地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)分析

張金嶺

（中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司，江蘇常熟215500）

0 引言

地鐵工程建設(shè)的施工場(chǎng)所大多數(shù)在城市地下，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)要求不影響城市居民生活質(zhì)量，工期和施工場(chǎng)地要盡可能的短和小，所以需要利用新型設(shè)備來(lái)保證整個(gè)施工質(zhì)量與工作效率?，F(xiàn)階段，我國(guó)地鐵項(xiàng)目普遍應(yīng)用盾構(gòu)法建設(shè)工藝，大大提升了整個(gè)地鐵項(xiàng)目的施工技術(shù)水平。盾構(gòu)法是一種全機(jī)械化的施工技術(shù)，可以提高地鐵工程盾構(gòu)法的施工質(zhì)量和效率，保證施工機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 盾構(gòu)法原理與優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1 原理

盾構(gòu)技術(shù)主要是指在地表以下進(jìn)行暗挖隧道施工時(shí)，在開(kāi)挖過(guò)程中，盾構(gòu)的盾構(gòu)機(jī)殼體可作為周?chē)寥赖呐R時(shí)支撐物。在盾構(gòu)機(jī)的保護(hù)下，開(kāi)挖隧道將各段進(jìn)行組裝和襯砌，形成永久性的砌體。它是一種綜合性的施工技術(shù)，在圓柱狀的施工作業(yè)面內(nèi)配備著盾構(gòu)刀盤(pán)、出土傳送帶、盾構(gòu)出土口結(jié)構(gòu)、螺旋出土口裝置和運(yùn)輸列車(chē)編組裝置等各類(lèi)部件，這也是隧道開(kāi)挖的主要設(shè)備。同時(shí)地面上裝備著壁后注漿漿液攪拌站、垂直運(yùn)輸門(mén)吊等專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備。盾構(gòu)法的主要內(nèi)容是：首先在工程項(xiàng)目某個(gè)區(qū)段的一端開(kāi)挖豎井或者基坑，然后將盾構(gòu)機(jī)及零部件吊裝到軸的預(yù)定起動(dòng)位置，組裝整機(jī)進(jìn)行調(diào)試。在項(xiàng)目施工中主要沿著軸線進(jìn)行設(shè)計(jì)，盾構(gòu)從其豎井的墻壁預(yù)留孔出發(fā)到另一個(gè)豎井的墻壁預(yù)留孔，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)會(huì)受到土層阻力，而盾構(gòu)機(jī)之內(nèi)的千斤頂則可以通過(guò)拼裝好的管片，在通過(guò)襯砌提供相應(yīng)的反力，使盾構(gòu)機(jī)能夠向前進(jìn)行掘進(jìn)，直至到達(dá)預(yù)定接收豎井或基坑時(shí)，掘進(jìn)結(jié)束。盾構(gòu)法作業(yè)時(shí)，應(yīng)結(jié)合地下水位的不斷變化，預(yù)防地面發(fā)生沉陷，做好防水、施工測(cè)量監(jiān)測(cè)等，才能保證其他施工技術(shù)的順利進(jìn)行[1]。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

依照現(xiàn)階段盾構(gòu)法施工在項(xiàng)目領(lǐng)域中的運(yùn)用分析，其優(yōu)勢(shì)為以下幾點(diǎn)：質(zhì)量控制的難度系數(shù)相對(duì)較小，其施工經(jīng)濟(jì)性更為明顯；不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境造成影響，能夠合理控制地下水位；施工操作整體的穩(wěn)定與安全性逐漸提高，有關(guān)人員勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)降低，且工作效率極高；機(jī)械自動(dòng)化程度較高。

1.3 缺點(diǎn)

盾構(gòu)法缺點(diǎn)具體表現(xiàn)為：工程費(fèi)用較高，所以就需花費(fèi)較多的項(xiàng)目預(yù)算。而在技術(shù)泛用度上，由于施工工程本身需要針對(duì)每條挖掘線路進(jìn)行詳細(xì)分析，所以大多數(shù)的項(xiàng)目方案都不能混用，這也導(dǎo)致了盾構(gòu)隧道挖掘成本再一次提升。由于盾構(gòu)器械具有較大的體積，所以對(duì)于一些隧道曲率較小的施工來(lái)講，其施工難度會(huì)大大增加。另外，雖然說(shuō)盾構(gòu)法對(duì)地下水含量較高的施工有一定的適應(yīng)性，但在松軟泥土的處理上，其地表沉降較為明顯，所以對(duì)施工整體技術(shù)的要求也整體較高。而對(duì)于施工人員來(lái)講，盾構(gòu)法的施工環(huán)境也相對(duì)較差，所以也需要工程為施工人員配備相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)設(shè)備，以避免施工污染對(duì)人體健康造成巨大威脅。

