地铁隧道盾构法施工技术

地铁隧道盾构法施工技术

舒翔

广东省广州市粤水电轨道交通建设有限公司 510610

摘要：在城市地铁建设中，盾构法是一项综合性能较好的施工技术，对于保证施工安全、进度及质量起着非常重要的作用，所以，在实践中，有关人员要把握好施工技术，严格把握质量，保证地铁建设的安全、高效。

关键词：地铁；盾构法；施工技术；

引言

如今，在全球范围内，地铁已是比较成熟的交通工具。在城市道路上，地铁是一种很好的分流方式，由于地铁工程建设的复杂性，需要对其进行合理的施工方式选择，当前，我国城市轨道交通建设中普遍采用盾构法施工，但也面临着诸多问题。因此，本文对盾构法在地铁隧道施工中的应用进行了研究。

1.地铁盾构法施工分析

盾构机是一种带有防护罩的掘进设备，其工作原理就是在盾构机背上设置一条衬砌，以衬砌为支撑点，将整条衬砌向前方，再用滚筒对岩土进行切削，将切削下来的岩土碎屑清理干净，再将衬砌进行拼装。盾构法就是利用盾构机支护已建好的隧道，以防止地下水侵入和土体崩塌，开挖隧道土体后，再进行管道分段安装，最后注浆。在地铁隧道建设中，采用盾构法施工，主要是为了保证地下工程的顺利进行。

首先，必须对地铁的整体计划与设计有一个详尽的了解。在地铁隧道某段一端，采用明挖法施工，其次，在深基坑中进行掘进，在安装完毕后，把一部份的土挖到挖洞表面。其宽度与所生产的衬砌相同，接着，通过对盾构反力架等设备的安装，构成外部支撑，借助盾构壳体的支撑，利用千斤顶将切割环向前插入到土层中，完成组合式衬砌及挖掘工作；最后，利用衬砌环的顶力作用，将盾构推进到施工现场，克服地表的阻力，实现了盾构施工的顺利进行。

2.地铁施工盾构法施工流程

2.1盾构始发工作井施工与洞门加固

2.1.1盾构始发工作井施工

竖井是指在土层中开凿出来的直通地表的竖直通道。首先，需要有一条垂直通道，将盾构设备抬升至施工现场，通道的宽度要比盾构直径大1.6-2.0米，才能保证施工人员的安全。竖井的防护墙可以是钢筋喷射混凝土护壁或钢板护壁。在工程建设和运输中，吊装设备通常是由货物起重机和龙门式起重机组成。

2.1.2洞门加固

盾构始发井（到达井）附近的岩层是饱和含水层或渗透率高、自稳定性能较差，需要对其进行加固，加固后，土体强度增加，渗透性减小，加固区域通常为隧道顶板与顶板之间距离3米的范围，一般采用注浆、旋喷、井点降水及冻结法等措施进行加固，对土体进行强化处理，可使土体具备一定的强度，并可自生、防水。

2.2盾构掘进

盾构机拆解后的零件可以分别吊起到坑洞中，还可以加装反应机构和盾构出入导引机构，当反应装置、进口导流板及进口止水板处理完毕后，才能起动，推动驱动气缸至反应机构，利用刀片与气缸的挖掘，推动气缸一程后收回，将一个暂时的支承垫片放在反应装置与推进气缸之间，然后向前推进，在进入隧道之后，就可以进行管道部分的装配，以及后面的设备的安装，当所有的盾构施工设备全部入洞后，就可以按照预先设定的方位安装、挖掘。

