軌道交通隧道盾構(gòu)施工主要技術(shù)研究

朱小芹

(蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000)

近年城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，人們生活質(zhì)量得到明顯改善，城市人口的增多給城市交通帶來極大壓力，修建地鐵已經(jīng)成為緩解交通壓力，防止交通過度堵塞的有效手段，同時為人們出行提供更多方式。盾構(gòu)施工是一種高效率施工法，具高自動化、高安全性能、低勞動強(qiáng)度等多重優(yōu)勢，屬于現(xiàn)代化機(jī)械式施工作業(yè)法，利用盾構(gòu)機(jī)，加強(qiáng)對隧道巖石及開挖面的自動化控制，防止出現(xiàn)塌陷問題，進(jìn)行隧道出渣和前進(jìn)挖掘作業(yè)，直接在隧道內(nèi)部形成襯砌的穩(wěn)固構(gòu)造，開展灌漿施工，保證隧道工程建設(shè)的順利實施。因此盾構(gòu)施工法在各方面均表現(xiàn)出優(yōu)越性能，受到了軌道交通隧道施工方的認(rèn)可。

1 盾構(gòu)施工技術(shù)及類型

盾構(gòu)技術(shù)是一種發(fā)展快速且安全的隧道掘進(jìn)技術(shù)，根據(jù)城市軌道交通工程的地層特點看，我們將盾構(gòu)施工技術(shù)分為基于砂卵層的軌道交通建設(shè)、基于巖層的軌道交通建設(shè)、基于巖層和薄弱地層交變?yōu)橹鞯能壍澜煌ńㄔO(shè)、基于薄弱地層為主的隧道建設(shè)。每個地區(qū)的自然環(huán)境和地質(zhì)條件不同，盾構(gòu)施工也會采取不同方法。對于盾構(gòu)施工而言，最重要的是盾構(gòu)性能能否滿足施工要求，當(dāng)前我們采用的主要建設(shè)方法有隱蔽開挖法、采礦法、盾構(gòu)法和多種挖蓋法等，對此關(guān)鍵是選擇恰當(dāng)?shù)亩軜?gòu)類型，保證工程的順利進(jìn)行。盾構(gòu)正面機(jī)制形式?jīng)Q定了隧道工程盾構(gòu)類型，按照地層條件和施工方法我們將隧道盾構(gòu)機(jī)劃分為硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)、軟巖隧道盾構(gòu)機(jī)，根據(jù)開挖面的閉合程度又可分層開敞式、半開敞式和封閉式對于盾構(gòu)正面機(jī)械施工，因此在選擇盾構(gòu)類型時要十分謹(jǐn)慎，其直接影響著整個隧道工程建設(shè)的順利施工。對此我們需要注意以下三種防護(hù)技術(shù)：(1)支護(hù)。選擇什么技術(shù)來支護(hù)盾構(gòu)正面主體和地層，從而保證土層不會流失，保證土體整體穩(wěn)固性，防止坍塌，預(yù)防工程事故出現(xiàn)，因此需要支護(hù)技術(shù)。(2)挖土。選擇什么技術(shù)進(jìn)行挖土，主要是施工中將地層的土體挖去，形成一定的空間，在空間內(nèi)開展隧道施工建設(shè)，因此在盾構(gòu)正面有限的空間內(nèi)選擇的開挖技術(shù)十分重要。(3)排土。選擇什么技術(shù)進(jìn)行排土，目的是將挖出的土方排運(yùn)到土箱或地面上，保證軌道交通隧道正面的順利連續(xù)開挖與推進(jìn)，只有選擇恰當(dāng)?shù)呐磐良夹g(shù)，才能保證下一步挖土工程更好地進(jìn)行，保證工程的順利。以上三項技術(shù)想要應(yīng)用合理，則要求相關(guān)施工技術(shù)人員充分了解施工地區(qū)的整個盾構(gòu)結(jié)構(gòu)，在了解盾構(gòu)斷面土體的性能與特點后才能選用合理的施工方式。

