、注漿流量與盾構(gòu)參數(shù)統(tǒng)一考慮。（2）保持切口水壓穩(wěn)定：確保不會(huì)發(fā)生因設(shè)備故障和人為操作失誤而引起的切口水壓波動(dòng)。（3）墊放止水海綿及鋼絲球：為了避免盾尾漏漿事故的發(fā)生，在盾構(gòu)施工過程中，要根據(jù)現(xiàn)場施工的實(shí)際情況，在管片外側(cè)墊放止水海綿，對管片與盾構(gòu)間存在的間隙進(jìn)行密封。還可以將鋼絲球填在管片和盾殼間的空隙之間，從而加強(qiáng)盾尾鋼刷的防水效果。（4）增加備用泵及堵漏材料：為了避免盾尾漏漿施工后大量泥水積蓄，可能存在盾構(gòu)設(shè)備被淹的風(fēng)險(xiǎn)，可以增加一套備用泵，加大對泥水的排放力度。（5）盾尾油脂壓注：盾尾油脂應(yīng)定期、定量、定位壓注，每環(huán)的壓注量初定為500kg，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果出現(xiàn)盾尾有漏漿的情況，應(yīng)對漏漿部位及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓盾尾油脂。（6）拼裝管片：管片一定要做到居中拼裝，從而防止盾構(gòu)與管片之間空隙過大，甚至降低盾尾密封效果，增加事故風(fēng)險(xiǎn)的可能性。（7）漏漿對策：對于泄漏部分，應(yīng)當(dāng)集中壓注盾尾油脂；可以配制初凝時(shí)間較短的雙液漿進(jìn)行壁后注漿；還可以采用其他堵漏材料對漏漿的位置進(jìn)行密封操作；假如以上的施工方案都不能封堵，還可以采用聚氨酯進(jìn)行封堵。

4 結(jié)束語

本文主要是針對盾構(gòu)水利工程中可能存在的難點(diǎn)，分析并介紹了施工措施和方法，希望能夠?qū)ν惗軜?gòu)水利工程提供一定的經(jīng)驗(yàn)。對于復(fù)雜的盾構(gòu)施工還應(yīng)注意以下問題：（1）施工單位在進(jìn)行盾構(gòu)水利工程施工時(shí)，可能會(huì)遇到需要同時(shí)施工多個(gè)沉井的情況，可能造成土體對盾構(gòu)隧道產(chǎn)生一定壓力，這樣會(huì)對下沉系數(shù)產(chǎn)生一定影響，施工單位一定要注意他們對工程的影響。（2）在盾構(gòu)施工前，必須認(rèn)真了解設(shè)計(jì)圖紙，加強(qiáng)對現(xiàn)場施工和設(shè)計(jì)的統(tǒng)一管理，加強(qiáng)沉降數(shù)據(jù)的及時(shí)采集，必要時(shí)及時(shí)采取應(yīng)對措施，從而保證施工能夠順利進(jìn)行。（3）加強(qiáng)對盾構(gòu)施工管理人員和操作人員的安全教育，重點(diǎn)組織對施工過程中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行工前學(xué)習(xí)和宣貫，明確施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，防范重特大事故的發(fā)生，保證施工安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛春輝.鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]陳龍.城市軟土盾構(gòu)隧道施工期風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2004.

[3]江正榮，朱國梁.簡明施工計(jì)算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991.

[4]梁瑞華.淺析盾構(gòu)法隧道的嵌縫防水[J].工程科技，2007（2）：47-52.

[5]吳賢國，吳剛，駱漢賓.武漢長江隧道工程盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)研究[J].中國市政工程，2007（01）：51-53.