地铁工程土压平衡式盾构施工技术要点分析

地铁工程土压平衡式盾构施工技术要点分析

王鹏

中铁隧道局集团有限公司杭州公司浙江杭州310030

摘要：城市的发展对交通的要求也在提高，为了满足城市交通运输，地下空间得到开发利用，我国在城市轨道建设方面也取得了不错的成就。无论是建成里程，还是建设技术，中国地铁在世界上都已走在前列，成为中国制造的一张名片。地铁建设要根据建设要求和工程特点设计施工方案，使得地铁建设质量、建设工期和造价都更具优势。本文主要对地铁施工中的土压平衡盾构施工技术，特别是一些施工要点进行分析。

关键词：地铁工程；土压平衡盾构法；施工技术

盾构法施工技术拥有施工时间短、安全性高、对环境影响小等特点，因此在地铁工程建设中得到广泛应用，是地铁隧道施工的重要施工方法。关于盾构法施工也有很多类别，其中土压平衡式盾构施工技术就是本文的探讨对象。我国地铁建设的蓬勃发展，也需要相关技术水平的不断提高，因此对技术问题的研究也是必不可少的。

1.土压平衡盾构施工技术概述

1.1施工运用原理

盾构法隧道的基本原理就是在隧道衬砌的初步或最终阶段建成前，防护开挖出的土体、保证施工人员和机械设备的安全。而土压平衡土压盾构是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体向前推进，属于封闭式盾构。盾构在推进时，前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体则进入到土舱。当土舱充满土体时，被动土压与掘削面上的土压和水压保持平衡，使掘削面与盾构面处于平衡的稳定状态。其施工工艺流程可参考下图：

1.2土压平衡盾构施工技术的特点

土压平衡盾构施工过程中，基本不使用土体加固等辅助性的措施，因此其具有资金节约的优点，同时基本不对环境产生污染，符合城市绿色发展的概念；这种施工方法根据土压变化调整出土和盾构的推进速度，容易达到工作面的稳定，并且减少了地表的变形；此外，这种施工技术可以通过自动控制管理，机械自动化程度较高，因此其施工期较短。由此可见，土压平衡盾构施工技术具有绿色施工、效率高、自动化水平高等优点。

1.3土压平衡盾构施工技术对地质条件的适应性

土压平衡盾构法一般应用于软弱的冲击土层的掘进工作，在历砾石层、砂土层中加入适当黏土，也可以发挥此种施工技术的优势。在强风化、中风化、微风化岩或者软硬不均的混合地层掘进，则需要更换刀具，并对相关技术参数和结构作出调整。此外，对高水压地层的适应性差，螺旋输送机难以完成正常的压力递降，易产生渣土喷涌现象。在大埋深富水地段和粉土地层易形成泥饼，土压平衡盾构方法对舱内压力控制是比较困难的。

2.土压平衡盾构施工技术要点分析

2.1盾构机选型

盾构施工中需要合适的盾构机型，其关系到盾构施工任务的完成质量。在选型中可依据两方面的条件进行，即盾构机开挖尺寸是否适应盾构区间设计断面的尺寸要求、盾构机功能是否适用于施工区的地质条件。盾构机油气适用特性在选择时要参考盾构机性能和施工区条件进行，确保施工作业的安全性和可靠性。

2.2端头加固及各项安装工作

常用的端头加固采用围护桩、混凝土连续墙、注浆等措施，增强加固体的防水性能和稳定特性。土压平衡盾构施工之前，需要将各类机械设备、装置工具安装调试完成，在此过程中要严格按照规范要求进行。