盾構(gòu)類型選擇需要注意以下因素，充分考慮每個施工地區(qū)的施工環(huán)境，包括施工的土壤條件、地質(zhì)條件、地下水條件、隧道條件、地層條件和周圍建筑物條件等，由于盾構(gòu)機(jī)并不同于施工中普遍通用機(jī)械，對周邊交通、商業(yè)和居民樓拆遷等無不利影響，施工過程中不需要排水，無噪聲和振動污染，因此我們只需分析所處施工環(huán)境，解決盾構(gòu)技術(shù)支持問題，使用什么來支撐盾構(gòu)下方的土壤和盾牌正面，保證土質(zhì)的不塌陷和泄露，因此只需研究土質(zhì)和地質(zhì)，從而確定使用何種盾構(gòu)機(jī)，發(fā)揮出精密度高、安全性高、強(qiáng)度低和機(jī)械化程度高等優(yōu)點。

2 軌道交通隧道盾構(gòu)施工主要技術(shù)要點分析

2.1 盾構(gòu)始發(fā)測量

為了更好地理解屏蔽結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，屏蔽結(jié)構(gòu)的前100 m被推入先導(dǎo)階段，以便更好地掌握屏蔽的各項參數(shù)。首先測量盾構(gòu)機(jī)安裝，主要包括反力架和始發(fā)臺，兩者可以在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時提供初始推力以及初始的空間姿態(tài)。對此需要摸索地面沉降和施工參數(shù)之間的關(guān)系，如反力架安裝時左右偏差不能超過±10 mm，高程偏差不能超出±5 mm，上下偏差不能超出±10 mm；安裝始發(fā)臺必須保持水平軸線的垂直方和反力架的夾角偏差不能超出±2‰，盾構(gòu)姿態(tài)和設(shè)計軸線豎直方也不能超出±2‰，水平趨勢偏差不能超出±3‰，軸線方位角誤差低于1′30″。在短時間內(nèi)掌握盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的使用性能，設(shè)定合理的施工參數(shù)，保證盾構(gòu)機(jī)的正常運(yùn)行。其次盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)測量，人工測量和自動測量兩種，人工測量需投入巨大人力，測量數(shù)據(jù)繁瑣，工作量大，且人工操作難免容易出現(xiàn)誤差，測量精度低，因此耽誤盾構(gòu)機(jī)正常施工，若測量周期長，不能及時修正誤差，那么可能延誤工期。自動測量直接精準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確度高，誤差相對小，且全天作業(yè)數(shù)據(jù)實時測量，能夠及時修正誤差，在當(dāng)前軌道交通隧道建設(shè)中逐漸推廣使用，未來有著廣闊的發(fā)展前景。

2.2 盾構(gòu)壓漿技術(shù)

不同地區(qū)地質(zhì)條件有所不同，加固地基需要針對相應(yīng)的地質(zhì)條件選擇加固方式，選用攪拌樁加固、旋噴樁加固和注漿等方式，不同加固方式對隧道工程影響不同。在盾構(gòu)施工過程中，采用壓降手段填充施工中產(chǎn)生的建筑空隙，避免工程的不均勻沉降，施工中注意保證漿量充足，出口壓力略高于斷面的地層壓力。

2.3 管片拼裝環(huán)縫襯墊

管片拼裝技術(shù)的主要流程為預(yù)制、試拼裝和運(yùn)輸管片。盾構(gòu)技術(shù)施工中前后兩環(huán)管片之間的接縫處會產(chǎn)生非常大的壓力，隨著盾構(gòu)的移動管片發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)動。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般通用方法是使用橡膠軟木固定接縫處管片上部縱向部位，保證環(huán)面受力均勻，避免管片破碎。雖然這種措施一定程度上增加了工作量，但保證的管片的穩(wěn)定。此外在進(jìn)行錯縫拼裝時，由于管片是固定的，且各管片之間是相互牽制的關(guān)系，圓環(huán)不易變形，其圓度較高，在管片拼裝環(huán)縫拼裝時加大誤差，施工應(yīng)力較大，從而造成接縫處的騎縫管片出現(xiàn)縱向開裂情況。錯縫拼裝主要是通過對襯墊產(chǎn)生的不同壓密量而調(diào)整每塊管片的制作寬度及誤差，從而降低施工應(yīng)力，防止管片拼裝之間的應(yīng)力受到影響而引起縱向開裂。

