浅谈城市轨道交通隧道盾构施工关键技术

浅谈城市轨道交通隧道盾构施工关键技术

梅亚荣

广东重工建设监理有限公司广东省广州市510700

摘要：随着经济的不断发展，城市轨道交通对社会发展起到重要的作用，在城市轨道交通建设过程中如何选择合理的施工技术显得十分重要，当前盾构施工技术正在逐步发展成为城市轨道交通建设的施工技术，尽管盾构技术在城市轨道交通上应用难度较大其造价也较高，但是盾构技术对环境和地面影响小且进度快其安全性也要高出其他技术很多，盾构技术的机械化程度较大且劳动强度低，在城市轨道交通的应用上存在其自身价值。

关键词：城市轨道；盾构施工；关键技术

1、盾构类型分析

盾构施工的关键是盾构性能是否适应全过程施工所需，因此盾构类型的选择至关重要，是确保工程顺利进展的保证。盾构类型命名主要是以盾构正面机制形式而定的。笔者认为盾构正面机械施工必须解决三项技术：①支护，用什么技术支护地层以及盾构正面土体，保证土体不流失（正负流失）、不坍塌；②挖土，隧道施工是挖去地层土体形成空间，在这个空间内建造隧道，所以在盾构正面有限的工作面内用什么技术挖土；③排土，挖下的土体用什么方法、技术，把切削下来的土放进入刀盘后面的土舱，然后运至地面。这里排土是指土能否畅通进入土舱内运至土箱或直接运至地面，使正面能连续开挖、推进，形成隧道的建造空间。要做到这三项技术措施符合工程所需，先要把工程施工盾构断面土体的性能、特征研究透彻，要了解土体对盾构推进施工有什么影响，施工时对土体将产生哪些影响。

2、盾构的灵敏度分析

盾构的灵敏度指盾构直径D与长度L之比。笔者通过长期从事盾构施工对其有了一个新的认识。盾构在地层中四周及正面被土包裹着，仅有的空间在管片和盾尾之间，所以盾构头部基本无活动余地，而盾尾有一定的活动余量，实际施工时盾构姿态调整仅动盾尾。如在某地区盾构施工中，其土层虽为黏土，但处于半固体状态，切口切入土内根本无法活动，推进时盾构就是顺势而进，盾构纵坡变化是盾尾活动导致的，在软土可塑土层中盾构切口是靠切口对地层挤压使土体塑涌而控制切口位置的，所以可以人为盾构的D/L值对盾构操作轴线控制无多大的意义，而盾尾覆盖管片的长度倒是限制了盾构的自由度，这实际上是盾构灵敏度的反映（如图1所示）。

图1管片与盾构相对应位置含义示意图

从图1中可知当A、B两点处，管片与盾壳刚好相碰时所引成两轴线夹角a最大，就是盾构推进轴线的最大纠偏量，而这a角随l的增长而扩大，a角越小的盾构其盾构与隧道两轴线间可调节余地越小，盾构自由度亦越小，I长度在盾构设计时要谨慎考虑，以使设计后的a角调节余量能达到施工所需。

3、管片拼装环缝衬垫作用剖析

前、后两环管片面的接缝处在盾构推进时承受极大的压力，在这接缝之间安放橡胶软木衬垫能使整个环面均匀受压，改善两环管片间施工应力的作用条件，不使管片硬碰硬而破碎。管片拼装有通缝和错缝两种方法，采用环缝衬垫在两种拼装方法中起到不同的效果，在这里先叙述一下两种拼装方法各自的特点。

3.1通缝拼装

通缝拼装使圆环易变形，且相邻圆环能产生同样变形，隧道的整体刚度差，易产生纵向变形，拼装环缝压密量各块间由于顶力差异而不一样，会产生误差的累计，造成环面不平整，相邻的两块管片纵向有前后位差，所以环向螺栓比较难穿。

3.2错缝拼装

错缝拼装的每块管片相互牵制固定，圆环不易变形，圆度好，隧道整体刚度亦大，但环缝压缩量不能产生误差累计，而是由管片内应力克服，为此施工应力大，骑缝管片在骑缝处易产生管片纵向裂缝。橡胶软木衬垫在外力作用下产生压缩变形，盾构推进施工由于盾构姿态控制需要稳定圆环，各块管片受到不同的顶力，则环缝压密量各块不一，如纠偏同向多环则环缝累计压密量相差较大，使环面不平整，需做楔子纠平。错缝拼装就是利用衬垫产生不同的压密量，调节管片制作宽度误差，减小施工应力，避免管片纵向开裂。