洞口凿除：洞口凿除要进行受力计算，在洞口搭设支架，按尺寸画出洞门轮廓线以后，分两次进行凿除工作。

洞口防水密封装置的安装：盾构始发容易产生洞门水土流失问题，将洞口密封可以对其进行有效预防，从而避免水土流失引起地表沉降，保证回填注浆的效果。洞口防水密封装置采用的是帘布橡胶板和管片密贴，操作中要注意将折叶式压板压紧帘布橡胶板，保证其在注浆压力下不会产生翻转。在盾尾未安装密封装置时，使用防水装置进行防水，当盾尾通过洞口后，要及时用盾尾注浆管对管片外围空隙同步注浆，之后再进行二次注浆。

始发架和反力架的安装：为避免盾构机进入土体后机头下沉，始发架的标高要比设计多3cm，根据盾构机的状态进行设置，始发架安装完毕后，将盾体吊至其上，然后安装反力架。

2.3盾构掘进

盾构机的左右两侧要安装限位装置，防止因刀盘抵住掌子面切削岩土导致盾体扭转。盾构机的推进过程中，在刀盘到达掌子面后方可进行旋转。盾构机也有可能发生机头下沉现象，在推进过程中中下部油缸的推力要大于上部，总推力不得大于1200kN，扭矩小于3500kN，速度也要有所限制，将其保持在每分钟20mm以内，从而有效防止盾构机机头下沉现象。

2.4反力架、负环管片的拆除

根据计算对反力架和负环管片进行拆除，计算公式为：F=管片与土地摩擦系数×π×管片外径×已安装管片长度×管片背面平均土压力，由此当同步注浆浆液强度达到一定程度后，即可进行拆除工作。

2.5盾构掘进中的同步注浆和二次注浆

同步注浆要严格控制质量，首先要严格监控浆液的制造过程，浆液配合比、稠度、浆液凝结时间都需要控制妥当，根据掘进过程中的出渣量对注浆量进行调整。对浆液凝结时间要掌握好，及时进行二次注浆、补偿地层损失。软土地段要保证注浆量足够，硬岩地带要注意注浆压力。

2.6超挖刀的使用

在盾构掘进中，开挖刀可能会自动伸出，影响到掘进轴线。因此在盾构机井下安装调试的过程中，就应当将超挖刀油管断开封头，使用时再接上即可，结束后继续将油管接头断开。在加固区开启超挖刀时，由小到大调整超挖刀的伸出量，减少对超挖刀的损伤。在设定超挖区域时，要充分考虑超挖刀因伸出、缩进对起始点超挖产生的滞后性和超挖终点区域的扩大性。其中，超挖起始点即为超挖刀开始伸出的位置，而终点即为超挖刀开始缩进的位置。

3.施工中的风险控制

3.1盾构始发环节的风险控制

盾构始发阶段具有较大的风险，因此对其安全和质量风险评估是极其重要的。在盾构始发施工之前，就要做好端头加固效果进行检验、合理选择围护结构的破除顺序、负荷测量盾构与测量控制。需要注意的施工要点有以下几方面，第一，盾构始发在快出加固区时要将土压控制到略高于正常值，防止土压过低引发地表塌陷；第二要将总推力和扭矩控制在反力架及始发基座所能承受的范围之内；第三，在盾构到达进入加固区后，逐渐减小土压至零值，并严格控制出土量；第四，盾构贯通时，对进洞口进行至少10到15环管片的纵向拉紧作业。

3.2管片问题

在盾构隧道中，管片容易发生破损、错台和渗漏水这三种问题，且这三者会相伴产生。要预防此类风险，就要在管片出厂中对其质量严格要求，使用高质量管片；出现问题要及时纠正，并注意纠正质量；做好盾构的参数控制；实施相关措施避免隧道管片上浮。

结束语：

地铁建设质量安全对人们的影响重大，高质量施工对城市发展具有积极意义，土压平衡盾构施工技术的应用中要注意的地方和细节很多，在施工中要注意对工程状况的认真分析，选取合理方案。在施工中把控好细节问题，做好风险控制。

参考文献

[1]张宇.地铁工程土压平衡式盾构施工技术研究[J].建筑工程技术与设计，2016，（9）：318-318