2 地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)控制要點(diǎn)分析

2.1 管片安裝

盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)工作達(dá)到一定施工標(biāo)準(zhǔn)后，施工企業(yè)要依照地下設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)要求，組織專(zhuān)業(yè)人士深入到現(xiàn)象開(kāi)展襯砌處理。盾構(gòu)法在進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)起到了良好的支撐作用，但在施工作業(yè)完成之后，襯砌應(yīng)作為建筑物永久性的承載力，應(yīng)發(fā)揮其支撐作用。

對(duì)于地下設(shè)施工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，由于施工工作中主要采用鋼筋混凝土或是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土砌塊，由于砌塊形狀多樣性，所以為了能夠達(dá)到更好的施工效果，有關(guān)人員需要依照施工現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行準(zhǔn)確分析，掌握盾構(gòu)直徑等相關(guān)情況，確保各個(gè)分割數(shù)的科學(xué)性。對(duì)比之下，其矩形砌塊結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，砌筑施工也相對(duì)更為便捷，在施工工作中即使出現(xiàn)偏差，其糾偏處理也更加容易，但其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)為整體性不足。對(duì)比矩形砌塊，梯形砌塊其整體性較好，施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，一般在條件允許的狀況下選擇梯形砌塊，但該類(lèi)砌塊在實(shí)際砌筑工作時(shí)，對(duì)安裝技術(shù)工藝有著更高的要求，一旦出現(xiàn)誤差，其糾偏調(diào)整難度較大，安裝過(guò)程要遵守相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。此外，砌塊的連接處理中主要包含了平口與企口，其后者接縫防水性相對(duì)比較高，但拼裝時(shí)其安裝技術(shù)要求也更多[2]。

2.2 下放和始頂

在通過(guò)盾構(gòu)法進(jìn)行地下設(shè)施施工建設(shè)過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)是尤為關(guān)鍵的設(shè)備。整體盾構(gòu)能夠在起重設(shè)備的幫助下可以順利下放至起點(diǎn)井的位置，該環(huán)節(jié)和頂管施工下管工作原理極為相似。一旦在施工工作中面臨大直徑盾構(gòu)工作時(shí)，由于搬運(yùn)技術(shù)整體難度較高，施工人員可開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)組裝或是工作坑內(nèi)進(jìn)行裝配解決該類(lèi)問(wèn)題。而當(dāng)盾構(gòu)機(jī)下放到工作坑導(dǎo)軌后，要從起點(diǎn)井開(kāi)始，逐漸沒(méi)入土中，在該項(xiàng)作業(yè)階段可以應(yīng)用千斤頂完成整個(gè)頂進(jìn)作業(yè)，由于盾構(gòu)法是從起點(diǎn)井進(jìn)入到土層，所以極易引發(fā)坍塌事故，所以要通過(guò)必要的措施對(duì)局部土層進(jìn)行加固，千斤頂進(jìn)行推進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，已經(jīng)完工的砌塊環(huán)能夠更好地發(fā)揮支撐作用。依照項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，砌塊環(huán)總體長(zhǎng)度30～50m，只有將其保持在該長(zhǎng)度區(qū)間范圍內(nèi)才可以更好地發(fā)揮自身支承作用。在相應(yīng)施工工作前，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員還可以進(jìn)行臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置，具體處理如下：當(dāng)盾構(gòu)被埋入至土層之后，應(yīng)在其起點(diǎn)井的后背位置與盾構(gòu)襯砌間的距離之內(nèi)，設(shè)立相對(duì)應(yīng)的圓形狀木環(huán)，該類(lèi)木環(huán)外直徑均應(yīng)與砌塊環(huán)內(nèi)外徑保持一致[3]。

2.3 盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)

盾構(gòu)的推進(jìn)依靠強(qiáng)大的推力進(jìn)行，采用千斤頂以達(dá)到所需推力，保證盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)。目前主要采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。面對(duì)開(kāi)挖工作面進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)，盾構(gòu)機(jī)會(huì)面臨強(qiáng)大的前進(jìn)阻力。掘進(jìn)阻力主要包括正面盾構(gòu)機(jī)刀片與掘進(jìn)作業(yè)面的阻力和機(jī)體與四周土體之間的巨大摩擦力。推力過(guò)小會(huì)影響施工進(jìn)度，如果推力過(guò)大就會(huì)造成其工作面土體出現(xiàn)擠壓，造成地面隆起。在施工過(guò)程中要注意前方土層地質(zhì)狀態(tài)，根據(jù)每一層地層應(yīng)力的不同，具體問(wèn)題具體分析。盾構(gòu)開(kāi)挖的速度通常由千斤頂產(chǎn)生的推力與前進(jìn)土壤數(shù)量來(lái)決定。在施工要求掘進(jìn)工作進(jìn)行時(shí)，研究和經(jīng)驗(yàn)表明合理的推動(dòng)和速度應(yīng)設(shè)置在20～40mm/min，當(dāng)遇到軟硬不均的土層時(shí)，根據(jù)施工條件和工期要求可以適當(dāng)調(diào)低掘進(jìn)速度，并且應(yīng)盡量使掘進(jìn)過(guò)程中的速度保持恒定，過(guò)快或過(guò)慢都不利于盾構(gòu)姿態(tài)的控制。在土壓平衡動(dòng)態(tài)施工中，一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)偏移，盾構(gòu)機(jī)操作人員要合理選擇千斤頂區(qū)壓和鉸接，正確調(diào)整千斤頂受力分布。它還有助于通過(guò)調(diào)節(jié)盾構(gòu)后部的注漿來(lái)進(jìn)行偏移調(diào)整[4]。

