杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司

摘要：隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，交通壓力與日俱增，在此背景下，城市軌道迎來(lái)了良好的發(fā)展機(jī)遇。在地鐵施工中，盾構(gòu)法施工技術(shù)以其諸多優(yōu)勢(shì)獲得了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮出了相當(dāng)重要的作用。本文基于地鐵施工中盾構(gòu)法施工技術(shù)進(jìn)行相關(guān)探討，希望能夠促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的不斷完善，使其在地鐵施工中發(fā)揮出更大的作用。

關(guān)鍵詞：地鐵施工；盾構(gòu)法施工技術(shù)；應(yīng)用

盾構(gòu)法施工技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，不僅環(huán)境影響小，而且安全快速，同時(shí)還具有適用范圍廣的特點(diǎn)，因而在我國(guó)城市地鐵施工中得以廣泛應(yīng)用。

1.地鐵施工盾構(gòu)法概述

1.1盾構(gòu)法工作原理

盾構(gòu)法施工技術(shù)的工作原理是：借助盾構(gòu)機(jī)殼體強(qiáng)有力的支護(hù)功能，圍巖不在暴露，大幅度提高了施工的安全系數(shù)；盾構(gòu)機(jī)前端有刀盤(pán)開(kāi)挖系統(tǒng)，在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)邊開(kāi)挖邊前進(jìn)；盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部有管片拼裝系統(tǒng)，在掘進(jìn)過(guò)程中完成管片拼裝，隧道襯砌完成；另外，還可以通過(guò)盾構(gòu)機(jī)尾部系統(tǒng)進(jìn)行注漿施工，有效地保證了圍巖穩(wěn)定性。

1.2盾構(gòu)法施工特點(diǎn)

盾構(gòu)法施工技術(shù)屬于一種新興的、高效的現(xiàn)代施工方法，其施工特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）對(duì)地面建筑以及周邊環(huán)境影響小。施工過(guò)程中，噪聲和振動(dòng)及其負(fù)面影響得到了有效控制，不會(huì)妨礙地面交通[1]。2）盾構(gòu)法施工技術(shù)在管片制作時(shí)就表現(xiàn)出了良好的精度，即采用盾構(gòu)法施工能夠保證隧道精度符合設(shè)計(jì)和使用要求，一般不會(huì)造成浪費(fèi)。3）在盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)僅支持單向前進(jìn)施工，不支持后退，一旦施工完成將不可逆轉(zhuǎn)。所以，在施工每一環(huán)上，都應(yīng)做好充分準(zhǔn)備，規(guī)避不當(dāng)操作，才能保證施工的正常開(kāi)展。4）盾構(gòu)機(jī)屬于一種專用設(shè)備，每一條隧道有不同的地質(zhì)狀況，不同城市的地鐵襯砌斷面也不盡相同，則需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行必要的調(diào)整和改造，才能更好地服務(wù)于地鐵建設(shè)。

2.地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)的應(yīng)用

以杭州地鐵1號(hào)線某區(qū)間施工為例。該盾構(gòu)區(qū)間采用單圓隧道，隧道內(nèi)徑5.5m外徑6.2m，襯砌管片環(huán)寬1.2m，厚35cm，每環(huán)6塊，采用錯(cuò)縫拼裝。左右線間距6～12m。區(qū)間盾構(gòu)采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（日本小松株式會(huì)社制造，型號(hào)為TM634PMX）掘進(jìn)施工。地質(zhì)狀況：盾構(gòu)穿越地層有⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂層、③5粉砂層、③6粉砂土層，含水量都在40%～60%之間，屬極易發(fā)生觸變、不穩(wěn)定的軟弱圍巖。

2.1盾構(gòu)始發(fā)

