盾構(gòu)法輸水隧洞設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)分析

劉德輝

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 衡陽 421001）

0 引言

上世紀(jì)90年代始，我國建筑領(lǐng)域?qū)Χ軜?gòu)法的研究逐漸增多，盾構(gòu)法呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢。目前，盾構(gòu)法已經(jīng)成為了我國輸水隧洞設(shè)計(jì)與施工的主要方法，在城市輸水工程中得到廣泛應(yīng)用，比如說在南水北調(diào)項(xiàng)目建設(shè)期間就應(yīng)用了盾構(gòu)法。研究盾構(gòu)法輸水隧洞設(shè)計(jì)及施工在隧道工程項(xiàng)目日益增多的今天意義非凡。

1 基于盾構(gòu)法輸水隧洞設(shè)計(jì)分析

1.1 隧洞斷面與形狀設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，我國隧洞斷面的常見形狀有圓形、半圓形、矩形等。其中圓形的隧洞斷面應(yīng)用盾構(gòu)法施工相對容易，施工效果極為顯著，且圓形也較為常見，新時(shí)期，我國大陸相繼建成多個(gè)斷面為圓形的隧洞，具有一定經(jīng)驗(yàn)。就輸水隧洞斷面為圓形的進(jìn)行探究更具指導(dǎo)意義。一般而言，可作如下設(shè)計(jì)，順著地鐵直徑線襯砌管片外徑挖掘一定距離，具體參照施工要求規(guī)定距離。需要注意的是在設(shè)計(jì)過程中做好控制工作，保證襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定牢固，充分發(fā)揮襯砌結(jié)構(gòu)、圍巖的承載力，以提高對水壓的承受能力。在設(shè)計(jì)過程中，要求襯砌結(jié)構(gòu)均勻，長期處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，以保證該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固程度。在應(yīng)用盾構(gòu)法時(shí)一般會(huì)用到盾構(gòu)設(shè)備，市場該設(shè)備為非定型產(chǎn)品。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合輸水隧洞施工條件明確尺寸、供水量、直徑大小等。另外，設(shè)計(jì)期間應(yīng)當(dāng)結(jié)合相關(guān)文件標(biāo)準(zhǔn)，為后期的維護(hù)、整改、調(diào)節(jié)留出彈性空間。

1.2 隧洞平面線形的設(shè)計(jì)

應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性、高效性、安全性原則展開隧洞平面線形設(shè)計(jì)工作。若施工現(xiàn)場條件復(fù)雜，為了提高施工可操作性，可以將其設(shè)計(jì)為直線或者大曲率半徑曲線。若隧洞位于城市內(nèi)部，鑒于道路交通、城市建筑物等的影響，在設(shè)計(jì)直線或者大曲率半徑曲線的基礎(chǔ)上還可以引入小曲率半徑曲線[1]。同時(shí)結(jié)合施工條件合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎處。需要注意的是推進(jìn)反力容易引發(fā)管片變形、位移等問題，對此應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的管控措施，例如，加強(qiáng)注漿、施工監(jiān)測等。

1.3 隧洞覆土深度的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)覆土深度需要綜合考量施工效率、質(zhì)量、管理、維護(hù)等影響因素，一般而言，覆土不宜設(shè)計(jì)得過深。結(jié)合應(yīng)用盾構(gòu)法技術(shù)需求會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過深容易引起沉陷、冒頂?shù)仁鹿省ＴO(shè)計(jì)輸水隧洞覆土深度需要考量斷面尺寸形狀、地表建筑物、地質(zhì)條件、地下構(gòu)筑物等布局狀態(tài)繼而進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。若隧洞施工條件良好，便于控制沉降可以適當(dāng)縮減覆土深度。若地表建筑物、地下構(gòu)筑物相對復(fù)雜則為了施工安全考慮，可以將覆土深度設(shè)計(jì)為1D左右。同時(shí)，為了防止在施工期間出現(xiàn)安全事故，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的加固措施，有效控制沉降。

1.4 隧洞縱坡縱斷的設(shè)計(jì)

輸水隧洞縱斷設(shè)計(jì)期間應(yīng)當(dāng)考量坡度因素，必須保證坡度能夠達(dá)到施工標(biāo)。目前，在施工方面對輸水隧洞的縱向轉(zhuǎn)彎與縱坡無嚴(yán)格要求，在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合盾構(gòu)法應(yīng)用要求與施工實(shí)際情況進(jìn)行合理控制即可。若隧洞水流情況為重力流輸水，則所設(shè)計(jì)的縱斷應(yīng)當(dāng)能夠滿足各個(gè)部位均處于有壓流的條件下進(jìn)行，同時(shí)滿足應(yīng)用盾構(gòu)法邊坡的豎曲線連接需求。另外，在縱斷設(shè)計(jì)方面還需要考慮排水設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的措施提高排水效率，在部分區(qū)域可以增設(shè)安防措施。

