地铁隧道中盾构法施工的探讨

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[摘 要]我国城市地铁隧道建设正步入快速发展的轨道，由于盾构工法具有工期短、造价低、施工领域宽、自动化程度高等特点，因此得到广泛应用。本文主要就在地铁隧道中盾构法施工技术及质量控制进行了分析，以供参考。

[关键词]地铁隧道；盾构法施工；质量控制

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0086-01

1 盾构法施工概述

地铁是现代城市交通规划必须考虑的交通要素，而且它有着快捷、便利、高效、环保等特点，是城市组织交通和人流的重要手段之一。地铁的建设多采用盾构法来进行施工建设，其施工时具有对周围建筑物、地面交通影响小、适应地下复杂多变环境等优势，同时盾构法施工中也存在着一些问题。盾构法隧道施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道衬砌的机具，掘进1环，拼装1环，循环工作，直至完成整条隧道。在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管线密布，对地面沉降要求严格的城区，不宜采用明挖法，且地下水发育，围岩稳定性差，或隧道很长而又工期要求紧迫，不能采用较为经济的矿山法时，采用盾构法施工才是经济合理的。

2 盾构法施工的步骤

盾构法施工的工序较为复杂且施工精度及技术含量很高，其主要施工步骤为：在盾构法施工隧道的起始端和终端各建一个工作井，分别称为始发井和到达井（或称拼装室、拆卸室）；盾构在端头井内拼装就位；洞口地层加固；依靠盾构千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出（此工序为盾构出洞）；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；盾构进入终端工作井并被拆除（此工序为盾构进洞），如施工需要，可穿越工作井或盾构过站再向前推进。

盾构掘进过程可划分为4个阶段：①负环段掘进（从拼装后靠管片起至盾尾离开出洞井内壁止）；②出洞段掘进（从盾尾离开出洞井内壁至盾尾离开出洞井内壁40m止）；③正常段掘进（从出洞段掘进结束到进洞段掘进开始）；④进洞段掘进（从盾构切口距进洞井外壁5倍盾构直径起到盾构入基座止）。

3 地铁隧道盾构法的主要技术

3.1 开挖土体和开挖面支护

在盾构施工中，被切削下来的前方土体储存在刀盘后方的土舱中，刀盘的切口部分与刀盘的切削面相互作用是通过刀盘的切口部分。由于要对开挖面的水土压力进行平衡，土压平衡盾构是通过土舱内的土体压力来实现的，因此，为了使排土量和挖土量保持动态平衡和土舱压力产生较小波动，要经常调节千斤顶的推进速度和螺旋输送机的转速。根据螺旋输送机的转速来调节排土量的多少、刀盘的转速、切削扭矩以及千斤顶的推力来决定挖下来的土量体积。要由刀盘面前的水土压力之和来确定土舱压力的大小。

3.2 盾构推进和衬彻管片拼接

依靠来自盾构千斤顶的推力，使得其不断向前推进。盾构推进过程中需要克服开挖面的土体压力、内部机械设备阻力和盾体周围的摩擦阻力，需要根据每一种阻力之和以及一定的富裕量来确定总推力的大小。过大的推力会使挤压正面土体前移和隆起，如果推力过小的话会使盾构推进的速度和进度受到影响。盾构被千斤顶不断推动前进，盾构由推进模式转为管片安装模式是在形成每块衬彻管片的安装准备后，在盾构内部拼装管片的同时也依次收缩千斤顶。管片被拼装完后，真圆保持器被移动并顶紧，操作模式被改回推进模式，从而使下一环节继续地推进。此外，在推进的过程中，须多次复紧脱出盾尾的衬彻管片上的螺栓。

3.3 盾尾脱空和衬彻壁后注浆

盾构机被千斤顶推动着不断向前推进时，使得原本处于盾壳内测的衬彻管片脱离盾壳的保护，以致在衬彻产生建筑空隙，产生较大的地层损失。倘若不采取一定的措施将产生很大的地面沉降，所以在推进的过程中，应同时向盾尾空隙的地方不断注浆。

注浆的目的有三个方面：一是控制地表沉降，降低土层损失；二是提高结构稳定性，限制了衬彻管片的位移；三是为隧道起到防水的作用。在盾尾内侧设有四条注浆管，沿着四条注浆管向管片外侧的上、下共四个注浆孔同时注入浆液。各注浆孔的静止水土压力之和应略小于其注入浆体时的压力值，并使盾构机土舱中不能渗入浆液。采用理论的静止水土压力之和来确定起初的注浆压力，但是在实际情况过程中需要不断的被调整。注浆压力过大会使地面隆起和管片变形较大，而注浆压力过小会造成注浆液来不及填充盾尾建筑空隙，又将产生地面沉降。因此，取1.1-1.2倍的静止水土压力值作为注浆压力的大小，最大不超过3-4kg/m2。

4 盾构法的施工问题预防及处理措施

4.1 刀盘及土仓聚积泥饼的处理和预防

在粘土地层中，盾构机掘进易造成泥饼，致使盾构掘进荷载增加，进而提升喷涌发生的危险系数，所以为防止此类问题导致的出土和掘进困难，应采用以下对策：为改善土体的和易性，防止粘土结块，应在掘进时注人适量的泡沫剂；为提高搅拌的范围和强度，应在刀盘背面和土仓隔板上设置搅动棒，如此还可借此在土仓隔板的预留注水孔内注水，以对刀盘和土仓进行及时的清洗；提高空转刀盘的旋转速度，以确保泥饼在离心力作用下尽数脱落；在开挖面稳定的基础上，可进行人工人仓的泥饼清除工作。

施工时，盾构以均匀速度穿越河道，要避免由于盾构设备故障而停止在河道下部。加强盾构机前方管理及注人防水剂等措施，以防止漏水。通过调整盾构掘进速度及出土量和实施背后注浆，减少地基沉降。

4.2 盾构法施工精度控制及纠偏

通过利用盾构机的ROBOTEC导向测量系统可以实现在掘进中盾构机的定位、管片定位和管片安装顺序的测算。为确保该自动导向系统的准确性，在盾构机零位测量时安装人工测量标志，对其进行定期检查和不定期检查，避免因系统自身原因而引起施工误差，从而保证整个隧洞的贯通。加强同步注浆管理，合理注浆量和适当注浆压力，防止隧洞下沉或上浮。如果由于地质条件的突变或盾构机操作的失误，引起线路偏移，必须进行纠偏，在盾构机纠偏过程中必须注意如下事项：在改变刀盘转动方向时，应保留适当时间间隔，切换速度不宜过快；根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，避免引起更大的偏差；蛇行的修正应以长距离慢慢修正为原则，如修正得过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远点的连线同设计曲线相切。

4.3 泥饼问题

在穿越粘性土层时，盾构机刀盘一般是在高温、高压中进行掘进的，在这种环境中，粘性土易压实固结产生泥饼，特别是在刀盘的中心部位。当产生泥饼时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。施工中主要采取下列预防措施防止泥饼的产生：加强盾构掘进时的地质预测和泥土管理，特别是在黏性土中掘进时，应密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态；增加刀盘前部中心部位泡沫注入量并选择较大的泡沫注入比例，改善土体的和易性，减小渣土的黏附性，降低泥饼产生的几率，必要时螺旋输送机内也加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出；在到达黏性土地层之前把刀盘上的部分滚刀换成刮刀，增大刀盘的开口率；在刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围；一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落，必要时也可在确保开挖面稳定的前提下进行人工进仓清除。

5 结束语

地铁交通能够很好地解决目前城市面临的交通拥挤的问题，盾构法是地铁隧道施工的重要办法。只有掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策，才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证。