基于地铁盾构穿越暗挖风道施工技术的分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于地铁盾构穿越暗挖风道施工技术的分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】随着我国城市的快速发展，城市交通问题日益突出，地铁的修筑对于提高城市交通便利有着重大意义。地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术，是进行地面下暗挖隧洞的一种施工方法。本文重点对地铁盾构穿越暗挖风道的施工技术与控制要点进行了简要分析，为地铁盾构穿越风道施工提供参考。

【关键词】地铁盾构；穿越；暗挖风道；施工技术

近年来，为缓解城市交通拥堵的状况，我国众多城市开始大规模地修建地铁。地铁隧道大多会穿越一座城市的中心区域，因此，施工场地越来越多地设在繁华的市中心地区。由于城市有密集的建筑物、街道、各种管道网，对施工安全、施工环境的要求较高，而盾构法因其独特的优势，成为城市地铁施工工程的最优选择，被广泛地运用于地铁各区间的隧道修筑。采用盾构法穿越暗挖风道进行施工，实现对城市地面无扰动、少扰动的地下作业。

1、地铁盾构穿越暗挖风道工程概述

地铁站的修筑工程主要包括对侧式站台、出入口、人行道、风道和集散厅的修建[1]。地铁风道又包括排风道、隧道通风道和车站新风道，一般集中设置于车站两端，以便安装、管理和维修。而在地铁修筑时，一般会先修筑好车站集散厅和暗挖风道，在盾构穿越风道之前对风道两侧一定范围内的地层，采用注浆的方式进行加固，以便盾构井能够安全开展工作。

以某地地铁穿越机场下的双层暗挖风道为例，分析运用盾构法穿越暗挖风道的施工技术。此机场所需修筑地铁隧道总长为4102m，盾构隧道的内径为5400m，外径为6000m，具体数据，如图1所示。

该次工程计划中，按照几个断面开挖导洞利用盾构施工，其暗挖风道与盾构隧道的位置关系，如图2所示[2]。

整个施工过程中，盾构机三次始发、三次到达，利用过站法依次穿越风道和风井，完成施工工作。

上述机场地铁盾构在工程实施过程中，除通常的盾构接收、二次始发、负环拆除等较难工序之外，还出现了新的问题，比如盾构机直径与风井大小要严密计算，这关系到盾构机的出洞姿态。若是大小并不契合，在风道内调整盾构并不现实。而在盾构穿越暗挖风道时，应当考虑风道环梁的变形状况和所受应力的大小，注意施工安全。另外，风道内拆除负环也有一定的危险性。

2、地铁盾构穿越暗挖风道对风道的影响分析

2.1风道变形分析

地铁盾构穿越暗挖风道的施工中，风道将会遭受重大的影响。在盾构穿越暗挖风道之前，空间位移总量一般会随着施工环数的增多而增大，其中，风道的最大变形一般发生在环梁的顶部，而非风道的顶部，即相较于风道顶部，土仓压力的增加对环梁的变形影响较大。

在地铁盾构穿越暗挖风道之前，风道的变形主要集中于左环梁及其附近，地铁盾构在施工过程中越靠近左环梁，风道变形的幅度也就越大；在地铁盾构穿越暗挖风道之后，风道左环梁附近的变形基本保持不变，而右环梁附近的变形开始逐渐增大；在地铁盾构穿越暗挖风道一定距离之后，整个风道的变形情况基本趋于稳定。

2.2受力分析

在地铁盾构推进暗挖风道时，风道所受的最大应力主要发生在环梁之上。风道左、右两边的环梁应力，在盾构穿越风道的过程中发生了急剧变化，其中，左环梁所受压力要比右环梁更大。因此，在工程实施规划的设计方案中，应加强对暗挖风道环梁部位的修筑工作，确保受力能力。在地铁盾构穿越暗挖风道的施工过程中，要注意对土仓压力的调整。

土压平衡盾构在穿越暗挖风道的过程中，会影响风道变形，而这种变形又主要集中在风道环梁上。其中，左、右环梁变形主要就是在地铁盾构穿越暗挖风道前、后完成的，所影响风道的最大应力其实也发生在环梁之上。实际上，在盾构穿越风道过程中，左、右环梁的应力都会发生急剧的变化。而土仓压力的增大，又能够对左环梁的变形和应力大小造成更为剧烈的影响，并且，这两个位置所受的影响均较风道其他位置大的。因此，从技术上分析，建议在工程实施设计中对暗挖风道的环梁部位进行加强处理，而在具体的施工过程中，建议适时调整土仓压力，确保风道安全。

3、地铁盾构穿越暗挖风道施工的技术控制重点

3.1盾构接受的重点分析

3.1.1明确贯通测量。地铁盾构穿越暗挖风道的施工过程中，在盾构到达盾构井之前，要注意进行贯通测量。贯通测量结束后，应根据测量结果选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，严格控制土压，以确保盾构机的掘进姿态和轴线偏差在可接受范围之内。

3.1.2控制掘进姿态。盾构过渡段掘进过程中，土仓压力和掘进速度应与正常段掘进保持一致，按常规控制进行管理。在此段施工中，重点在于调整盾构机的进出姿态，使盾构机掘进方向与原设计轴线方向尽量保持一致，控制在出洞前的一定距离内。另外，掘进时的还应注意轴线的水平偏差、高程偏差、盾构机中心线前后偏差等具体数据，确保正常施工。