2 基于盾構(gòu)法輸水隧洞施工要點(diǎn)分析

2.1 盾構(gòu)區(qū)間劃分

在相同盾構(gòu)輸水隧洞內(nèi)需要做好盾構(gòu)區(qū)間長度以及盾構(gòu)井?dāng)?shù)目管理工作。一般而言，縮短區(qū)間長度則應(yīng)當(dāng)增加盾構(gòu)井，但增加盾構(gòu)井代表著施工成本提高、工期延長。因此，從經(jīng)濟(jì)與效率的角度考量，所劃分的區(qū)間不應(yīng)當(dāng)過短，應(yīng)當(dāng)在能夠保證質(zhì)量的同時(shí)適當(dāng)延長區(qū)間，提高施工效率，降低工程造價(jià)[2]。但也并非區(qū)間越長越好，過長的區(qū)間亦會(huì)增加工程量，若管理檢修不足就有可能引發(fā)運(yùn)行問題，延長工期，且難以保證施工質(zhì)量。另外，長盾構(gòu)區(qū)間也會(huì)導(dǎo)致材料、運(yùn)輸?shù)瘸杀驹黾?，這些同樣會(huì)影響施工進(jìn)度。鑒于此，在進(jìn)行盾構(gòu)區(qū)間劃分時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮下述因素，第一，經(jīng)濟(jì)性，過長的區(qū)間會(huì)減少盾構(gòu)井成本、盾構(gòu)機(jī)組裝、調(diào)試等成本，但運(yùn)輸距離延長，不確定因素增加，施工期間應(yīng)當(dāng)針對各項(xiàng)影響經(jīng)濟(jì)的因素進(jìn)行綜合計(jì)算，擬定最佳區(qū)間。第二，效率性，在劃分時(shí)應(yīng)當(dāng)參照施工工期，要使其與工期相符，避免延誤工期。一般而言應(yīng)用盾構(gòu)法施工包括施工準(zhǔn)備、設(shè)備組裝、盾構(gòu)井施工等流程，應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工各個(gè)流程及其影響因素明確區(qū)間長度。第三，施工條件，包括地面建筑、地下管線、構(gòu)筑物等，根據(jù)這些條件科學(xué)選定盾構(gòu)井施工位置，提高施工效率。

2.2 襯砌工作面布置

輸水隧洞需要負(fù)載一定的內(nèi)水壓力，不僅包括管片襯砌，還包括現(xiàn)澆鋼筋砼二次襯砌所產(chǎn)生的內(nèi)壓。鑒于經(jīng)濟(jì)性考量，一般情況下，盾構(gòu)區(qū)間的長度要大于地鐵區(qū)間，僅憑借盾構(gòu)井施工，工期較長，不利于高效完工。因此，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)布置襯砌工作面，例如，盾構(gòu)井之間相距2.1千米，襯砌施工最長可達(dá)1.05千米，依據(jù)月進(jìn)尺75米進(jìn)行計(jì)算，僅襯砌施工時(shí)間就需要14個(gè)月。從盾構(gòu)機(jī)檢修、砼運(yùn)輸難度、工期等各個(gè)角度看均欠缺合理性。因此，有必要在區(qū)間中添置豎井工作面。遵循設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)輸水隧洞內(nèi)包含永久閥井。在布置豎井時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量與永久閥井聯(lián)合布置，以有效控制成本。

2.3 施工作業(yè)控制

基于盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出作業(yè)。該環(huán)節(jié)引發(fā)任何問題都容易給整個(gè)輸水隧道工程帶來致命損害。因此務(wù)必做好該環(huán)節(jié)操作控制工作，在進(jìn)洞前科學(xué)、合理規(guī)劃施工作業(yè)線路，避免出現(xiàn)軸線偏離等問題。同時(shí)結(jié)合考量施工線路附近環(huán)境，提前采取防范措施并制定處理方案，控制好重難點(diǎn)施工環(huán)節(jié)，進(jìn)行安全防護(hù)，避免出現(xiàn)安全事故。另外，還應(yīng)當(dāng)保障進(jìn)出洞條件適宜。

基于盾構(gòu)機(jī)挖掘前進(jìn)作業(yè)。在挖據(jù)期間應(yīng)盡可能避免挖掘期間破壞附近土體，繼而保障挖掘面規(guī)范、穩(wěn)定，同時(shí)注意保障施工人員安全。施工人員必須重視盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)過程中的施工，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，可以采取軸線、盾構(gòu)軸線偏差設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行。需要注意的是，盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)與管片組裝之間存在較為密切的聯(lián)系，因此應(yīng)當(dāng)注意把控注漿方式與注漿量。

基于盾構(gòu)穿越粉砂層作業(yè)。應(yīng)用盾構(gòu)法施工容易受到施工地質(zhì)條件的影響，特別是粉砂層會(huì)提升施工作業(yè)的難度，只有按照科學(xué)、規(guī)范的流程進(jìn)行施工才可能實(shí)現(xiàn)順利挖掘前進(jìn)。于粉砂層土體而言，其中土體液化、出土口噴砂對于應(yīng)用盾構(gòu)法影響最大，應(yīng)當(dāng)保障土體流通性，可以適當(dāng)用泥沙施壓土艙，即是說將泥沙注入土艙內(nèi)，以保障施工正常進(jìn)行。

3 總結(jié)

總而言之，盾構(gòu)法具有安全、科學(xué)、高效等應(yīng)用優(yōu)勢，在目前輸水隧洞工程項(xiàng)目中應(yīng)用數(shù)量逐漸增多。在使用該方法時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際施工要求展開平面線、平面線形、斷面尺寸形狀等的設(shè)計(jì)工作，通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)保障技術(shù)應(yīng)用效果滿足工程需求，進(jìn)而穩(wěn)步提升施工效率與質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。