4、盾构进洞时对洞口管片纵向拉紧的措施

盾构进洞后切口正面失去土压力，盾构向前推进顶力大幅度下降，特别是在上部位的千斤顶，基本上对管片没有多大轴向顶力。为了防止管片随盾构向前移动，管片环缝纵向拉开，在施工时采用进洞口数十环管片的上部纵向用钢筋拉住的措施。这个方法在以往的施工中的确是起到了一定的效果，但也给施工增加了不少的工作量，进洞后还必须拆除。盾构进洞后正面失去土压力时盾构内管片所受外力见图2所示。

图2管片在盾壳内的受力情况

5、构进洞时洞口密封技术的探讨

盾构法施工出洞与进洞是建造一段隧道区间的始与末，现有的施工技术洞圈密封橡胶圈加上单向铰链板是较成熟的出洞洞口密封技术，但进洞时的洞口密封还没有较理想的技术，这一问题一直困扰着施工技术人员和施工单位，正由于进洞洞口密封未得到解决，进洞施工存有较大的危险性。由于盾构进洞时运动方向与洞口相对活动位置的关系，使一般的密封装置随盾构运动遭到破坏，建立不起一道密封圈，起不了密封作用。如果用气囊作为进洞的密封装置，会得到不一样的效果。

6、盾构压浆技术

一般来说，盾构注浆主要包括二次注浆与同步注浆2种类型。常用的注浆材料包括微水玻璃、水泥煤灰或水泥砂浆。在隧道外壁中注浆时，其厚度不得大于0.2cm，若盾构的直径大于6.2m时，要采用同步注浆的方式。对于不同的土层，其所选用的注浆材料与注浆量各不相同，通常应按照地质条件进行选择，这样可以有效地降低注浆成本。管片拼装技术的主要步骤包括预制、试拼装以及运输管片。对于不同的地域，由于地质条件不尽相同，加固地基时应根据不同的地质条件选择适宜的加固方式，如搅拌桩加固、旋喷桩加固和注浆等。在盾构推进的过程中，压浆的目的主要是对施工中存在的裂缝进行填充。为了避免地层土体由于回填填充空隙导致沉降现象，要及时进行压浆，以对裂缝进行填充，并使压浆的出口压力大于隧道断面的地层压力，以保证最终的施工效果。

7、施工中应该采用安全措施

7.1施工中的注意事项

由于城市轨道交通隧道施工的过程中，安全隐患较多，因此风险也较大，所以在施工开始之前就要对其安全隐患进行预估并提出相应的解决方案，相关的工作人员在施工过程中要掌控其各个施工环节，确保轨道交通隧道盾构施工的顺利推进直至安全完成。除此之外，在施工开始之前，工作人员应当将施工的流程以及需要注意的安全事项分发给在场的所有工作人员，并组织工作人员落实其安全注意事项。同时，全体施工人员要在施工开始之间，对施工现场以及周边场地进行勘察包括安全事项的控制点、作业程序以及应急材料的场地进行确定，特别是安全事故频繁发生的地方进行重点监控和控制风险的发生。最后，要确保每个施工人员能够落实安全注意事项以及明确自身的职责和工作重点，以确保有备无患。

7.2安全措施的必要性

城市轨道交通隧道盾构施工不仅仅是一项重大的工程，而且还关系到我国的经济发展进而影响到我国有关城市建设交通发展，所以，相关的工作人员要格外重视此类型工程的施工并保证最终的施工质量可以满足如今人们对新型交通的要求。在确定施工日期之后，相关人员要严格按照工程的要求标准以及安全注意事项来开展工作，万不可马虎行事。

结语

盾构法隧道施工技术在国内得到了充分的应用、发展，在各项关键工序上得以持续改进，并已日益成熟，如此必将有利于我国盾构法隧道施工技术的整体提升。

参考文献

[1]高超.城市轨道交通隧道盾构施工主要技术分析[J].低碳世界，2017.

[2]向昌平.盾构法施工技术在地铁建设运用中的技术问题分析[J].中国高新技术企业，2018.