趙曉巖

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 211899）

在城市交通運(yùn)營中，由于人口的穩(wěn)定增長，城市變得越來越擁擠，為了減少城市交通問題，許多城市開始建設(shè)地鐵項(xiàng)目。在地鐵的建造過程中，盾構(gòu)施工方法是該過程中非常重要的部分，但是由于各種因素，地鐵的盾構(gòu)的建造也存在許多風(fēng)險(xiǎn)。通過加強(qiáng)管理和控制與地鐵盾構(gòu)施工方法有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，可以讓地鐵盾構(gòu)施工方法的安全水平得到提高，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行[1]。

1 地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用

1.1 準(zhǔn)備階段

準(zhǔn)備階段最重要的技術(shù)工作是盾構(gòu)出洞。在此環(huán)節(jié)上需要完成的工作包括三個(gè)方面：首先，安排好盾構(gòu)出洞的前后的設(shè)備和材料，并仔細(xì)檢查盾構(gòu)出洞的條件是否符合工業(yè)和勞工標(biāo)準(zhǔn)，確保員工熟悉工藝流程和技術(shù)。為了避免建筑物和地下管道受到地鐵建設(shè)的影響，必須加強(qiáng)盾構(gòu)出洞周圍的地面加固與防護(hù)工作，以便可以在安全可靠的環(huán)境中進(jìn)行盾構(gòu)出洞，并為將來的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次，確定盾構(gòu)出洞的基座?；木珳?zhǔn)定位決定了盾構(gòu)出洞的初始位置，因此，在盾構(gòu)出洞之前，必須將盾構(gòu)準(zhǔn)確放置在初始基座上，該初始基座對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的軸線，位于底層的施工人員可以沿規(guī)劃軸工作。最后，設(shè)備的驗(yàn)收，即驗(yàn)證盾構(gòu)出洞的兩個(gè)主要設(shè)備——盾構(gòu)機(jī)和輔助設(shè)備[2]。

1.2 掘進(jìn)階段

地下盾構(gòu)的掘進(jìn)階段分為兩個(gè)方面：測試挖掘和正式挖掘。測試挖掘旨在確定正式挖掘的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。首先，假設(shè)工作人員根據(jù)施工計(jì)劃和施工要點(diǎn)分析了1000 條隧道的參考數(shù)據(jù)，由此確定正式開挖過程中工程表層的最佳施工參數(shù)?；诖?，工作人員使用計(jì)算技術(shù)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)，包括控制盾構(gòu)機(jī)的速度、移動(dòng)方向和刀頭的速度。此外，在正式開挖過程中進(jìn)行監(jiān)視非常重要，人員應(yīng)仔細(xì)監(jiān)視盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行情況以及周圍土壤層的環(huán)境狀況，并制定預(yù)定的解決方案，以便在出現(xiàn)故障時(shí)可以靈活地進(jìn)行處理。

1.3 封閉洞口

必須關(guān)閉洞口，這對于防止背襯注漿泄漏是必要的。如果在隧道洞口周圍進(jìn)行施工，則必須分為以下兩個(gè)階段：（1）預(yù)先填埋初始洞口。需要注意的是，所有預(yù)埋件必須根據(jù)地鐵站的結(jié)構(gòu)鋼筋的連接狀態(tài)進(jìn)行固定。（2）為了準(zhǔn)備初始盾構(gòu)工作，必須首先清潔保留在隧道入口處的渣土，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行洞口封閉[3]。

1.4 安裝洞口初始軌道

破除施工完成后，應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)初端與周圍巖洞之間的距離，并保持一定距離，以為割頭提供良好的工作環(huán)境，避免盾構(gòu)“低頭”現(xiàn)象出現(xiàn)在盾構(gòu)上。導(dǎo)軌必須安裝在初始洞中，這是確保初始盾構(gòu)穩(wěn)定性的必要基礎(chǔ)。在安裝初始軌道時(shí)，請確保導(dǎo)軌末端有可用空間，以使初始導(dǎo)軌不會(huì)干擾切割頭的正常運(yùn)行[4]。

1.5 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞技術(shù)

