地鐵隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)要點分析

楊浩

摘 要：地鐵隧道工程盾構(gòu)法施工的方法基本上是明確的，但鑒于地鐵盾構(gòu)法隧道施工條件和要求的差異。上述方法在其他項目中的應(yīng)用，還應(yīng)結(jié)合具體工程的建設(shè)情況，因地制宜地靈活運用。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;盾構(gòu)掘進(jìn);施工技術(shù)要點

中圖分類號：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

近年來我國很多大中型城市都將地鐵作為了城市公共交通體系的重點發(fā)展方向，地鐵工程項目的數(shù)量以及規(guī)模不斷增加，因此對地鐵隧道施工質(zhì)量和效率都提出了較高的要求。目前盾構(gòu)掘進(jìn)已經(jīng)成為了地鐵隧道工程建設(shè)中的主要施工方法，其與傳統(tǒng)地鐵施工技術(shù)相比，具有施工效率高、安全性好以及自動化程度高等特點。盾構(gòu)掘進(jìn)是目前地鐵施工中的重要方式，其具有較高的自動化水平，極大地提高了施工效率。在應(yīng)用盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行地鐵隧道工程的施工時，施工單位應(yīng)充分了解施工區(qū)域的地質(zhì)水文情況，準(zhǔn)確把握施工中的重難點環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對施工質(zhì)量的控制。同時還要通過施工監(jiān)測等信息化手段來保證施工的安全，確保地鐵隧道工程整體施工的質(zhì)量安全。

1 盾構(gòu)施工概述

1.1 基本原則

盾構(gòu)機(jī)是在開挖過程中保持周圍土壤穩(wěn)定性以避免倒塌的主要施工機(jī)械，具有隧道開挖和排渣功能。在施工過程中，盾構(gòu)機(jī)械可以在內(nèi)部完成管片組裝，形成完整的襯砌結(jié)構(gòu)，同時保證周圍的土壤處于穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而在安全的環(huán)境中成功完成隧道的施工。盾構(gòu)法的基本目標(biāo)是盡可能降低圍巖擾動的程度，以最快的速度完成地鐵隧道的施工，同時形成地鐵隧道的主體結(jié)構(gòu)，維護(hù)周圍現(xiàn)有建筑物的安全穩(wěn)定性。

1.2 階段劃分

盾構(gòu)施工包括三個階段：（1）始發(fā)階段，如施工工作井，根據(jù)設(shè)計要求選擇并安裝適當(dāng)類型的盾構(gòu)機(jī)等;（2）掘進(jìn)階段，需要連續(xù)開挖，工作量較大;（3）盾構(gòu)機(jī)到達(dá)階段，主要涉及整理工作，如對接收軸入口處的土壤進(jìn)行加固處理，以及適當(dāng)拆卸盾構(gòu)機(jī)。

2 工程概況

某地鐵站盾構(gòu)區(qū)間下行線起、終點里程為XK8+353.421～XK9+550.390，長鏈3.983 m，長度為1 200.952 m。上行線起、終點里程為SK8+353.421～SK9+550.390，長鏈1.632 m，長度為1 198.632 m。

3 工程重難點

3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)加固體

在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，于起始位置和端頭位置進(jìn)行土體加固，在加固處理后土體相對較硬，為有效保護(hù)刀盤，促進(jìn)盾構(gòu)掘進(jìn)順利進(jìn)行，這兩處的掘進(jìn)壓力相較于理論值可略微降低，同時將掘進(jìn)速度控制在1.0 cm/min以內(nèi)。在推進(jìn)過程中，應(yīng)注意在盾構(gòu)正面位置添加發(fā)泡劑，利用此來降低刀盤掘進(jìn)中受到的扭矩力，從而讓總推力降低，同時也有助于挖掘土體的順利排出。在盾構(gòu)經(jīng)過加固區(qū)域之后，可適當(dāng)提升平衡土壓力值，加強(qiáng)對地層變形量的實時監(jiān)測，然后對具體的平衡壓力、推進(jìn)速度等做出適當(dāng)調(diào)節(jié)。

3.2 隧道防水施工

在盾構(gòu)隧道施工過程中，防水是一項非常重要的工程項目。防水效果直接影響隧道工程的質(zhì)量，屬于施工過程中的關(guān)鍵內(nèi)容。在實際施工中，根據(jù)盾構(gòu)工程結(jié)構(gòu)的防水形式，結(jié)合隧道的地質(zhì)構(gòu)造，采取防水施工措施，做好防水處理。

4 地鐵盾構(gòu)正式掘進(jìn)施工控制技術(shù)