3.1.3重视土体加固。盾构机进入土体加固区后，要控制好土仓顶部的压力，避免因土压过高导致洞口土体进入风道。将同步注浆改为使用速凝浆液的方式[3]。在进入土体加固区之前，还应注意观察洞口状况，及时将洞口破除预留的钢格栅切除。安排专人在推进时观测出洞口，始终与盾构机司机保持联系，以便及时调整盾构掘进参数。

3.1.4注意清理洞口。距离洞口三至四米时，开挖时的最小土压已不再具有参考价值，因此，只能在开挖过程中根据现场情况进行调整，确保压力最小。次阶段收尾应保持缓慢速度平稳掘进。在掘进过程中，尽管对洞口喷射了混凝土，但仍有可能崩塌，因此，还应密切注视洞口的情况。如果洞口土体出现销量的坍塌，则要适当加快掘进速度，使刀盘尽快进入混凝土洞门并进行处理。如果出现大面积塌方，则必须立即停机，采取紧急处理措施。

3.1.5重视出洞处理。为了更精确的指导施工，盾构机进入风道露出刀盘后，一般会停机对盾构机的中线进行测量定位，并处理洞口，弄清进入风道的土体，然后根据测量结果来安装盾构机的接受机座。安装完机座之后，将盾构机管片拼接好继续前进。在此过程中，刀盘经过洞口钢环之后，要停下施工进程并对盾构机和混凝土之间的空隙进行处理。然后继续推进，直至刀盘到达风道中间位置后对刀盘进行检修。要注意避免盾构机上方土体塌落，造成空洞，引起隧道土体下沉。

3.2地铁盾构穿越暗挖风道施工中的二次始发控制

二次始发初始掘进按照通常状态控制，注意在安装开口环钢支撑之前，不能使用千斤顶。盾构始发前也要再次确认洞口范围内的环境——是否有钢筋、钢板等遗留杂物。刀盘过土体加固区时，掘进土压以降低土压力值以便进行控制。可直接利用负环管片和风道一侧已成形的隧道为二次始发提供反作用力。接着便可进行负环拆除。

4、地铁盾构穿越暗挖风道施工中的过站技术分析

风道穿越主要有两大类，一为盾构先穿越风道结构，后施做；一为风道结构先施做，盾构后穿越。前者便于盾构施工，但盾构一经穿越，已经拼装成形的隧道将处于风道下部，此时风道开挖，则会逐步将混凝土管片破除，对施工造成巨大的安全威胁，风险极大，且无法利用风道对盾构进行检修；后者便于风道暗挖的施工工作，虽然盾构姿态较难控制，但施工风险仍处于可控制的范围之内，并且能够在风道内对盾构进行检修。上述例子中的机场地铁建筑就采用了过站法，这主要是很据当地土层特点，出于安全考虑而得出的结果。

盾构隧道和风道地板之间会存在一定程度上的高差，而盾构穿越暗挖风道时需将这个高差填平。这个过程的主要施工方法主要有三种，其优劣比较如表1所示。

由于盾构机自身重量已重达上百顿，因此，在选择合适的材料对高差进行填平的问题上，要根据实际情况慎重抉择。如，若用砂子回填，盾构机固然可以穿越风道，但穿越时将有可能不能利用螺旋输送机运土出洞，盾构机姿态容易改变，盾尾密封刷检修和刀盘检修的难度也相应增大，存在较大的施工风险；如以混凝土浇筑槽形基座，虽有利于盾构机检修，但对于填充盾构机的管片和混凝土基座之间的空隙而言，难度加大，容易造成管片碎裂，增加穿越过程中的风险。

5、地铁盾构穿越暗挖风道施工中的新技术

5.1盾构机井下调头技术

盾构机可利用盾构井实现调头。如在某市地铁1号线位于市中心，由于场地限制，无法建造地面盾构始发井，只能在隧道区间中部设一单线始发井。因此，便需要修筑另一条隧道辅助完成工程的实施。在盾构机入站之后，平移回转便能够掉头到另一隧道上实现站内始发：利用后配套设备台车在距离始发端位置100m处实现外调头，经过组装，再始发。期间通过人字形轨道进行道岔换向和水平运输，并利用原有的升降井进行垂直吊装作业，完成盾构调头。

5.2暗挖隧道内始发到达技术

在盾构法的实施过程中，并不一定需要通过暗挖风道的方式达到修筑地铁隧道的方式，利用某些既有的隧道也可以实现这一目标，并且节约施工时间与经费。例如，某市盾构区间与车站分界处有一段暗挖隧道，因此无法使用原有的始发托架进行接收和始发。在改进过程中，施工利用了预埋钢轨作为盾构托架的方式。在盾构接收后，组织拼装下部分管片以顶移进站。始发时，将盾构顶移至混凝土导台，并于盾尾处施做反力环，通过预埋钢筋与暗挖隧道的衬砌连接，足以提供1200t以上的反力结构，之后注浆填充管片与暗挖隧道之间的空隙，将反力环与管片连接嵌缝，反力环结构后期兼做洞门结构，做成完全能够为始发提供动力的改组隧道[4]。

综上所述，地铁盾构是城市地铁施工中一项重要的施工技术，是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法。在地铁盾构穿越暗挖风道时，应从盾构机的施工所需要求出发，考虑施工技术难点，认识到盾构机机体笨重，而施工空间狭小，穿越风道过程中盾构姿态难以掌握的客观事实，在确保施工安全、工程质量的前提下，选择成熟可靠、安全性高且易于操作的施工方法，尽量缩点施工时间，规避施工风险。