2.4 同步注漿

當(dāng)前盾構(gòu)注漿技術(shù)主要包括二次注漿與同步注漿兩種。二次注漿較為常見，但當(dāng)盾構(gòu)直徑達(dá)到6.2 m左右時需采用同步注漿。注漿材料有微水玻璃、水泥煤灰或水泥砂漿，我們根據(jù)地質(zhì)條件決定注漿量需要多少，隧道外壁注漿厚度應(yīng)小于0.2 cm，根據(jù)城市地區(qū)情況選擇最佳的注漿材料和注漿量，幫助減少不必要的注漿成本，通過按照地質(zhì)條件選擇。同步注漿在盾構(gòu)機(jī)施工中增加了對地表糾偏次數(shù)，導(dǎo)致土體受到擾動程度增加，因此在小曲率盾構(gòu)技術(shù)施工中，必須加大對注漿質(zhì)量的把控，掌握好注漿量和注漿壓力。施工中注漿和盾構(gòu)機(jī)的必須同步進(jìn)行，當(dāng)注漿量不符合要求時盾構(gòu)機(jī)需停止推進(jìn)，降低地表土體變形的風(fēng)險。

2.5 盾構(gòu)過溶洞技術(shù)控制

盾構(gòu)壓降填充溶洞能夠發(fā)揮出擠壓密實、劈裂、置換等作用，但已經(jīng)成型的溶洞很難形成連續(xù)均勻的加固體。盾構(gòu)進(jìn)洞切口會失去土壤壓力，盾構(gòu)在施工前進(jìn)中頂力大幅度下降，當(dāng)溶洞處于富水地層時，注漿處理作用不夠明顯，無法阻絕地下水的水力通道。因此過溶洞需要選擇泥水平衡這種合理的盾構(gòu)掘進(jìn)模式進(jìn)行掘進(jìn)，在施工過程中能夠根據(jù)溶洞實際環(huán)境和溶洞周邊地質(zhì)情況保持穩(wěn)定的泥水平衡壓力，一般我們初定泥水倉壓力在2.0～2.5 bar范圍內(nèi)，由于施工情況不斷變化，因此泥水壓力也要相應(yīng)調(diào)整。其次加強(qiáng)刀具管理，過溶洞前需要合理配置刀具盾構(gòu)，提前了解地質(zhì)預(yù)報情況然后選擇最合理的歷程，在開倉環(huán)節(jié)中檢查和更換刀具，同時，根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整刀具配置到最合理的情況。

2.6 盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)及姿態(tài)控制

盾構(gòu)機(jī)在地層施工推進(jìn)中，首先我們要設(shè)置合理的參與，并且了解改變盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制的相關(guān)因素，如正面四周阻力不一致，液壓缸推力不均勻，盾構(gòu)機(jī)重心不穩(wěn)等，盾構(gòu)施工的姿態(tài)參數(shù)受到各個地層物理性質(zhì)的影響和限制，若推進(jìn)參數(shù)不當(dāng)可能走線軌跡會起伏不一，左右晃動。軌道交通隧道施工由盾構(gòu)機(jī)一次掘進(jìn)完成，因此我們必須控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和軌跡，保證推進(jìn)路線平直。若盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中偏離軌跡設(shè)計軸線，姿態(tài)不受控制，這時我們必須有計劃地進(jìn)行糾偏，在推進(jìn)過程中實時注意滾角變化，及時根據(jù)盾構(gòu)機(jī)來調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)動方向，同時根據(jù)各段地質(zhì)情況調(diào)整各項推進(jìn)參數(shù)，最大程度保證姿態(tài)正確，推進(jìn)速度應(yīng)適當(dāng)放慢，避免對管片造成損壞。盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中要時刻注意盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，管片的選型和盾尾端的間隙等。

3 結(jié) 語

綜上所述，盾構(gòu)施工技術(shù)在軌道交通隧道建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，并且在各個施工工序上保證了工程順利完成，促進(jìn)城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展。對此要嚴(yán)格控制好軌道交通建設(shè)中盾構(gòu)法的施工質(zhì)量，增強(qiáng)各施工技術(shù)的精確度和安全性，降低施工強(qiáng)度，對施工單位具有極大意義。