地铁盾构隧道施工技术研究
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摘要：随着我国城市大规模基础设施建设潮的兴起,地铁隧道建设得到快速发展,隧道盾构施工技术具有施工速度快、安全、成型质量好等优点，成为现代城市向地下发展的重要施工方法。在具体的工程施工中由于各地的地质和水文地质条件不同导致隧道盾构施工中屡屡出现质量事故，需要工程技术人员严格施工技术控制并加强监测,从而确保城市地铁隧道的施工质量。本文分析了地铁隧道盾构施工基本原理及特点，探讨了地铁盾构隧道施工技术。
关键词：地铁盾构隧道施工技术
中图分类号：U213文献标识码： A
盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。隧道盾构法施工对城市的正常秩序和周围环境影响较小，作为现代地铁隧道建设的重要施工方法得到快速发展和广泛应用。
一、关于地铁隧道盾构施工原理及特点分析
1.隧道盾构法施工是在护盾的保护下采用盾构机在地下掘进,同时进行管片衬砌作业而构筑隧道的一种施工方法。隧道盾构法施工首先需要在隧道一端设置竖并或基坑用来安装盾构机，盾构机沿着隧道设计路线的轴线方向前进同时从盾尾输出土体。但由于在盾构机推进的过程中盾尾土体的受力状态发生变化需要在盾尾进行衬砌，并在开挖坑道周边及衬砌缝隙中压注水泥浆从而起到封闭水源、防止隧道及地面下沉的作用。目前，我国城市地铁建设已经摒弃传统的明挖施工，均采用盾构法进行施工，常用的盾构机主要包括泥浆式、土压平衡式、敞开式、压缩空气式等四种类型担土压平衡式盾构机可以用于松软土层至砂砾层等各类土质的施工，在工程中的应用也最为广泛。
2.地铁隧道盾构施工是城市地下施工的主要手段,盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状钢筒结构的掩护下完成挖掘、出土、隧道支护等工作的。我国城市地铁隧道建设盾构法施工最早是在1996年开建的广州地铁l号线，其后在全国大中城市地下工程中广泛采用,并取得了可喜的应用效果。地铁隧道采用盾构法施工可以最大限度地减少工程施工对城市正常功能和周围环境的影响，而且采用盾构机进行掘进施工不仅大大降低了明挖法施工的工程量和工人的劳动强度,还显著提高了掘进速度和施工的精度及安全性使得地铁建设的工期得到有效保障。但盾构法施工也存在一次性投资大、机器复杂而且尺寸和重量大、装运繁琐、维修费用高等缺点。
二、关于地铁盾构隧道施工技术
1.盾构平移施工技术。在盾构掘进完某区间隧道后到达接收井，往往需要将盾构平移调出、转场进行下一个区间的掘进或者是将盾构平移、通过地铁车站、进入下一掘进区间。现以洪浪一兴东区间盾构下落平移工程为例对盾构平移进行阐述。盾构在洪浪站出站后，由于洪浪站左线盾构井正上方交通疏解的军用贝雷梁影响，盾构不能从左线盾构井吊出，只能在车站底板上平移至右线盾构井再吊出。盾构下落平移施工技术措施如下：
（1）盾构接收及下落平移准备。首先对盾构到达时的实际隧道中线及实际洞门中线进行测量，得出盾构姿态与设计隧道中线及设计洞门位置的偏差值；然后结合实测车站底板高程，计算出钢板及接收托架的安装高程。
（2）盾构下落。盾构主体到达托架预定位置后，先分离主机与台车，然后用4根钢丝绳将盾构与托架牢固固定，防止盾构下落和平移时在托架上移动甚至侧翻。盾构下落采用4台200t液压千斤顶，计划将接收托架下纵向和横向30cm×20cmH型钢全部抽掉，然后铺上平移钢轨，将盾构下落40cm ，这样就能满足盾构横移要求。液压千斤顶高度为700mm，行程为350mm，需进行2次顶升才能将接收托架与盾构下落到位。
2.盾构隧道沿线障碍桩冲桩破除施工技术。在施工过程，主要对泥浆、孔位偏差、出筋率及遗留钢筋检测4个工序进行了严格控制。