地鐵盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的基本原理是圓柱體的鋼構(gòu)件沿著土方工程隧道的預(yù)制軸連續(xù)運(yùn)動(dòng)。圓柱形組件的外殼是一個(gè)防護(hù)罩，可承受周圍土壤層的壓力和低水壓，并在一定程度上阻擋外殼外部的地下水。同時(shí)，它在挖洞中扮演臨時(shí)角色，但在鋪砌的隧道中起支撐作用。由此可見，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞技術(shù)對于隧道挖掘非常重要。為確保軸誤差在指定范圍內(nèi)，應(yīng)按計(jì)劃進(jìn)行施工并減少成本，施工團(tuán)隊(duì)和技術(shù)檢查專家密切合作以完成適當(dāng)?shù)捻?xiàng)目并徹底檢查盾構(gòu)機(jī)的施工路線。在盾構(gòu)機(jī)的施工過程中，沿著發(fā)射底軌的軌道向前移動(dòng)，設(shè)備外殼完全切入隧道，以減少暴露于地面的時(shí)間。盾構(gòu)機(jī)出洞必須事先檢查隧道條件，并根據(jù)周圍的土壤和環(huán)境特性預(yù)先設(shè)定最合適的出洞方法[5]。

2 地鐵盾構(gòu)建設(shè)中存在的問題

2.1 土壤沉降

開挖過程中暴露的土壤可能導(dǎo)致沉降。通常，挖掘一環(huán)中的出土量是固定的并且不會(huì)改變，但是松動(dòng)系數(shù)會(huì)根據(jù)層的不同而變化，如果在挖掘過程中發(fā)生過大的行程而出土量太大，則會(huì)導(dǎo)致在表面上形成不同厚度的沉積物。通常，在面對襯砌環(huán)壁后，應(yīng)同步灌漿以控制表面沉降。然而，如果在開挖期間的出土量太大而灌漿太小，則不能及時(shí)有效地控制地面的沉陷。灌漿量太大也會(huì)導(dǎo)致地面凸起。

2.2 在盾構(gòu)施工中的盾構(gòu)尾部泄漏

盾構(gòu)尾部泄漏的原因：（1）盾構(gòu)尾部刷和盾構(gòu)尾部油脂分開，導(dǎo)致盾構(gòu)尾部刷失效，從而影響其性能。（2）盾構(gòu)尾部油脂注射質(zhì)量差。（3）管片組裝完成后，缺乏有效的潤滑可能會(huì)給盾構(gòu)尾部帶來潛在危害。同時(shí)，施工時(shí)的注射壓力過高，盾構(gòu)尾部刷的性能降低，這也造成了污泥泄漏的問題。

2.3 盾構(gòu)施工中穿過河流的危險(xiǎn)

在修建地鐵的過程中，地鐵有時(shí)會(huì)穿過河流所在的區(qū)域。如果在河邊進(jìn)行盾構(gòu)施工，河床的結(jié)構(gòu)將不穩(wěn)定。與其他土壤結(jié)構(gòu)相比，河流結(jié)構(gòu)距離盾構(gòu)施工環(huán)境距離也將更短。由于向上壓縮力的影響，在盾構(gòu)施工過程中，河床的基本結(jié)構(gòu)和拱形地面結(jié)構(gòu)的位置可能會(huì)出現(xiàn)問題。為了防止河流進(jìn)入隧道，施工人員必須填充水泥結(jié)構(gòu)，如果不使用該技術(shù)對結(jié)構(gòu)下層進(jìn)行預(yù)處理，河水很容易倒入隧道，從而造成嚴(yán)重破壞，造成安全事故[6]。

2.4 建筑物和地下管線的風(fēng)險(xiǎn)

在地鐵盾構(gòu)施工期間，盾構(gòu)機(jī)是最常用的建筑設(shè)備。在盾構(gòu)機(jī)上連續(xù)進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，由于刀頭的切割，下層結(jié)構(gòu)的切割力發(fā)生變化，因此如果土層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部張力不能很好地適應(yīng)，那么一旦應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，就很容易破壞土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致不均勻沉降。如果更嚴(yán)重的話，還很容易破壞土壤的結(jié)構(gòu)帶。同時(shí)，建筑物和地下管線、周圍的土壤層會(huì)形成一個(gè)有機(jī)的整體，如果負(fù)載發(fā)生變化，兩個(gè)結(jié)構(gòu)也會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p壞。這時(shí)，如果無法正確控制它們，建筑物的管道和結(jié)構(gòu)就可能直接破碎，出現(xiàn)受力不平衡的情況。

2.5 開挖面的失穩(wěn)

開挖表面的不穩(wěn)定性是由開挖前遇到的流沙或管涌，盾構(gòu)機(jī)的跌落和突然下降以及表層出現(xiàn)空洞引起的，其容易導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)偏移軸線和沉降，出現(xiàn)隧道的滑坡和冒頂問題。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)向前移動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致冒頂問題的原因是超淺的覆土的出現(xiàn)。另外，隨著盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)，如果突然遇到涌水，就有可能在盾構(gòu)機(jī)前造成大規(guī)模破壞。