4.1 土壓力設(shè)定

盾構(gòu)施工時，應(yīng)注意保證開挖面土層的穩(wěn)定性，盡量減少對天然土層的干擾，減少對地表的不利影響。本工程開挖采用土壓平衡盾構(gòu)法施工。為保證開挖面穩(wěn)定，主要通過控制開挖面土倉土壓力來實現(xiàn)。開挖施工前，采用預(yù)先計算的壓力值作為預(yù)設(shè)土壓力，確保土倉內(nèi)土壓力與開挖面土壓力和地下水壓力平衡，可有效促進(jìn)盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定掘進(jìn)。

4.2 控制掘進(jìn)過程速度

盾構(gòu)機(jī)操作人員應(yīng)注意在啟動和結(jié)束階段控制設(shè)備的推進(jìn)速度，使之以較為緩慢的速度推進(jìn)，然后逐漸提升推進(jìn)的速度。通常在一環(huán)掘進(jìn)施工時，應(yīng)盡可能使掘進(jìn)速度值處于恒定的狀態(tài)，降低其產(chǎn)生的波動，以此確保切口位置的土壓處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，應(yīng)注意保證推進(jìn)速度與同步注漿系統(tǒng)注漿量之間的協(xié)調(diào)性，同時保證掘進(jìn)過程中開挖面具有較高的穩(wěn)定性，正常狀態(tài)下將掘進(jìn)速度控制為6 cm/min，如果在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中遭遇到障礙物，應(yīng)適當(dāng)降低掘進(jìn)速度，將之控制在2 cm/min左右。

4.3 管片拼裝

盾構(gòu)隧道采用的管片外徑為660 cm、內(nèi)徑為590 cm、厚度為35 cm、環(huán)寬為120 cm。管片由6小塊預(yù)制鋼筋混凝土管片拼裝完成，主要分為封頂塊、鄰接塊、標(biāo)準(zhǔn)塊、拱底塊四種類型，預(yù)制用混凝土應(yīng)用C55高強(qiáng)度混凝土，同時要求其抗?jié)B等級達(dá)到P10。在安裝封頂塊的時候，應(yīng)首先保證相連接的兩個接塊之間有充分的空間插入。在整個拼裝過程中，從隧道底部開始安裝，安裝順序為：標(biāo)準(zhǔn)塊→相鄰塊→拱底塊→封頂塊，在進(jìn)行封頂塊安裝的時候，先使之在徑向上保持2/3左右的管片寬度搭接，然后將之逐漸推送到位。各管片安裝就位后，應(yīng)及時推動油缸，使管片緊固，然后將安裝機(jī)移開。安裝完畢后，使管片緊固，都應(yīng)安排人工對其做緊固處理，在盾構(gòu)隧道中，管片襯砌是一種非常有效的防水方法。裝配和連接質(zhì)量將對隧道的使用壽命產(chǎn)生重大影響。因此，必須進(jìn)行永久性防水處理，嚴(yán)格控制管片安裝質(zhì)量。

4.4 管片糾偏

在進(jìn)行管片安裝的過程中，應(yīng)注意做好糾偏工作，以保證襯砌環(huán)面與設(shè)計軸線處于垂直狀態(tài)，通常在對軸線進(jìn)行糾偏處理時，需要一個較長的過程才能順利實現(xiàn)，該過程需要連續(xù)幾環(huán)才能有效控制。在實際施工中一旦發(fā)現(xiàn)偏離軸線的情況，便需要對千斤頂做出調(diào)整，必要的情況下可加貼糾偏楔子。

（1）應(yīng)用千斤頂?shù)男谐滩顏碚{(diào)節(jié)軸線偏差。為提升軸線吻合度，在糾偏時應(yīng)提升測量糾正頻率，保證每環(huán)糾正偏差量低于4 mm，避免出現(xiàn)過度性糾偏，以致對地層造成較大的擾動，引發(fā)地面沉降、建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等危害，同時也可能使得環(huán)縫增大，漏水風(fēng)險加大;（2）在進(jìn)行管片拼裝之前，應(yīng)對上一環(huán)的管片拼裝報表進(jìn)行分析，然后在本環(huán)拼裝中采取有效糾偏措施，控制糾偏量;（3）在對管片進(jìn)行拼裝時，應(yīng)嚴(yán)格控制安裝精度，不能出現(xiàn)內(nèi)外張角、踏步等不良情況;（4）當(dāng)盾構(gòu)過程中出現(xiàn)縱坡時，可采用邊坡穩(wěn)定法進(jìn)行控制。但在實際開挖過程中，曲率半徑更容易達(dá)不到要求，使曲線與實際設(shè)計不符，進(jìn)而對后期管片拼裝產(chǎn)生不利影響。在這種情況下，可以在豎曲線上粘貼石棉橡膠板，以達(dá)到曲率校正的目的。但應(yīng)注意控制石棉橡膠板的粘結(jié)厚度，使其在設(shè)計要求范圍內(nèi)，避免后期泄漏。