2.1.1始發(fā)豎井及盾構(gòu)組裝

為便于盾構(gòu)機(jī)安裝，在車站端頭需設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)豎井，井寬一般超過(guò)盾構(gòu)直徑1.6～2.0m[2]，確定盾構(gòu)井長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮兩大因素，一是便于安裝，二是便于始發(fā)作業(yè)，一般大于盾構(gòu)殼體長(zhǎng)度2～3m。對(duì)于始發(fā)豎井而言，其井壁通常采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，借助龍門式起重機(jī)以完成相應(yīng)的起重作業(yè)，將盾構(gòu)機(jī)分解件陸續(xù)搬入始發(fā)井就位、組裝、調(diào)試。尤其要保證的一是反力裝置的穩(wěn)固性，二是盾構(gòu)始發(fā)導(dǎo)口的密閉性。盾構(gòu)機(jī)后配套設(shè)備根據(jù)站內(nèi)條件一般都可全部組裝完成。

2.1.2盾構(gòu)始發(fā)端加固區(qū)

為保證盾構(gòu)始發(fā)安全，透水性較好的軟弱圍巖和地下水豐富的地層，都需要在始發(fā)點(diǎn)前端，設(shè)置加固區(qū)。主要目的就是要防止泥、水進(jìn)入還沒(méi)有完全封閉能力的盾構(gòu)機(jī)尾部。其作用如下：1）使開(kāi)挖面具有足夠的穩(wěn)定性，避免土體坍塌。2）阻斷透水通道，避免地下水滲入。一般采用高壓旋噴和三軸攪拌設(shè)備，向土體內(nèi)加入一定比例的水泥。加固區(qū)長(zhǎng)度一般大于盾構(gòu)機(jī)殼體長(zhǎng)度3～4m，寬度為盾體機(jī)直徑2倍以上。

2.1.3洞口止水

由于洞口外徑大于盾構(gòu)管片外徑，兩者之間有一個(gè)環(huán)形空隙。為避免地下水通過(guò)該空隙涌出，在盾構(gòu)靠上洞門體前，須在洞門處設(shè)置一條環(huán)形橡膠止水帶和一道環(huán)形鋼板以實(shí)現(xiàn)對(duì)空隙的有效封堵。盾構(gòu)機(jī)殼體進(jìn)入洞體，管片拼裝到洞口后，將橡膠止水帶用環(huán)形鋼板與預(yù)埋在洞口上的預(yù)埋件進(jìn)行有效的焊接固定，從而實(shí)現(xiàn)洞口與管片空隙徹底密閉的目的。如有滲漏可采用注漿止水等措施進(jìn)一步封堵。

2.1.4盾構(gòu)始發(fā)

盾構(gòu)始發(fā)與推進(jìn)是依靠自身的液壓推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行，將推進(jìn)油缸頂在反力架上（或負(fù)環(huán)管片上），啟動(dòng)刀盤(pán)，推進(jìn)油缸便可開(kāi)始挖掘推進(jìn)。

2.2盾構(gòu)掘進(jìn)

2.2.1盾構(gòu)姿態(tài)控制

盾構(gòu)偏向是指，盾構(gòu)機(jī)平面或高程偏離既定軸線，且大于允許范圍。盾構(gòu)推進(jìn)的過(guò)程中，受以地質(zhì)條件為代表的諸多條件的影響，盾構(gòu)有可能出現(xiàn)偏向問(wèn)題?？刹捎脤?dǎo)向儀、陀螺儀或高精度經(jīng)緯儀等高精度儀器以實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)方向的有效監(jiān)控。盾構(gòu)姿態(tài)控制主要依靠推進(jìn)千斤頂、配重、注漿等方式實(shí)現(xiàn)。

2.2.2土倉(cāng)壓力控制

為實(shí)現(xiàn)對(duì)地面沉陷以及隆起的有效控制，必須保證開(kāi)挖面水土壓力處于平衡狀態(tài)。對(duì)于土壓艙內(nèi)計(jì)劃土壓力而言，其設(shè)定值可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算[3]：

P=P1+P2+P3+0.02MPa

式中：P1指的是孔隙水壓力；P2指的是地下水位以上土層對(duì)應(yīng)的側(cè)向土壓力；P3指的是地下水位以下土層對(duì)應(yīng)的側(cè)向土壓力；0.02MPa為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

