盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道施工技術(shù)探討

趙月君

摘 要：隨著我國城市化進(jìn)程的加速，地面交通所承受的壓力越來越大，地鐵的發(fā)展已經(jīng)成為環(huán)節(jié)地面交通的重要手段。選擇地鐵作為出行的交通方式，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹氖走x。地鐵在建設(shè)的過程中，盾構(gòu)技術(shù)是挖掘隧道的重要施工手段，這種技術(shù)既方便又安全。但隨著地鐵的發(fā)展，不同地鐵線路之間交叉的情況越來越多，這為盾構(gòu)技術(shù)的施工提出了新的要求，不僅要完成新線路隧道工程，同時也要保證已完工地鐵線路正常運(yùn)營的安全。本文對盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，也對盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道的施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；地鐵速調(diào)；施工技術(shù)

中圖分類號：U455.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）18-0077-02

近幾年，我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市的范圍不斷擴(kuò)大，而城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)尤其是城市交通方面的建設(shè)與城市發(fā)展產(chǎn)生了不可避免的矛盾。交通擁堵成為影響城市發(fā)展的重要原因之一，為此，地下軌道交通的發(fā)展規(guī)模逐步擴(kuò)大。地鐵隧道的挖掘主要采用盾構(gòu)技術(shù)，而在已運(yùn)營的地鐵之下新建隧道的情況也越來越多。區(qū)間隧道盾構(gòu)推進(jìn)穿越其他地鐵線路，有很大的危險性，因?yàn)樯喜勘淮┰降牡罔F線路，大多是正在使用的線路，如果發(fā)生安全問題，造成的后果不堪設(shè)想。所以，必須在施工的整個過程中，對每個階段的施工技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，將施工對被穿越地鐵線的影響盡量縮小。

1 地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)簡介

1.1 地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)原理

地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)，從字面上不難看出主要使用盾構(gòu)機(jī)作為施工機(jī)械，盾構(gòu)機(jī)也是盾構(gòu)施工技術(shù)的核心所在。對于城市地鐵隧道的施工，為了保持原有交通的正常通行，通常采用暗挖的方式進(jìn)行。盾構(gòu)機(jī)擁有堅硬的鋼制外殼，可以確保隧道的穩(wěn)定性，同時向前進(jìn)行挖掘，在盾構(gòu)機(jī)的尾部可以持續(xù)灌漿。注漿能夠最大程度的減小盾構(gòu)施工對周圍土壤的干擾，同時，盾構(gòu)機(jī)尾部的拼裝管片形成襯砌，在千斤頂?shù)淖饔孟戮S持隧道的安全穩(wěn)定。盾構(gòu)機(jī)由刀盤、外部鋼殼、管片以及注漿等部分組成，不同部分之間協(xié)調(diào)配合又有各自的作用。有關(guān)于盾構(gòu)機(jī)可以分成兩點(diǎn)進(jìn)行解釋，第一點(diǎn)“盾”，其主要是指保持開挖面穩(wěn)定性的刀盤和壓力艙、支護(hù)圍巖的盾型鋼殼；第二點(diǎn)便是“構(gòu)”，其主要是指構(gòu)成隧道襯砌的管片和壁后注漿體。盾構(gòu)機(jī)的施工主要體現(xiàn)在保持開挖面穩(wěn)定、挖掘和排除土壤、注漿作業(yè)這三個方面[1]。

1.2 地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的地鐵隧道挖掘技術(shù)相比較，盾構(gòu)技術(shù)施工方法更科學(xué)、更合理，主要有以下幾個特點(diǎn)。

1.2.1 安全性較好

傳統(tǒng)的地鐵施工通常采用明挖法，這種方法不僅對地面的破壞大，嚴(yán)重影響了周圍的自然環(huán)境，而且施工過程中的安全性較差。盾構(gòu)施工技術(shù)采用的是暗挖法，在地面以下進(jìn)行施工，具有很好的隱蔽性，施工過程也很穩(wěn)定。通過盾構(gòu)機(jī)的支撐、澆灌砂漿和千斤頂?shù)呐浜希軌驕p少隧道施工的隱患，提高施工的安全性。

1.2.2 精度要求高

地鐵工程對于隧道的質(zhì)量和安全有很高的要求，這是地鐵能夠安全運(yùn)營的基本保障。為了達(dá)到合格的質(zhì)量要求和安全性，在隧道施工的過程中必須嚴(yán)格控制施工精度。而盾構(gòu)機(jī)尾部的管片拼接具有很高的精度，能夠把施工誤差控制在允許的范圍之內(nèi)，所以采用盾構(gòu)技術(shù)可以確保隧道施工的精度。此外，盾構(gòu)機(jī)是一種專業(yè)設(shè)備，不同的隧道工程需要使用不同的盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)由工程的實(shí)際情況直接決定。例如，隧道的斷面尺寸不一樣，需要及時的對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，甚至是專門設(shè)計制造，這樣才能確保施工的準(zhǔn)確性。

