地铁隧道盾构掘进施工关键技术.pdf

路桥建设 Road and Bridge Construction133汽车周刊 Auto Weekly 第 11 期地铁隧道盾构掘进施工关键技术刘译孺（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司 北京 101300）摘 要 盾构法是地铁隧道工程中十分常见的施工技术，在应用方面具有明显速度快、质量稳定、安全可靠等特点。当施工人员在使用盾构法过程中，通常会由外界因素增加施工难度，无法保证施工进度，导致施工质量受到很大影响，给后续施工增加许多工作压力。本文以某市地铁隧道工程为例，根据其地理特征、结构形式等特点，着重研究地铁隧道盾构掘进施工中的有关关键技术，结合实际制定盾构掘进施工质量控制措施，希望给同行人士提供理论依据。关键词 地铁隧道；盾构掘进；施工关键技术在地铁隧道工程施工过程中，经常有许多施工单位使用盾构法，目的是保障隧道工程施工质量稳定，达到预期的施工效果。由于盾构法是地铁隧道工程施工广泛应用的技术之一，在具体使用过程中要求施工人员掌握这项技术的使用要点和注意事项，使其发挥最大化作用，确保整个地铁隧道结构稳固。1、地铁隧道盾构掘进施工技术的基本原理和优势盾构法是地下隧道施工的重要技术，具有高效化和自动化特点，将盾构机在土层不断挖掘推进，借助盾构机外壳和管片确保周边围岩支撑稳固，避免在后续施工过程中出现隧道结构坍塌，给施工人员带来生命威胁。与此同时，在深度挖掘之前，采用切削装置对土体进行针对性区域挖掘，仍然需要运用出土机将开挖多余土方运出洞外，依靠千斤顶在后方借助压力不断实施，随后拼装预制混凝土管片，逐渐打磨形成地铁隧道结构，充分发挥这项技术的应用价值1。盾构法作为地铁隧道的新型施工技术之一，具有很多应用优势，比如在日常使用过程中很难对周边环境造成重大影响，同时在日常施工过程中考虑施工要求、施工条件，选择合适的施工工艺，保证地下水位稳定，再加上开挖导致地表沉降幅度不大，掘进速度极快，使隧道孔洞成形效果最佳，确保整体结构质量可靠。不仅如此，这项技术适应能力比较强，机械化和自动化水平高，尤其是在日常施工过程中提高支护衬砌质量，减少资金支出。在深入使用过程中，也能有效体现出人性化、噪音小特点，不会对穿越河道作业形成干扰，并且不会受到自然环境和天气等外界影响。如果在土层开挖中，施工单位面对土层极差、水位偏高且预埋深度较大的隧道，灵活运用盾构法，突出这项技术的优势，尽可能降低施工成本。现阶段，我国许多城市为了给人们提供现代化优质出行服务，彻底摆脱传统挖掘施工模式，统一采用盾构法开展各项施工作业。根据实际情况分析，施工单位在隧道开挖中主要借助盾构机，具体包含泥浆式、敞开式、压缩空气式、土压平衡式等类型。从使用角度来看，土压平衡式盾构机经常运用在松软土层或者是砂砾层，所以在这一工程项目中实现广泛应用也是必然。2、影响地铁隧道盾构掘进的重要因素2.1 地质水文地铁隧道盾构掘进属于地下作业，在日常施工过程中经常受到地层地理方面的影响，如果在切口环中遇到强度变化巨大的地层，软土地层的千斤顶没有在必要情况下做出合理调节，盾构便会随着土层变化逐渐沉陷在软土层；如果在施工过程中地下水储备过于丰富，也会导致土体松软，使盾构长期倾向软土层，或者是倒入地下水丰富一侧，无法保证地铁隧道工程施工质量，阻碍后期施工进度。2.2 线路设计要想保证线路设计符合规定要求，加大优化和完善至关重要。