地铁施工中盾构法的施工技术要点分析.pdf

中国厨卫地铁施工中盾构法的施工技术要点分析李志强（中铁华铁工程设计集团有限公司，北京）摘 要 盾构法施工技术是地铁施工的主要模块 由于地铁施工难度较大 需考虑因素多 因此需要加强关注盾构法施工技术要点 基于此 文章分析了盾构法的施工技术要点 确保每一道工序都能够有序地向前推进 对提高隧道的施工效率和施工质量具有重要的现实意义 关键词 地铁施工 盾构法 施工技术中图分类号 作者简介：李志强（），研究方向为地铁施工。引言盾构法在地铁施工中的总体使用范围较为广泛，其既有利于提高技术水平，又可以引入先进的设备手段。然而，受传统施工理念和模式的影响，盾构法应用技术在地铁施工中受到了极大的制约，导致其发展严重停滞，难以高效推进整体施工进度。因此，要结合实际需求，不断完善和优化盾构法应用技术，最大限度地发挥其应用作用，确保地铁施工的质量。概述在地铁工程规划与施工中，盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。目前，我国城市化进程加快，城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重。特别在市中心，若在隧道埋深较大，地质又复杂，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工在城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道中具有明显优点。此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。技术要点 减少管片上浮水泥浆的选用应保证水泥浆的充填性，将水泥浆的初凝时间与早凝强度等因素有机地结合起来，才能保证保护管道各部位与周边岩体的相互作用，从而构成一个稳固的整体。在施工过程中，根据工程地质条件、水文条件、开挖沟深等因素，动态调节注浆比例，保证了管片的稳定性。解决盾构尾部的泄漏采用可靠的润滑剂及润滑剂泵，对盾构尾端的刷子进行了有效的保护。监测盾构机后端注入的润滑油，保证注入的润滑油量适当、高效。根据实际作业情况，实施盾构尾端注油的纠偏工作。在此基础上，对注塑量、注塑压力、盾尾间距等关键参数进行有效的控制。预防建筑物和地下管线的风险首先，在工程开工前，对工程的使用年限、基础形状、盾构法下穿越工程的情况等进行详尽的调查。其次，要加强对相邻建筑及地下管道的观察与测量，并在此基础上设立控制点。再次，在建筑及地下管道进场之前，一定要对盾构机具进行彻底的检修，保证其在连续穿越及隧洞施工中的效果。最后，对管道进行严格的控制与定位，以降低偏差纠偏，定位精度为，防止超挖和土层干扰。中国厨卫 城市规划与管理 年 期 盾构出洞盾构机组装和调试完成后，要做好出洞工作，按照预定的路线进行操作，防止负环管片发生偏移和出现其他质量问题。盾构施工的前期工作主要包括以下方面：根据已有的施工数据，建立上下两个空间的测控网络；在盾构隧道出洞部位，采用了化学灌浆和设置挡墙等方法对地层进行了加固；安装好支撑点等附属设备；待盾构机安装调试完成后，对洞口进行开挖。此外，当所有的准备工作都做好后，施工人员就会操作盾构机进入工作面，在规定的时间进行压力开挖。为了保证基坑开挖面的原始稳定，应尽量避免由于开挖面的长期暴露而引起的隐患问题。盾构出洞后，先对洞口周边进行注浆封闭，再在负环上安装连接条，然后再将其拆下。盾构掘进首先，选取具有代表性的隧道段，按照施工工艺要求，进行盾构法在隧道内的隧道开挖实验，并观测隧道开挖的全过程。