（1）泥浆。泥浆在冲桩过程中主要有3个方面的作用：第一保持孔内泥浆与孔周围的水、土压力的平衡；第二泥浆护壁作用；第三携带渣土。冲击钻成孔泥浆的液位控制主要在前期，钻孔泥浆采用优质黏土在泥浆池内制备，通过在孔内注入清水和黄土，保持泥浆液位在护筒顶以下20cm。由于隧道上方主要为粉质黏土，可以采用黄土孔内造浆来保证泥浆的黏度。隧道}同身范围为中砂层，在施工过程中出现了泥浆黏度降低的现象，应及时在孔内加入膨润土来保证泥浆的黏度，体积质量也保持在1.3左右，防止在冲桩过程中出现孔壁坍塌。
（2）孔位偏差。利用全站仪用三点共圆的方法测量并计算出桩中心的坐标，同时线坠将点引至地面，埋设护桩保护。待孔口回填后，利用全站仪将护筒中心放出，并用护桩核对，减少施工误差。在冲击过程中，利用护桩和全站仪2种方法对孔偏差进行检查，每冲击1-2m都要对十字锥进行对中，出现偏差时及时校正。
（3）出筋率。在冲桩的过程中承台桩的钢筋变化过程：砸弯一凿断一变短一铁屑，实际冲桩过程中4-5m才能用磁铁吸收到钢筋，前期的出筋率不高，但后期较为稳定。经过十字锥反复冲击，承台桩的主筋、箍筋和加强筋被凿成了20cm左右的钢筋条。
（4）遗留钢筋检测。为了防止在冲桩过程中有钢筋被嵌入孔壁，造成钢筋不能被全部打捞出来，需采用相应措施对遗留的长钢筋进行检测，确保盾构顺利通过。在施工前，拟采用地质雷达、水下可视金属探测仪2种方式，但经过查阅相关资料及咨询相关专家发现地质雷达探测深度最大只有6m，不能达到探测深度；水下可视金属探测仪不能探测土体内的金属；由于强力电磁铁在水下效果不能肯定且设备购买周期长，使用强力磁铁的办法不可行；最终采用捞钩对孔壁周围的钢筋进行检测。通过在孔四周反复排查，没有发现钢筋。
三、关于实例分析
1.工程概况。某地铁通过填海片区淤泥层，结构松软，承载力低，含水量高，容易产生触变、流变。盾构主要在淤泥层下黏性土层中通过，。盾构掘进时会对地层产生较大扰动，引起地基变形和失稳；刀盘中心区域容易结泥饼，降低掘进速度，增大切削扭矩；同时造成土仓内温度升高，影响主轴承密封的寿命，严重时会造成主轴承密封老化破坏。螺旋输送机由于排土不畅而无法形成土塞，排土口易产生喷涌，且上层淤泥土流变性强，易下陷，可能会造成开挖面失稳，引发地层坍塌。
2.盾构掘进技术措施。在盾构掘进过程中，刀盘结泥饼及刀箱被糊容易造成刀具偏磨；盾构推力大、速度低、扭矩变化不灵敏；渣土呈块状，基本不具有流动性，渣土温度偏高，严重时出现出渣口冒白气甚至阻塞螺旋机等症状。为解决这些问题，施工时应该按照如下措施进行操作。
（1）在浅埋隧道施工、刀盘开口率小于40%并且地层标贯值大于2O的情况下，即地层相对自稳时，设定的出土压力不宜超过主动土压力，并且最好控制在0．1 MPa以下，即宜采用欠土压平衡模式掘进。
（2）在保证地面安全的情况下，掘进过程中可以适当降低土仓压力。若地层稳定性较差，但隔气性较好时，宜采用辅助气压作业，掘进也宜采用欠土压平衡模式。
（3）应特别注重渣良并及时关注渣土温度变化情况，避免掘进过程中不出渣，向土仓挤土，保证足够的加水量及添加剂注入量。
（4）长时间掘进或是发现有糊刀盘或结泥饼的征兆时应停机加水并向刀盘前方注入分散剂空转刀盘，采用冷却措施，避免土仓高温高热。
3.形成泥饼的原因及防止措施。探究泥饼的成因，应该从地质、盾构选型及施工3个方面着手，其中地质是客观自然因素，是形成泥饼的基础。预防结泥饼的相应对策如下：
（1）认真研究地质资料，施工全过程现场跟踪地质条件的变化，并根据地质条件调整施工措施。
（2）当隧道洞身为黏土层、黏土质砂土层、泥岩、泥质粉砂岩、残积花岗岩、全风化花岗岩等软岩类(单轴抗压强度
地铁隧道施工过程中若遇到硬岩、孤石群或长距离上软下硬地段时，盾构机开挖贯通时间将大大延长，刀具磨损更加严重尤其是软硬不均地层刀具极易出现非正常磨损，使推进更加困难。采用矿山法开挖+锚喷初支+管片衬砌的复合施工方法，一方面缩短了工期，使盾构机能快速通过不良地质部分，降低工程成本；另一方面对不良地质开挖工作量的减少直接降低了刀具磨损程度，避免不良地质区掘进过程中频繁开仓换刀，有效降低了施工风险，确保工程安全顺利进行。
参考文献：
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