3 解決地鐵盾構(gòu)施工的建設(shè)問題

3.1 地表沉降的解決方案

（1）根據(jù)特定地層檢查泥漿的壓力和質(zhì)量，并增加泥漿的壓力，使其始終與施工坑道中的地下水壓力匹配，并檢查出土量。（2）根據(jù)層數(shù)的不同選擇混合比例，調(diào)整固化時(shí)間，并采用同步壓縮方式，使?jié){液及時(shí)填滿盾構(gòu)尾部的縫隙，以彌補(bǔ)盾構(gòu)施工造成的水土流失，確保充分的壓力并增加注射次數(shù)以控制沉降。（3）施工過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和經(jīng)驗(yàn)對沉降進(jìn)行監(jiān)測和控制。將測量點(diǎn)放在隧道的中心線和兩側(cè)以測量水位，結(jié)果應(yīng)盡快返饋回現(xiàn)場并進(jìn)行管理[7]。

3.2 盾構(gòu)施工中盾構(gòu)尾部的泄漏解決措施

（1）使用可靠的油脂和油脂泵有效保護(hù)盾構(gòu)尾部刷。（2）仔細(xì)監(jiān)控盾構(gòu)尾部油脂的注射過程，以確保注射的油量合適且有效。（3）結(jié)合現(xiàn)場操作條件，進(jìn)行糾正工作以落實(shí)盾構(gòu)尾部油脂注射。同時(shí)，需要對注入量、壓力和盾尾間的距離進(jìn)行有效控制。

3.3 避免過河的風(fēng)險(xiǎn)的措施

首先，在盾構(gòu)穿過河流之前，有必要仔細(xì)研究盾構(gòu)通過的層中河流與地下水之間的關(guān)系，測量河流中的實(shí)際水深，并計(jì)算從河底到隧道頂部的掩埋深度數(shù)據(jù)。其次，為盾構(gòu)越過河流開發(fā)特殊設(shè)計(jì)，以確保盾構(gòu)越過河流安全可靠。由于盾構(gòu)的底部在進(jìn)入河段之前和之后突然發(fā)生覆土變化，因此應(yīng)基于覆土深度、地質(zhì)條件以及盾構(gòu)開挖前的河道條件的變化平衡盾構(gòu)切口處的壓力。

3.4 減少管片上浮的對策

選擇漿液時(shí)，必須確保漿液的填充性，并且將初始凝固時(shí)間以及早期強(qiáng)度有機(jī)地結(jié)合在一起，以使保護(hù)性隧道的各個(gè)部分和周圍的巖石共同作用，以形成穩(wěn)定而一體的物體。隨著工程地質(zhì)和水文學(xué)以及隧道中溝槽深度的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整漿液比以確保管片穩(wěn)定性[8]。

3.5 預(yù)防建筑物和地下管線的風(fēng)險(xiǎn)

首先，在施工開始之前，對建筑物的使用年限、地基的形狀以及盾構(gòu)下穿建筑物的現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)研究。其次，有必要加強(qiáng)觀測和測量，并為鄰近建筑物和地下管線建立控制點(diǎn)。再次，必須在建筑物和地下管線進(jìn)入前對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面維修，以確保連續(xù)穿越和隧道掘進(jìn)施工過程中設(shè)備無誤。最后，執(zhí)行嚴(yán)格的管線控制和定向，姿態(tài)調(diào)整不應(yīng)太大或太頻繁以減少偏差校正，位置控制在±4mm，以避免超挖和土壤擾動(dòng)。

3.6 應(yīng)對開挖面不穩(wěn)的措施

檢查挖掘速度，以保持排土量和開挖量的平衡；仔細(xì)控制壓力室中的壓力，以防止開挖面不穩(wěn)定；挖下的渣土必須是可塑性流體，確保渣土完全填充在壓力容器中，并且挖出的渣土必須是防水的；如果在近地表土壤保護(hù)區(qū)形成了冒頂和冒漿，應(yīng)立即啟動(dòng)氣壓平衡系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

由于盾構(gòu)施工方法廣泛用于鐵路、公路、水電等隧道工程項(xiàng)目的施工中，因此其應(yīng)用范圍和數(shù)量增加了。這也暴露出了其在施工中存在的一些問題，需要引起重視，并采取適當(dāng)?shù)膶Σ咭苑乐拱l(fā)生事故，造成不必要的損失。