将试验段施工成果的质量与设计要求进行比较，并根据分析结果，对盾构掘进方案进行优化调整，同时精确地计算出刀盘旋转速度、掘进姿态、掘进速度等技术参数的最佳值。其次，进入初期开挖阶段，采用土压平衡的工艺，由施工人员组装、调试和安装负环的盾构。将盾构机开至掘进环孔位置，使掘进器与掘进孔之间的间距为 ，并在掘进孔时，将掘进孔内的水泥均匀涂抹在掘进孔内。接着，控制盾构机头均匀地插入土壤中，转动刀盘对土壤进行切割；当土槽中填满了土壤后，就可以维持盾构机土槽中的压力水平，达到一种平衡状态，持续向下推进。当它全部钻入到地层中时，再用橡皮片等材料对外环及周围的土层进行充填、封堵，从而实现初步的施工。同时，在前期施工过程中，对隧道开挖过程中的地表沉降量及水压进行连续监测，并依据监测数据对施工参数进行修正，使隧道内土槽压力与地表沉降量变化相匹配。最后，在盾构推进的过程中需要注意的是：由于地质条件等因素的影响，该过程会产生偏差量，严重时会破坏盾构开挖面的稳定状态，存在着施工风险隐患。衬砌拼装在衬砌拼装环节，结合工程实际，根据地铁隧道结构受力要求，选择采用错缝拼装工艺或通缝拼装工艺。其中，错缝拼装是将相邻圆环纵缝间的间距控制在管片长度的二分之一以内，具有更好的衬砌整体性。但当环面平整度不高时，容易产生过大的施工应力。通缝拼装可使管片在拼装过程中始终对准，具有工艺简单、定位精确、施工应力小等优点。但在施工过程中，当环面平整度较差时，会产生拼装误差累积的问题。明确衬砌结构的装配次序，可以采用先纵向后环和先环后纵向的次序。先纵后环是指将管片逐个分段地进行安装，并对相邻的环管进行接合处理，然后封盖成环。在衬砌拼装过程中，千斤顶活塞杆机构维持周期性的收缩，从而防止了盾构的后退，这也是目前地铁施工中应用最广泛的衬砌施工工艺。先环后纵，就是将所有的管片都组装成一个圆环，然后用盾构机将圆环的长度固定在一起，在组装的过程中，千斤顶的活塞杆必须完全收回，否则就会导致盾构的倒退。衬砌压注在盾构法施工的技术体系中，衬砌压注工艺可以通过填充隧道衬砌结构和盾尾之间的间隙，达到预防地表沉降，增强衬砌结构防水性能，改善结构应力状态的效果。衬砌压注法可分为一级压注法和二级压注法。其中，在采用一次压注法的同时，持续观察盾构施工过程，当施工过程中出现衬砌结构及盾尾部分出现空洞时，从预留孔向内高压注入灰浆，并在两个灌浆孔的对称性进行加压灌注，从而填补了空洞，防止单一灌浆压力过大问题的发生。当压注效果未达到要求时，则应暂停施工，待问题解决后，再操作盾构继续施工。完成一环盾构掘进作业后，需要应用二次压注技术。施工人员操纵风动压注机自预留孔，向衬砌结构后方空隙部位持续压入豆粒砂；然后，在多环法施工结束后，将适量的水泥浆灌注到砂缝中，再将水泥浆填满。地面沉降的控制通过合理的控制，可以最大限度地降低盾构机对周边土层的冲击，防止地层沉降。此外，地面沉降的发生还跟注浆的速度、浆液比例和注浆量都有一定的关系，所以要对注浆进行合理的控制。在地铁隧道施工过程中，地面沉降现象的出现有很多原因。因此，施工前一定要对施工区域的土层类型、覆土厚度、地下水文等进行现场勘察，获取精确的资料，并对其进行科学的分析与设计，这样才能防止地面沉降现象的发生。常见问题及应对方法 土壤沉降土壤沉降主要是随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑空隙，处置不及时就会引起地面下陷。土壤沉降不仅会增加安全隐患，还会阻碍地铁盾构施工进程。地铁盾构施工中可能引起土壤沉降的主要因素是盾构机对地表造成的压力。由于盾构机械设备的质量和体积很大，在盾构机作业过程中，其产生的动力给地表造成很大的压力振动，容易产生地表下沉的现象，尤其是地下土质松软，或者土层中的含水量较大，沉降现象就会更加明显。