淺談盾構(gòu)法在隧道施工中的應(yīng)用

劉軍輝

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交通運輸業(yè)也在不斷發(fā)展。除大量公路施工外，地鐵等隧道施工也逐漸增多。盾構(gòu)法是隧道工程中一種重要的施工方法。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道；盾構(gòu)法；應(yīng)用

隨著地鐵在沿海城市，如上海、杭州等地的發(fā)展，以及地質(zhì)條件的特殊性，盾構(gòu)法是應(yīng)用最廣泛的方法。目前，我國隧道斷面的施工方法多為鉆爆法開挖、盾構(gòu)掘進(jìn)，或是將各種施工方法相結(jié)合。

一、盾構(gòu)技術(shù)

所謂盾構(gòu)施工技術(shù)，是指采用盾構(gòu)設(shè)備、盾構(gòu)支護(hù)和質(zhì)量保證隧道，為了防止隧道的侵入、塌陷、切割巖土等，在現(xiàn)場進(jìn)行灌漿后安裝。我國地鐵隧道施工采用的主要方法是鉆爆法。開挖和支護(hù)基本都是以人工操作為主，這種施工方法的優(yōu)點是干擾少，但施工效率低，風(fēng)險高，勞動強度高。盾構(gòu)法施工有幾個優(yōu)點，地層適應(yīng)性強，地下水水質(zhì)運行良好，減少了環(huán)境污染，機械工程、工作效率高，合理控制地面沉降對建筑物的影響較小。為了解決地面沉降問題，地下管線和地面建筑物將受到一定程度的破壞。建筑工地更大，在一些交通繁忙的地方很難建造。在施工過程中，占地面積少的優(yōu)點，對地面建筑的影響較小，施工工作比較安全，但施工過程很復(fù)雜，施工條件很差，而且有交叉作業(yè)。

二、盾構(gòu)法的原理和施工程序

（1）傳統(tǒng)技術(shù)最顯著的特點是淺埋，通常在地表附近。在施工中，由于爆破或者下部開挖會引起地面明顯的位移沉降，影響周圍環(huán)境，所以施工中的支護(hù)、排水、注漿等要求較高，增加了具體施工難度。盾構(gòu)法結(jié)合我國隧道施工的實際特點，充分重視地質(zhì)水文條件。在施工中，盾構(gòu)隧道施工要求在隧道的末端和起始處建造一個基坑或豎井，以便設(shè)備能夠裝配。當(dāng)隧道太長時，還需要設(shè)置維修豎井。工作井的尺寸取決于屏蔽體的具體形狀和尺寸。一般井的寬度需要超過盾構(gòu)機的2米，便于盾構(gòu)機的維護(hù)。井長需要滿足盾構(gòu)機的安裝和拆卸要求，同時還需要考慮盾構(gòu)機孔的進(jìn)出。盾構(gòu)法施工過程包括土層開挖、盾構(gòu)機推進(jìn)、襯砌拼裝、背壓灌漿。施工過程中必須確保這些程序及時地執(zhí)行。

（2）盾構(gòu)隧道施工以盾構(gòu)作為施工工具。除開挖外，盾構(gòu)隧道也能起到很強的支撐作用。屏蔽機的外形如鋼管，能承受外界水和地層的較大壓力。盾片主要由切割環(huán)、支撐環(huán)和盾尾三部分組成。常用的盾牌有圓形、橢圓形和半圓形。盾構(gòu)法施工速度快，隧道開挖相對穩(wěn)定，對周圍環(huán)境影響較小，對建筑物影響較大。該方法適用于粘性土層、砂層、綜合斷層巖層、上軟下硬地層的地質(zhì)，在城市建設(shè)中具有很大的優(yōu)勢。盾構(gòu)法施工一般在有水的情況下進(jìn)行，適用于大跨度臺站施工。因此，在我國隧道施工中得到了廣泛的應(yīng)用，并在地下車庫和人行橫道的施工中得到廣泛的應(yīng)用。

三、施工中采用的關(guān)鍵技術(shù)以及創(chuàng)新點

（一）盾構(gòu)法施工過程中所用的刀具

現(xiàn)階段，國內(nèi)外盾構(gòu)掘進(jìn)中采用的包括氣壓法開倉換刀、敞開式開倉換刀還有豎井換刀三種。這些均有不同程度的缺點。例如：氣壓開倉法，其工作過程中，均處于一個密閉的環(huán)境下加壓，這對氣壓的控制有著很高的標(biāo)準(zhǔn)。若是在換刀的過程中，氣壓遭到改變，則很有可能導(dǎo)致砂土很快就會涌入刀盤中，這將導(dǎo)致地層坍塌，將不能保證項目的質(zhì)量，而且還威脅到人員的生命和財產(chǎn)的安全。因此，為了改善這些問題，我們必須從刀具的優(yōu)化開始。

（1）從刀具的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上突破。在砂礫層中，刀具主要由于受到石英砂和卵石的沖擊而磨損，因此需要加強刀具的硬度和耐磨性。

（2）改進(jìn)刀具在刀頭上的分布。在考慮刀具本身的改進(jìn)時，也要改革刀具的切割方式，創(chuàng)新設(shè)計高性能刀具。

（二）泡沫在盾構(gòu)推進(jìn)中的應(yīng)用

在地層中進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工時，泡沫可以大大地提高土體的滲透性和流動性能，從而使地層達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在刀頭周邊、刀頭中部及土體處注入細(xì)泡，減少扭矩，有效維護(hù)刀具。泡沫技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)盾構(gòu)掘進(jìn)機的掘進(jìn)，也可以大大改善盾構(gòu)掘進(jìn)機的刀具磨損和地面沉降問題。

（三）欠壓推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

在隧道工程中應(yīng)用低壓推進(jìn)技術(shù)，不僅可以有效地保持刀具的質(zhì)量，減少刀具的磨損，而且還可以加快施工進(jìn)度。低壓推進(jìn)技術(shù)的主要原理是：土倉外土的穩(wěn)定性通常是通過推力、開挖速度和推進(jìn)速度這三個參數(shù)來實現(xiàn)的。在推進(jìn)過程中，刀頭和刀頭的磨損主要是由土的磨損引起的。實踐證明，推力越大，刀具和刀具的磨損越大。低壓推進(jìn)技術(shù)可以加快開挖速度，降低總推力。根據(jù)重復(fù)測試和數(shù)據(jù)來自建筑工地的反饋，加強地鐵隧道的施工質(zhì)量，必須優(yōu)化現(xiàn)有的施工技術(shù)，提高盾構(gòu)隧道在壓力環(huán)境下工作的方法和應(yīng)用創(chuàng)新的推進(jìn)技術(shù)，并確保未來的使用不會威脅人們的生命和財產(chǎn)安全。

四、結(jié)語

由于隧道工程特殊的地質(zhì)環(huán)境，在施工階段可能存在各種風(fēng)險。如果對風(fēng)險事件的理解和分析僅限于它們的外在表現(xiàn)，那么風(fēng)險管理就不可能繼續(xù)下去。風(fēng)險并不可怕，只要對風(fēng)險有足夠的認(rèn)識，決策措施得當(dāng)，盾構(gòu)建設(shè)就會順利開展。

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