1.2.3 施工效率高

盾構(gòu)施工技術(shù)工作效率高，施工過程中手動參與的情況很少，通過設(shè)置盾構(gòu)機(jī)的相關(guān)參數(shù)，大多數(shù)施工都由機(jī)械完成，基本上實(shí)現(xiàn)了自動化。相較于傳統(tǒng)的隧道施工，減少了地面開挖、地面回填等工序，極大的縮短了施工工期。

1.2.4 整體影響小

采用盾構(gòu)技術(shù)施工，大部分的施工過程位于地下，這對于成熟的建筑物密集區(qū)、人們活動頻繁區(qū)的影響較小。首先，盾構(gòu)技術(shù)在施工過程中產(chǎn)生的噪音較小，不會給周圍的居民帶來很大的干擾。其次，盾構(gòu)技術(shù)施工在地面以下，隧道的挖掘?qū)χ車翆拥恼駝右草^小，不影響地面的正?；顒?，尤其是對地面交通的正常通行影響微弱，不需要考慮太多的防治措施。

2 盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道的難點(diǎn)分析

盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道是一項(xiàng)復(fù)雜的施工技術(shù)，稍有不慎會造成嚴(yán)重的后果，所以對施工中的一些難點(diǎn)問題我們要格外注意。

2.1 掘進(jìn)引起的地層變形

正常的地層處于穩(wěn)定狀態(tài)，但盾構(gòu)掘進(jìn)過程中會對地層造成一定的擾動，破壞地層原有的平衡狀態(tài)。在進(jìn)行實(shí)際的施工中，會出現(xiàn)地層損失的情況，并且其主要分為三個方面：（1）正常的地層損失；（2）不正常的地層損失；（3）災(zāi)害性的地層損失，在這之中，需要施工人員格外關(guān)注的是減少不正常的地層損失。此外，對施工區(qū)域的地質(zhì)情況也要進(jìn)行事前勘察，如果地質(zhì)不好，那受到外界擾動產(chǎn)生沉降的可能性大，所以需要對之前的地基進(jìn)行加固處理。

2.2 適時進(jìn)行參數(shù)調(diào)整

盾構(gòu)機(jī)是精密的科學(xué)儀器，在進(jìn)行施工時，要時刻關(guān)注掘進(jìn)的參數(shù)調(diào)整，例如曲率半徑、水平位移等參數(shù)。這些參數(shù)對于隧道挖掘有著十分重要的意義，如果在施工過程中產(chǎn)生誤差，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)可以進(jìn)行糾偏，減少誤差帶來的損失，確保地鐵隧道的工程質(zhì)量。

3 盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道的施工技術(shù)

盾構(gòu)穿越是地鐵隧道施工的重要環(huán)節(jié)，也是保證地鐵隧道使用安全的重要因素，所以，對盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道有以下幾點(diǎn)重要的施工技術(shù)[2]。

3.1 嚴(yán)格控制盾構(gòu)的推進(jìn)速度

自盾構(gòu)技術(shù)在隧道工程應(yīng)用以來，在施工中發(fā)現(xiàn)，地下隧道的變形與盾構(gòu)機(jī)的挖掘推進(jìn)速度有著直接的聯(lián)系。合理的盾構(gòu)推進(jìn)速度，不僅要考慮盾構(gòu)機(jī)的本身因素，更需要結(jié)合工程的實(shí)際情況。對于盾構(gòu)的推進(jìn)速度控制，主要還是需要從以下方面入手：（1）盾構(gòu)推進(jìn)速度主要；（2）千斤頂?shù)耐屏Γ唬?）土堆正面土的壓力；（4）施工地域的土質(zhì)，因?yàn)檫@些對其都有直接的影響。同時，為了最大程度的減小盾構(gòu)施工對上部地層的干擾現(xiàn)象，需要在區(qū)間隧道推進(jìn)的同時保證其線性形狀與曲線的線性形狀相符合。

除了合理的控制盾構(gòu)推進(jìn)速度，在施工中還要減少大角度的偏差。首先要對需要貫穿的區(qū)間進(jìn)行劃分，每段的長度基本穩(wěn)定在20厘米至30厘米之間，同時在施工過程中使用鉸接裝置。為了盡量減少大角度的偏差，盾構(gòu)機(jī)在每段開始推進(jìn)前都要進(jìn)行糾偏的行為，這樣可以降低大角度偏差給隧道工程質(zhì)量帶來的影響。當(dāng)然，糾偏并不是唯一的途徑和手段，工程人員也可以結(jié)合實(shí)際情況對施工的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。及時的修正不僅可以補(bǔ)救之前施工對地層造成的損失，也能夠有效的減少甚至避免盾構(gòu)對四周土壤的擾動，進(jìn)而保證了地鐵隧道的施工質(zhì)量[3]。