地层损失在盾构法施工过程中，由于盾构的推进，土体极易发生位移。这一现象与盾构前的地表位移，盾构通过时的地表位移，以及盾构离开后的土体固结等因素密切相关。在盾构之前，地面上发生移动的可能性很低，而在盾构离开之后，土壤的固结度就不能马上得到确认。所以，土体损耗主要是由盾构通过时的地面位移引起的。针对这一问题，要加强地面控制，防城市规划与管理中国厨卫 中国厨卫止超限位移的措施。为了减少地层损耗，必须选择具有较强专业和较有经验的工人来进行盾构施工，以减小其对地面的冲击。同时，应用网络化实现对盾构穿越后的地层位移进行监测，并对其进行管控，确保地面位移在一个合理的范围内，防止超限变形，既能减少地层损耗，又能避免地铁施工中的隐患，保障施工人员的生命健康。开挖面失稳在地铁盾构施工中，由于开挖时遇到流沙或管涌，造成盾构机发生突然下沉等情况，从而导致了盾构机的不稳定。若前方的岩层中有突发性的孔隙，则会引起盾构机支护轴线偏离、隧道坍塌等，也会引起掘进面的不稳定。此外，在盾构掘进时，如果遇到过浅的覆土层，也会引起冒顶事故。在盾构推进过程中，如果出现突发性的水流，就会造成盾构前缘大面积坍塌，这是盾构施工中经常遇到的问题。对此，应加强管控盾构机的推进速度，保证排土量、开挖量之间平衡，有效控制压力舱压力，预防出现开挖面失稳问题。同时，应注重盾构挖掘渣土的塑性流动性，有助于渣土充填压力舱，提高渣土的止水性，达到稳定开挖面的目的。在盾构机开挖过程中，若发现超浅覆土段冒顶或冒浆，则应立刻开启气压平衡系统。地铁盾构进出洞问题在地铁盾构施工中，由于盾构机壳、管片等对所开挖的隧道有薄弱的支撑作用，并对其本身的受力结构产生了影响，因此在进、出口过程中，隧道极易出现塌方。盾构隧道进、出隧道的施工过程中经常出现的问题是：隧道入口处的土丢失或塌方；盾构机底座变形；护盾后靠支承发生了变形或错位；在挖开钢筋水泥的闸门时，出现了土体的涌出；出洞断面的轴心偏离了设计等。这些问题对隧道进、出口的施工产生了较大的影响，增加了工程风险的发生概率。因此，应采取以下措施。（）应结合工程实践，实施科学的加强措施。（）在到达加强区域前，必须对盾构机具进行严格的作业，并在掘进表面上适当地浇注膨润土浆。（）盾构机宜慢速前进，刀片也要慢速旋转，以免在到达接受井口时，导致刀片被旋喷桩、搅拌桩等堵塞，从而影响到盾构机的进度。（）起始平台要承担盾构机的自重，以及盾构机的推动摩擦。由于盾构机的重量超过 ，因此起始平台要有很高的硬度，才能为盾构机的推动提供坚实的支撑。（）对工作井进行强化时，要根据地质条件、水文条件和周边情况，采取相应的强化措施。强化后，必须确保土壤的抗压承载力达到 左右。强化后的土壤必须具有较好的密封性和均匀性，防止出现泥沙，有利于盾构施工人员的顺利出入。结语盾构掘进技术具有较高的工作效率和较高的施工质量，比常规的采掘方法有较大的优越性。在城市地铁建设中，盾构法是一项非常重要的技术。尽管盾构法施工技术在地铁隧道建设中得到了广泛的应用，但它本身也有一些缺点，例如使用盾构法施工后，就不能再进行返工，并且对施工工艺的要求比较高；在施工中，存在着井筒错位、井筒断裂等现象。因此，在使用盾构法施工的地铁隧道中，必须全程控制其施工过程中的质量。参考文献 王旭地铁区间隧道盾构法掘进施工技术设计与应用研究工程技术研究，（）：邓友涛泥浆处理技术在地铁盾构施工中的应用工程与建设，（）：，李文治监控量测技术在地铁盾构平移通道施工中的应用建筑技术开发，（）：胡方剑城市轨道交通工程施工新技术探究城市住宅，（）：张林星地铁区间隧道盾构法施工过程测量技术工程机械与维修，（）：章邦超上软下硬地层区段新建地铁线路盾构法下穿既有地铁运营线路关键施工技术城市轨道交通研究，（）：中国厨卫 城市规划与管理