2.4 壁后注漿

在施工過(guò)程中，為了方便進(jìn)行開(kāi)挖與管片拼裝，通常盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)直徑略大于隧道自身的直徑，這就會(huì)引起襯砌管片脫離盾尾后，在其襯砌外出現(xiàn)一定的縫隙。盾構(gòu)間隙在圍巖發(fā)生變形塌落前會(huì)及時(shí)開(kāi)展高壓注漿，填充間隙使得圍巖達(dá)到應(yīng)力平衡，并穩(wěn)定其底層，可以預(yù)防隧道周?chē)鼗a(chǎn)生較大變位，還有利于襯砌更好地防水，確保管片襯砌在施工早期的安全性及合理性。同步注漿技術(shù)主要是指盾構(gòu)挖掘與注漿工作可以同時(shí)展開(kāi)，利用在盾構(gòu)殼體外側(cè)安裝注漿管或是注漿孔所進(jìn)行的壁后注漿方法。除了隧道的不透水性外，它還可以防止盾尾水滲入密封土倉(cāng)而造成的噴涌；二次注漿是指考慮到盾構(gòu)機(jī)在穿越過(guò)施工段后，進(jìn)入下一施工段，主要是為了達(dá)到環(huán)境保護(hù)及整個(gè)地鐵隧道的穩(wěn)定等目標(biāo)，例如前一施工段發(fā)現(xiàn)其同步注漿存在施工缺陷的地方，可通過(guò)其管片中注漿孔開(kāi)展二次補(bǔ)注漿。同步注漿的補(bǔ)充過(guò)程中可能存在質(zhì)量缺陷部分或是同步注漿類(lèi)各項(xiàng)材料的體積會(huì)發(fā)生收縮，進(jìn)而形成空隙，這樣可以達(dá)到降低盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)沉降目的，并降低地鐵項(xiàng)目自身防水的主要壓力，提升其整體防水效果。通過(guò)大量以往工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明，注漿工作是地鐵盾構(gòu)法作業(yè)中的主要內(nèi)容，只有將注漿工作控制好，才能夠保證其地面沉降值控制到10mm 以?xún)?nèi)，從而保證地表建筑質(zhì)量安全[5]。

2.5 盾構(gòu)接收階段

該階段是盾構(gòu)施工最后的階段，對(duì)整個(gè)盾構(gòu)使用效果有著一定影響，一般情況下，其主要是以貫通前最后50m 的范圍作為到達(dá)階段。所以施工者應(yīng)在具體使用中綜合考慮施工多個(gè)要點(diǎn)內(nèi)容，例如觀測(cè)洞門(mén)位置的探孔是不是有滲漏問(wèn)題，加固土體，確保達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求和隧道軸線位置的重新評(píng)估、盾構(gòu)基座加固和洞門(mén)止水簾布的合理安裝等。另外，在現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)合理布設(shè)控制點(diǎn)的導(dǎo)線，使得盾構(gòu)機(jī)可以依照既定姿態(tài)和要求平穩(wěn)進(jìn)入到洞中。同時(shí)掘進(jìn)至離洞口位置封門(mén)的100m 時(shí)，應(yīng)做好軸線位置的推進(jìn)和測(cè)量，調(diào)整好軸線；切口應(yīng)在距離封門(mén)10m 時(shí)，合理控制土量。距離一旦超過(guò)300～500mm 時(shí)，應(yīng)立即停止推進(jìn)工作，確保切口開(kāi)挖面總體壓力能夠降到最低，保證盾構(gòu)機(jī)接收工作的安全性。另外，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)達(dá)到站前的20d時(shí)，才能進(jìn)行盾構(gòu)各項(xiàng)準(zhǔn)備事項(xiàng)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，想要保證地鐵項(xiàng)目施工的整體質(zhì)量，需要對(duì)盾構(gòu)施工法進(jìn)行更深入的分析和研究，對(duì)其主要技術(shù)工藝要點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)管控，要不斷提升盾構(gòu)法施工技術(shù)水平，總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才可以真正發(fā)揮出盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并克服其自身存在的缺點(diǎn)。