3.2 嚴(yán)格地控制盾構(gòu)正面的土壓力

在盾構(gòu)穿越隧道的施工中，主要的工作對象是地下土層，土層給盾構(gòu)機(jī)造成的正面壓力也會影響施工的質(zhì)量和進(jìn)度。地下土層壓力的不均衡會導(dǎo)致土層變形，這些地質(zhì)現(xiàn)象需要我們密切關(guān)注。其在施工中所受到的正面的土壓力主要是由原始側(cè)向的壓力和水平支護(hù)力等的影響假如原始側(cè)向力初始小于水平支護(hù)力，盾構(gòu)上前方的土堆就會出現(xiàn)凸起的情況，而相反，原始的側(cè)向力假如大于水平的支護(hù)力，會產(chǎn)生地層損失的情況且盾構(gòu)上前方的土地有沉降發(fā)生，所因此對原始側(cè)向力和水平支護(hù)力之間的關(guān)系，需要進(jìn)行合理管控，使其的聯(lián)系保持在相對平衡范圍之內(nèi)。具體的土壓力調(diào)整需要結(jié)合實(shí)際工程來確定，這樣才能有效的解決土壓力不均衡造成土層變形的情況。通過實(shí)際數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道對豎向位移產(chǎn)生較大影響，但對橫向的高差影響不大。

3.3 合理選用注漿工藝，有效控制地面沉降

盾構(gòu)穿越逐步推進(jìn)的同時，其尾部會進(jìn)行注漿施工，一般情況下分為同步注漿和二次注漿兩部分。

3.3.1 同步注漿

為了使盾構(gòu)施工結(jié)束的半年內(nèi)，地面所發(fā)生的沉降量小于5毫米，在盾構(gòu)穿越的過程中常常使用同步注漿結(jié)合雙液注漿的方式進(jìn)行。根據(jù)注漿的實(shí)際工程進(jìn)行分析得出，漿液應(yīng)該由黃砂、陶土粉、粉煤灰、水的原料組成，并按照適當(dāng)?shù)谋壤{(diào)制。盾構(gòu)機(jī)尾部管片與土體之間會留有一些“建筑空隙”，而且襯砌背面的漿液也會有一定程度的收縮，出現(xiàn)這種情況的時候，要及時的用漿液對這些空隙進(jìn)行填補(bǔ)，所以盾構(gòu)實(shí)際的注漿量往往大于理論的注漿量。

3.3.2 二次注漿

二次注漿并不是必須執(zhí)行的一道施工工序，但如果出現(xiàn)地鐵隧道四周受力不均勻的現(xiàn)象或者之前使用的漿液強(qiáng)度不夠而影響到安全的情況，可以使用二次注漿來解決。在灌漿前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工條件分析施工的相應(yīng)資料，對二次灌漿參數(shù)和二次灌漿要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并對施工過程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對工程中有間隙的地方進(jìn)行二次注漿，為施工安全提供了更高的保證，更好地保證了工程質(zhì)量和工程施工進(jìn)度。

無論是哪種注漿方式，都需要嚴(yán)格關(guān)注注漿后隧道高度的變化。在結(jié)束盾構(gòu)施工的初期階段，地鐵運(yùn)營線路的沉降速度較快，這時采用在隧道的上部、下部對稱注漿的方式，能使隧道平均上抬1至2毫米。在多次的補(bǔ)漿之后，隧道整體趨于穩(wěn)定，沉降的速度緩慢。在注漿的過程中，需要提前確認(rèn)每個注漿孔的注漿量，并算出需要的注漿時間。

4 結(jié)語

隨著社會的不斷進(jìn)步，人們對時間的概念越來越強(qiáng)烈，對舒適、安全、快捷的交通環(huán)境也越來越重視。地鐵方便快捷、不受地面交通影響的特點(diǎn)，逐漸成為人們在市內(nèi)出行的首選。發(fā)展地鐵軌道交通，能夠極大的緩解地面交通壓力，這也是政府支持地鐵發(fā)展的原因。但隨著地鐵的不斷擴(kuò)建，新老線路的交叉、重疊問題會越來越多，所以盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵的施工技術(shù)顯得越來越重要。盾構(gòu)法施工是一項(xiàng)既復(fù)雜又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)施工活動，稍有偏差，都會嚴(yán)重影響地鐵隧道的施工質(zhì)量及施工進(jìn)度。綜上所述，在盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道施工中，要對盾構(gòu)穿越的速度、正面壓力、注漿等施工技術(shù)嚴(yán)格把控，結(jié)合實(shí)際情況高質(zhì)量的完成地鐵隧道工程。

參考文獻(xiàn)

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