当地铁隧道工程遇到线路转弯半径缩小时，坡度的变化概率也会随之增加，给施工人员带来很大挑战，以至于盾构在施工过程中与预期效果相差甚远，参数不符合施工要求2。2.3 操作手盾构操作手直接关乎盾构作用。由于盾构操作手作为事先了解盾构姿势和走势的执行者，其操作水平和经验的高度必然与盾构姿势存在必然联系，也是发挥盾构作用的重要决定因素。基于此，要求盾构操作手应当长期保持注意力，时刻观察盾构走势，防止在正式使用过程中方向不精准，降低施工效率。2.4 土压土压环节主要结合覆盖土的厚度、土体内部结构摩擦角和容重因素决定，通常情况下，如果施工路桥建设 Road and Bridge Construction134 汽车周刊 Auto Weekly 第 11 期人员遇到土压力数值超出预期范围时，有利于土体对机头起到良好的反作用，使机头撑起或者是实现横移。2.5 始发盾构始发过程中，始发基座的水平、高程位置和稳固程度等都能够直接关乎盾构始发状态下的平常姿态，尤其是曲线始发过程控制显得尤为关键。2.6 推进速度盾构推进速度比较迅速时，其姿势不会容易受到很好控制，当工作人员对其姿势进行适当调整时，推进速度理应控制在 20mm/min 之内，在日常施工过程中突然停止运作时，一旦碰到软土层会瞬间放松，导致盾构方向偏离正常运行轨道，必然对盾构掘进姿态造成很大影响。2.7 管片当盾构在曲线上实施掘进时，一般采用楔形管片调节相邻管环之间的转角位置，同时也可以形成光滑曲线，在此期间尽可能使用与盾构掘进半径相符的部件，保障盾尾之间的缝隙测量准确，否则管片和盾尾相互阻碍各自运作，不断增加阻力，对盾构姿态控制带来极大不利。3、地铁隧道盾构掘进的施工关键技术 3.1 盾构的初始掘进阶段盾构的初始掘进是地铁隧道工程施工的关键部分，随着隧道的预埋深度、尺寸增大和附近施工环境的日益恶化，不利于盾构工程始发和初始掘进技术发挥作用，并且在此基础上提出的要求越发苛刻。一般情况下，在使用盾构法时，往往考虑施工现场的实际情况，制定多元化技术措施，保障地层开挖稳定牢靠，同时利用土墙和水泥加固土墙作为构筑物支撑点，避免工程项目在开挖过程中出现结构表面崩塌，给周边地质路段带来不同程度的优化改善，保证开挖面稳定之后才能继续施工3。要想保证施工进度不受影响，安全实施各项施工作业，工作人员在洞口初始掘进之后对初始掘阶段的开挖面不断加大压力，并且通过水泥浆封闭隧道洞口壁，这一举动的作用是为了让隧道洞口在短时间内维持稳定，减少实际施工影响。当工作人员对地铁隧道进行具体施工过程中，要想从根本减少盾构推进阻力，在开展作业之前在基座轨道中定期涂抹润滑剂，同时在摩擦入口和密封位置同样进行涂抹，最大化降低对洞口造成破坏。不仅如此，加强控制始发基座轨道的标高、间距和中心轴线，避免在正常使用过程中出现结构旋转，逐渐偏离运作方向。在这种情形下，可以通过实时监测有效调整盾构掘进数据，还能对调整盾构掘进姿势提供很大帮助。当盾构初始掘进阶段时，利用试验段掘进得到盾构掘进产生的各种数据信息，同时结合地层隆陷、地层位移规律进行大规模检测和控制，保障盾构参数准确无误，提高盾构运作效率。3.2 盾构正常推进阶段根据盾构始发和初始掘进阶段准确获取大量有关盾构掘进数据信息，依靠数据信息有利于盾构机正常运作，保障盾构处于正常掘进状态。