4.5 管片防水

4.5.1 管片結(jié)構(gòu)自防水

本工程襯砌混凝土采用強(qiáng)度為C55的高強(qiáng)砼，其抗?jié)B等級≥P10。管片的抗?jié)B和檢漏標(biāo)準(zhǔn)：在0.8 MPa水壓力作用下，恒壓3 h，滲透深度小于5 cm。管片在預(yù)制廠制作時防水檢查和檢測的內(nèi)容主要有：砼的抗?jié)B強(qiáng)度報告、管片檢漏試驗報告、外觀檢查報告、成環(huán)拼裝精度檢查報告等。在進(jìn)行外觀檢查時，應(yīng)滿足內(nèi)實外光的基本要求，不能存在氣孔、小蜂窩等明顯質(zhì)量不良問題。

4.5.2 吊裝孔（注漿孔）防水

當(dāng)?shù)跹b孔與灌漿孔聯(lián)合使用時，可在吊裝孔外預(yù)埋30 mm素砼，以便進(jìn)行早期節(jié)段安裝。當(dāng)襯砌后面需要進(jìn)行二次混凝土灌漿時，可先破壞預(yù)設(shè)的素混凝土，孔內(nèi)可用于灌漿。此外，灌漿后的孔內(nèi)還設(shè)置了膨脹水螺孔密封圈，以提高防水性能。

4.5.3 同步注漿和二次注漿

本研究標(biāo)段隧道盾構(gòu)施工土壤主要為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土層，地層本身穩(wěn)定性相對較弱。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，易對土體產(chǎn)生較大擾動，造成大變形、塌方、大沉降等異常情況，因此盾構(gòu)掘進(jìn)施工時應(yīng)同時進(jìn)行注漿，并在個別部位進(jìn)行二次鋼筋灌漿，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量控制措施

5.1 盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中的質(zhì)量安全保證措施分析

地鐵盾構(gòu)隧道施工前，應(yīng)結(jié)合初測資料對施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，并進(jìn)行技術(shù)交底，確保施工人員準(zhǔn)確掌握線路設(shè)計及各項技術(shù)要點。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，各項技術(shù)參數(shù)的設(shè)置應(yīng)嚴(yán)格按照主管工程師的指示進(jìn)行。施工過程中如遇緊急情況，施工人員應(yīng)立即暫停施工，并及時報告。未經(jīng)值班工程師處理指示，嚴(yán)禁擅自施工。施工單位應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員和工程師值班，對盾構(gòu)施工過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時解決現(xiàn)場突發(fā)事故，確保施工指令的安全。

5.2 加強(qiáng)施工中的質(zhì)量安全監(jiān)測

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，為了更好地保證施工質(zhì)量和安全，應(yīng)全面監(jiān)督管理施工全過程，對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，對各環(huán)掘進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄和科學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)盾構(gòu)施工的實際情況，及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。同時，在地鐵隧道盾構(gòu)隧道施工中，還應(yīng)動態(tài)監(jiān)測隧道軸線和線形的精度，加強(qiáng)對施工區(qū)周圍建筑物和土地沉降的監(jiān)測，通過對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，調(diào)整施工技術(shù)參數(shù)。

5.3 準(zhǔn)確把握盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中的重難點環(huán)節(jié)

由于盾構(gòu)掘進(jìn)的施工環(huán)境較為復(fù)雜，發(fā)生噴涌等突發(fā)情況的幾率較高，這會對施工的安全和指令產(chǎn)生較大的威脅。因此在施工中應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的實際現(xiàn)場特征以及地質(zhì)條件等對渣土采取必要的改良措施，從而使掘削面更加穩(wěn)定。同時為了避免噴涌事故的發(fā)生，在選擇盾構(gòu)設(shè)備時螺旋輸送機(jī)應(yīng)采用在斷電時能夠?qū)⒑箝y門自動關(guān)閉的型號，并應(yīng)準(zhǔn)確控制加水量，避免出現(xiàn)空倉操作的情況。

5.4 對施工操作人員進(jìn)行施工技術(shù)和安全培訓(xùn)

地鐵盾構(gòu)隧道施工對施工人員的技術(shù)水平有很高的要求。因此，施工單位應(yīng)積極組織施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，幫助他們準(zhǔn)確掌握盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)的各種技術(shù)要點和操作規(guī)程，全面提高其專業(yè)技術(shù)能力和綜合素質(zhì)。同時，加強(qiáng)對施工人員的安全教育，提高其安全意識，為保證地鐵盾構(gòu)隧道施工的質(zhì)量和安全打下良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

目前盾構(gòu)掘進(jìn)已經(jīng)成為了地鐵工程建設(shè)中的主要施工方法，其與傳統(tǒng)地鐵施工技術(shù)相比，具有施工效率高、安全性好以及自動化程度高等特點。在應(yīng)用盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行地鐵工程的施工時，施工單位應(yīng)充分了解施工區(qū)域的地質(zhì)水文情況，準(zhǔn)確把握施工中的重難點環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對施工質(zhì)量的控制。

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