2.3衬砌

盾构隧道衬砌主要包括预制衬砌和格栅混凝土衬砌，衬砌类型分为单层衬砌和双层衬砌，衬砌部分通常采用箱形、中子形和扁平形，扁平管段是最常用的，通常有两种类型的预制管段分为块，一个由四个标准构件、两个相邻管段和一个带帽管段组成；另一种类型由三个标准部件、两个相邻的节段和一个带帽节段组成，环的宽度一般为1200-150mm，管段的强度需要满足设计要求，衬圈的安装形式分为交错接头和贯通接头两种，衬砌防水措施分为管片自防水和管片接缝防水，管段的自防水依赖于混凝土的抗渗性和管段生产的准确性来满足要求，管道接头防水主要包括螺栓孔防水、嵌缝防水和密封垫防水，管片衬砌可在盾构机开挖一节后进行，管片由运输车运输至安装位置，然后由衬砌台车运输至安装部位。管段安装一轮后，即可进行后续开挖。隧道工程是在这种连续的工作循环中建造的。

2.4注浆

盾构施工中的灌浆方法主要有三种：同步灌浆、及时灌浆和二次灌浆，用于同步灌浆的材料有单液型和双液型，单液型因其早期强度高，填充屏蔽尾部间隙的能力好而被广泛采用，在盾构掘进结束后，及时进行灌浆，并通过管段预留孔进行灌浆，二次灌浆在盾构后一定距离处，也从预留灌浆孔到衬砌，此方法主要应用于隧道上方有重要建筑物的部位，灌浆的主要目的是防止地层变形，尽快稳定管片环，并将千斤顶推力顺利传递到地层，从而降低作用在管段上的应力和管段引起的变形。同时，也能形成一层有效的防水材料。

2.5到达

在盾构机抵达和进入接收井前，必须从隧道入口采集泥土样品，以确保泥土的质量，重点是对土壤的加固、渗透等进行检测。在土体稳定、渗透性能良好的情况下，方可凿开孔洞，在掘进过程中，必须在距洞口10米左右的地方，方可凿开洞口的混凝土，在开挖过程中，盾构机刀盘露出地面，既能进行开挖，又能对掘进过程中的地层进行清理，又能为掘进提供接收架，接收架的高度要比掘进机稍低一些，这样掘进机就可以顺利地进入接收架，当盾构机抵达时，可对隧道入口进行水密封，并对隧道内的管片螺钉进行再次紧固。

2.6设置正确的盾构参数，以确保始发掘进的稳定性

在盾构法施工过程中，需要针对不同的施工条件，通过实测、计算来确定施工参数，并保证其合理、科学。盾构掘进技术参数的确定，直接关系到盾构施工的安全，所以，在施工过程中，确保盾构掘进技术参数是切实可行的，也是科学的，在此基础上，根据土层深度、土质等资料，采用水-土合成法，求得理论土压力，以此为基础建立参数参考，完成土仓压力微调和盾构参数的设定，盾构法掘进的各项参数关系到施工的顺利与安全，在掘进过程中，一定要引起足够的重视，以免由于掘进过程中出现的一些问题而影响了施工的进度与质量。

3.施工中具体问题预防及处理措施

3.1盾构法施工中避免管片上浮的措施

在管道施工过程中，经常会出现管段上浮现象，有关施工技术人员要对施工现场的地质情况进行详细的调查，同时对施工参数进行辅助引导，并严格按照实际的设计参数进行施工。在工程实施过程中，如果遇到一些问题，需要技术人员能够在最短的时间内进行分析、解决，因此，对施工人员的施工技术水平等都有较高的要求。

在盾构推进过程中，要采取诸如加快盾构推进速度、加大力度等施工控制措施，以提高千斤顶的使用效率，并要在具体的工程条件下，确定最优冲程差1000 kg，以免超限，充分保障推进器的出力，为区段操作创造有利的施工条件；在此基础上，通过对实际测量结果的综合分析，提出优化的盾构施工方案与参数，从而保证我国地铁建设的顺利进行，为我国地铁建设的顺利进行打下坚实的基础。