要想让盾构机在使用过程中达到预期的掘进效果，首先要保障刀盘和刀具相互适应，渣土流动性和止水性，在此基础上依照线路不同地质条件选择对应的掘进模式，但通常情况下一般选用土压平衡模式、半敞开式和敞开式三种掘进模式。现阶段，盾构面对不同性质的土层时，应当在第一时间内了解盾构掘进的工作情况，广泛收集大量数据信息，保证盾构机尽快适应地层变化，满足实际施工各项要求。在确保土体结构安全稳固的基础上，大大提高掘进施工速度，保障地铁隧道工程的掘进质量。在深入施工作业之前，借助钻探设备对沿线地质情况和土层变化进行检测，目的是保证盾构机运行稳定，并且在遇到突发情况下及时调整掘进模式，让掘进机在各种地层状态下发挥掘进模式作用。此外，对螺旋输送机的排土速度、盾构机掘进姿态和地基变形情况等开展依次测试，结合对应结果调整实际情况，真正保证地铁隧道盾构掘进施工在规定时间内完成作业。在坡度段施工过程中，加强控制开挖土量、注浆材料的性能质量、隧道内排水情况等，同时在上坡期间不断加大盾构千斤顶阻力，有效稳固后方台车，防止延迟施工时间，浪费许多施工材料。3.3 盾构到达掘进阶段盾构机到达掘进是完成掘进的一种明显体现，在真正结束掘进后能够很快接触到端头竖并同时调整掘进状态，在选择许多保护地铁隧道土体过程中，制定明确稳定措施，按照预期设计路线将盾构机进行竖并的过程。一般情况下，盾构到达掘进施工位置之后，采用盾构机立即拆除挡土法墙，随后依照顺序依次推进。从具体来说，与盾构机到达现场之前进行对比，拆除挡土墙的方法有两种：第一种是工种数量不多、施工质量高的优点，这种情况主要适用于地层稳定的中小断面盾构工程，而且盾构机到达现场之前拆除挡土墙方法对地基强度优化具有重要意义，并对提升洞口防渗性能和避免地基坍塌创造条件。在具体工程施工环节中，要想保证盾构机在固定时间内准时到达端头竖井，则需要在距离端头一定距离内，使用自动导向和人工测量融合方式，考虑实际要求有效调整盾构机姿势和偏离方向，随后缓慢降低掘进速度，减少掘进阻力，在此过程中盾构阻碍的持续减少促使管片反力也会逐渐下降，以至于管片接缝位置容易出现严重的渗漏问题，这种情况引起工作人员的高度重视，安排维护人员在每环管片中安装四个固定板加以稳固，最大化处理渗漏问题。路桥建设 Road and Bridge Construction135汽车周刊 Auto Weekly 第 11 期4、地铁隧道施工盾构掘进的施工准备4.1 依照施工现场环境条件布置布置作业是为了保障管片吊运焊缝出土方便快捷，使管片堆场、集土坑、管片进场通道实现预期改善目的；在实施过程中，加强重视管片堆场大小和集土坑的设计是否合理；拌浆间、生活办公场所的安排是否妥当。这些工作统一是为了保证不同机械设备运行速度不受影响，最大化发挥其安全性和高效性。在正式开展施工作业之前，安排专业人员对隧道施工现场隐藏的各种风险和因素进行分析，具体围绕不同类型地下管线的种类、位置、预埋深度、管径等要素，对这些资料收集整理，按照顺序依次进行归纳管理。此外，测量部门认真做好复测工作，将整合测量信息在短时间内递交给上级部门，让他们依照出洞后管片偏移位置编制对应的出洞方案。4.2 盾构机施工前进行安装和调试盾构机作为地铁隧道顺利进行盾构掘进的重要工具，在施工中占据很大地位。要想发挥这一机械的作用，认真做好始发和到达端头的加固以及盾构机的调试工作。从具体来说，盾构机的调试主要围绕负载调试和空调调试两部分，对地面基础设施进行整体稳固，同时对混凝土硬化采取针对性处理，保障拼装现场能够承受盾构机实际荷载重量，目的是为了确保盾构机在洞内实现安全运作，依照工程指令进行位移。