利用土壓計(jì)對(duì)土壓艙內(nèi)的土壓力值進(jìn)行收集，并傳輸給計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)對(duì)該值的實(shí)時(shí)監(jiān)控。假若實(shí)測(cè)值、計(jì)算值有偏差時(shí)，應(yīng)對(duì)出土量進(jìn)行及時(shí)而有效的調(diào)整，與此同時(shí)，還需要參考地面隆陷信息、土層變化、地下水位變化等諸多信息以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)劃土壓力積極有效調(diào)整，從而避免涌砂或者坍塌的發(fā)生。假若盾構(gòu)需要穿過(guò)砂質(zhì)土層，為保證土壓艙中的泥土能夠正常流動(dòng)，建議在盾構(gòu)推進(jìn)的過(guò)程中，注入一定的粘土或膨潤(rùn)土。

2.2.3出土量的控制

工作面土體被切削之后，將會(huì)經(jīng)由土壓艙借助螺旋出土運(yùn)輸器將其排出，同時(shí)部分泥土將會(huì)被截留在出土器中，保持一定壓力，從而為開(kāi)挖面的穩(wěn)定性提供保障。對(duì)土壓艙內(nèi)的土壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果超過(guò)設(shè)計(jì)土壓力，則需要加大出土量；如果小于設(shè)計(jì)土壓力，則需要減少出土量，從而保障對(duì)工作面水土壓力的動(dòng)態(tài)平衡。

2.2.4盾構(gòu)的掘進(jìn)

盾構(gòu)設(shè)備整個(gè)進(jìn)入隧道之后，按照設(shè)計(jì)方向進(jìn)行掘進(jìn)，該掘進(jìn)操作由盾構(gòu)設(shè)備配套的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。盾構(gòu)設(shè)備如果發(fā)生偏差，控制系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)推進(jìn)油缸以完成相應(yīng)的調(diào)整，保障掘進(jìn)的正常進(jìn)行。與此同時(shí)，不僅要保證開(kāi)挖面土壓始終處于平衡狀態(tài)，還應(yīng)控制好刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和推進(jìn)速度等，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖工作和排土工作的有機(jī)配合。見(jiàn)圖2-1盾構(gòu)機(jī)初期掘進(jìn)示意圖

圖2-1盾構(gòu)機(jī)初期掘進(jìn)示意圖

盾構(gòu)進(jìn)入正常掘進(jìn)階段，控制好盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，需一段時(shí)間探索、調(diào)試、磨合。盾構(gòu)前行推力、刀盤(pán)扭矩、土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度、出土量、注漿量等，要達(dá)到和諧統(tǒng)一，掘進(jìn)工作才能順利。衡量掘進(jìn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有地表沉降、軸線偏移、水平偏移、管片拼裝平順度等。不同的地質(zhì)條件、不同的設(shè)備有不同的掘進(jìn)參數(shù)，杭州地鐵該區(qū)間的推進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表2-1。

杭州地鐵某區(qū)間隧道盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù) 表2-1

環(huán)號(hào)開(kāi)挖時(shí)間結(jié)束時(shí)間土倉(cāng)壓力（上） MPa推力

T扭矩

KN.M速度

CM/min注漿量M3注漿壓力MPa出土量M3

13723：0523：530.23128713502.50.35447

13800：4601：350.23127513892.40.35448

13905：0005：490.23128312352.40.34448

14006：3707：250.23129314252.40.34447

14112：2613：150.23128514202.40.34447

14215：2616：210.23126513192.20.35447

2.3管片拼裝

2.3.1管片拼裝

管片拼裝是盾構(gòu)法隧道施工的重要環(huán)節(jié)。管片拼裝的質(zhì)量直接影響到隧道壽命及長(zhǎng)久防水能力，因此嚴(yán)格控制管片安裝質(zhì)量至關(guān)重要。按設(shè)計(jì)該項(xiàng)目區(qū)間工程管片均采用錯(cuò)縫拼裝方式，拼裝時(shí)先拼裝底部標(biāo)準(zhǔn)塊，然

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