3.2盾构法施工中控制地面沉降的措施

目前，盾构法在地铁隧道施工中普遍使用。其基本工作原理为：充分利用前侧全断面切削刀，将前侧土体切削入切削刀盘后的封闭空间，同时，为了减小盾构施工对土体的冲击，避免地层沉降，应注意平衡，所以，在盾构法施工过程中，应根据实际情况，选用合适的盾构机具，对沉陷进行有效的控制。

注浆还会影响地表的沉陷，需要在盾构法施工时，对注浆速度、注浆配合比、注浆用量等进行严格的控制，以保证注浆质量，地表沉陷有内因和外因两个方面的原因，在地质条件方面，需要通过实地调查，从土壤条件、土壤覆盖层厚度、地下水变化等多个角度来对其进行判断，才能有效地掌握这些情况，预防地层变形。

3.3地铁施工渗漏的控制措施

在地铁施工过程中，渗漏问题难以避免，必须对渗漏部位进行及时封闭，首先，应着重对纵梁、横梁的施工接缝进行检查，同时对止水带的各项性能参数及规格进行核对，以避免由于空气中的气泡引起的渗漏；其次，在施工缝内埋设止水板，并对止水板的表面清洁及焊接质量进行经常性的检测，在施工之前，必须检测混凝土中的水分含量，以保证防水层表面的洁净，从而保证混凝土的防水性和防渗效果。

地铁盾构法施工具有较高的技术含量，因此，有必要对其进行深入的研究与实践，以促进盾构法的发展与进步，为地铁工程的建设打下坚实的基础。

3.4盾构法施工精度控制及纠偏

利用盾构机的ROBOTEC制导测量系统，可以在开挖过程中实现盾构机的定位、管片定位和管片安装顺序的计算。为确保自动导引系统的准确性，盾构机零位测量时安装了手动测量标记，并定期和不定期检查，以避免系统本身造成的施工误差，从而确保整个隧道的连续性，加强同步灌浆管理，合理的灌浆量和适当的灌浆压力，防止隧道下沉，如果线路的偏差是由于地质条件的突然变化或盾构机操作中的错误引起的，则必须进行纠正，在盾构机的校正过程中，必须采取以下注意事项：变换刀盘旋转方向时，要有合适的间隔，变换速度不要太快；在施工过程中，应根据施工现场的实际情况，适时地调整施工技术，以免产生过大的偏差；蛇形矫正时，要遵循长距离、慢矫正的原则，如果纠正太快，那么蛇形问题将会更显著，对于直线前进，在盾构机位置与某一距离处选取一条直线，并以此作为新的直线进行线形控制的参考，当曲线向前运动时，将屏蔽区现在点与远处点连在一起的直线，应该与设计曲线成切线。

3.5刀盘及土仓聚积泥饼的处理和预防

在粘性土层中，盾构施工过程中极易形成淤泥，淤泥会增大施工荷载，进而增大突水的危险性。为此，为避免这一现象给工程建设带来的不便，必须采取如下措施：在施工时，必须喷入合适的发泡剂，以改善土体的工作性能，避免土体的粘结；为增加搅拌量，增强搅拌力，将搅拌器装在刀盘、土仓隔间的后部，并将搅拌器装在土仓隔间的喷水孔中，以便于及时清洗刀盘、土仓隔间；提升惰性切削圆盘的旋转速度，使泥饼在离心力的影响下彻底脱离；当开挖面处于稳定状态时，就可进行人孔排泥作业，施工过程中，盾构机以匀速过江，避免因盾构机设备故障而停在河道下部，加强盾构机正面管理，采取注入防水剂等措施防止漏水，通过调整盾构隧道的速度和开挖量，并实施反灌浆，可以减少地基的沉降。

结束语

我国盾构法在已有技术的基础上，逐步完善，取得了较好的效果，这就对施工技术人员的素质提出了更高的要求，更需要他们在工作中不断地学习，不断地练习，熟练地掌握与之有关的施工技术，并把握好盾构施工质量监测的关键要素以及相应的应对措施，从而为未来盾构施工的质量与安全提供有力的保障。

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