此外，盾构托架也要贴合实际要求，保证盾构机运作顺利进行。在安装盾构机始发基座过程中，依照出洞口的曲线条件，设计合适的轴线，将高度抬高至 2cm，强化稳固基座，有效发挥支撑作用。4.3 洞口临时密封装置盾构开展始发过程中，要想避免地下水或泥水从盾构壳体顺势流入洞内，降低盾构机工作面的土仓压力和开挖面土体稳定性，要求工作人员在盾构机始发作业之前，必然要在洞口位置安装性能安全可靠的密封装置，防止地下水或泥水进入洞内，影响盾构机的工作进度。5、地铁隧道盾构掘进技术的施工要点5.1 同步注浆当盾构开展日常施工作业时，同步注浆是这项工作的重要组成部分，其灌浆质量的高低与管片上浮、地面沉降有着必然联系。在进行同步注浆作业之前，认真对浆料采取严格的质量控制，确保其设计配比符合设计要求，避免影响后续施工进度。依照注浆管线监测、注浆压力、注浆流量、注浆速度等参数，与地面沉降参数相互融合，定期根据固定圈进行专业比对分析，并且对注浆参数进行适当调整，从而在保证现阶段稳定情形下，合理运用同步注浆技术，真正在具体使用中发挥重要作用。在注浆环节中遵循“选用上、下灌浆”的原则，对于容易上浮段使用上管线，有效减少注浆过程中出现上浮情况。此外，保证灌浆材料供应充足至关重要，避免因泥浆量供应不及时导致注浆作业暂停，对后续施工作业质量和效率带来极大影响。5.2 管片拼装当盾构完成一圈缠绕之后，才能按照顺序依次对管片进行组装。在正式安装作业开展之前，提前做好充分的防水作业，组织工作人员认真清理盾尾掺杂的各种杂质，确保各项机械设备运作安全稳定，随后对管片进行专业组装。当工程项目进行日常施工过程中，相关人员时常遇到管片磨损、接缝位置渗透严重等问题，所以在装置分配环节中，反复强调工作人员不得暴力组装，而是按照顺序和要求细心钻研，小心翼翼地完成组装工作。在使用千斤顶过程中，及时更正支脚姿势，避免管片在安装分配过程中发生质量问题。在区间隧道施工环节中，管片自防水的使用显得尤为关键，也是十分重要的一步，当工作人员进入隧道现场之后，立即对其进行全方位观察和检查，目的是保障其密封性能达标，防止在后续投入使用中出现各种问题。管片的安装顺序一般按照由下向上、由左向右的交叉方式实施安装，每个环节的接缝尺寸和环面整齐度也会由此决定，保障其能够顺势安插到封头内部管片中。6、总结综上所述，盾构法作为地铁隧道工程中十分常见的使用方法之一，在科研技术突飞猛进背景下，施工技术数量持续增加，其种类丰富多样，使地铁隧道工程的施工技术应用范围日益扩大，拥有诸多发展空间，引起相关企业和人员的高度重视，加快推动地铁隧道工程进步。这一技术的使用原理主要通过盾构机构开展深入挖掘，产生大量的出渣量，并且在实施过程中能够有效防范围岩出现失衡，保障整体结构可靠。盾构机的结构具有很多形式，是由外壳和钢筒组成，长期处于圆形分布状态。现如今，我国有许多地铁隧道施工周边的围岩发生大规模结构坍塌，如果及时采用盾构法能够迅速解决这一现象，从中发挥其重要作用。参考文献：1吴敏敏,刘先行.风化花岗岩地层中地铁盾构隧道施工关键技术J.铁道建筑,2022,62(03):132-135.2阮春利(NguyenXuanLoi).地铁隧道EPB盾构施工关键技术及其在工程中的应用D.中国地质大学,2021.3刘波.地铁隧道大断面矩形盾构设计与施工关键技术研究J.河南科技,2021,40(26):96-98.