地铁盾构法施工技术要点分析节妍冰

地铁盾构法施工技术要点分析节妍冰

节妍冰

中铁一局集团有限公司陕西西安710054

摘要：随着国民经济的快速发展，城市地铁越来越多地受到人们的欢迎，因其快捷、高效，现已成为人们出行的交通工具。盾构法施工作为地铁工程建设的常用方法，在地铁工程建设中发挥了关键性作用。本文结合工程实例探讨地铁盾构法施工中盾构始发、掘进参数确认、不良地质应对、出洞作业等关键技术，提出的城市地铁盾构法施工的管控措施和注意事项，可提高施工效率、保证施工质量。

关键词：地铁盾构法；施工技术；要点

1地铁施工盾构法概述

1.1概念

地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术，是在地面下暗挖隧道的一种施工方法，施工效率很高，安全性也很强。它使用地铁盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧道的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧道某段的一端开挖竖井或基坑，将地铁盾构机吊入安装，地铁盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进即始发，并沿设计洞线推进，同时完成洞身预制管片安装形成稳定结构，直至到达洞线中的另一竖井或隧道的端点。

1.2特点

地铁施工盾构法是一种新型的、先进的隧道挖掘技术，近年来在城市地铁工程建设中发挥了重要作用。地铁施工盾构法的特点主要有：首先，对环境影响较小，施工过程中不会制造很大的振动或噪声，因此能够应用于各种条件下环境的施工，有利于调控地铁工程建设的进度。其对环境依赖程度小也是广泛应用的主要原因[2]。其次，精确度很高。地铁盾构法的主要机械设备是盾构机，其运行基础是机械工程、测量工程、自动控制工程，这使得盾构机的精度具有很好的保障。最后，有效节约成本。利用地铁盾构法进行施工时，如果技术人员、操作人员技术娴熟，则所需的人工将大大减少，管理成本也能得到显著降低。同时，长期使用盾构法进行施工也能相对减少盾构机的成本。

2盾构法施工原理及优缺点

地铁盾构法施工的基本工作原理就是利用一个圆柱体的钢组件，沿隧道轴线方向一边向前推进，一边对土体进行切削和挖掘。该圆柱体组件的头部即刀头，负责洞身切削和挖掘成形；壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在壳体外面。其主要工序如挖掘、排土、管片安装等作业，均在护盾的掩护下进行。

地铁盾构法是一种暗挖的方式，与传统的挖掘方式相比较，不仅可以有效的避免给人们的生活生产带来的不便，而且还能够减少相应的污染，节约成本，因其自身具有一定的信息化以及自动化功能，因此建设效率相对较高，线型精度控制好，进而可提升工程建设成效、确保工期并降低建设成本。

盾构法也有其一定的劣势。一是盾构相关机械设备的规划、制造和安装等前期工作时间较长，投入相对较大，二是需要的专业操作水平相对较高，三是施工过程中对于不确定性地质因素和自然灾害所带来的影响相对较大。因此，在地铁建设过程中，要有效规避风险，保证施工过程顺利进行并保证工程质量满足要求。

3工程概况

苏州市轨道交通3号线工程土建施工项目Ⅲ-TS-15标包含娄江大道站、跨阳路站、娄江大道站～跨阳路站区间（简称娄～跨区间）、跨阳路站～汇隆街站区间（简称跨～汇区间）等2站2区间。

3.1施工环境

其施工环境较复杂，对施工过程有一定影响，应提前解决好相关问题：车站明挖范围内的厂房、厂区及高压架空线改移；明挖车站一侧有河流经过；车站范围有强电、弱电电缆和污水管、雨水管、给水管管线改移；工程区间下穿35KV高压钢管塔及工厂区；工程区间沿线道路地下管线密集，包括：给水、雨水、污水、天然气、电力电缆、路灯、信息等多种管线。

3.2工程特点

3.2.1工程规模较大，施工工法多，工序转换频繁

本标段工程包括：娄江大道站、跨阳路站、娄～跨区间、跨～汇区间，共计两站两区间；同时娄江大道站需进行苏州高频瓷厂有限公司厂房拆迁施工，大水泾河河道部分清淤回填施工，周边高压架空线拆除施工；跨阳路站需进行基坑内管线改迁施工。采用施工方法包括：明挖法、局部盖挖法、矿山法、盾构法、冷冻法等；采用的施工工艺包括：地下连续墙、钻孔灌注桩、高压旋喷桩、三轴搅拌桩、SMW工法桩等。区间盾构隧道总长约4140m，计划采用2台盾构机掘进施工，施工阶段包括盾构机4次下井、4次始发、4次到达及4次吊出。施工中存在车站与区间，车站与附属工程，区间与附属工程，联络通道冷冻法与暗挖法、盾构始发等工序之间的相互转换。

3.2.2本工程盾构区间主要位于城市建成区，车站周边及区间沿线临近建（构）筑物及地下管线较多，环境复杂，需控制因素较多。另外，本工程存在与相邻标段的施工单位，安装、装修、铺轨等专业单位，业主、监理、设计，安全、质量监督管理部门，市政、园林绿化管理部门，管线、电力管理部门，交通管理部门，周边建（构）筑物产权单位等的接洽、协调与配合册，施工接口多，协调配合及其他工作量较大。

3地铁施工盾构法的施工技术

3.1盾构出洞准备施工技术

地铁盾构施工过程中，必须要做好盾构出洞前后的准备工作。首先，必须要根据实际施工环境情况，对盾构设备及材料、技术等进行确认，并检查盾构出洞的条件是否符合要求，保证施工顺利的进行。在施工时还要加固盾构设备出洞前的土体质量，从而保证周围建筑不受到影响；其次，设置盾构出洞基座，只有将盾构基座按照实际施工要求进行准确的设置，才能够使其沿着设计目标方向正确的进行掘进施工，否则将会对施工准确性产生影响；最后，还需要检查盾构机及其配套设备是否完善，因为在施工过程中受到周围环境的影响，不能够随时的对设备进行检查维护，因此必须要保证盾构设备的有效性与安全性。

3.2地铁盾构掘进阶段施工技术

在进行正式的地铁盾构掘进施工前，需要对其进行盾构试掘施工，因此必须要结合实际的施工方案，对盾构机进行相应的调试，从而分析盾构机试掘过程中的施工数据，保证实际施工时盾构施工参数符合标准要求。当确定了盾构设备的掘进参数后，施工人员对盾构机的操作进行相应调整完成，就能够正常的进行掘进施工。施工中必须要保证盾构机的姿态正确，并且对盾构机的转速及掘进方向等进行精准的计算，让施工速度及方向有着合理的掌握与控制。此外，在盾构施工掘进时，还需要严格的注意周围地质环境的变化，一旦发现异常情况，必须及时的采取相应的处理措施，从而保证盾构施工的安全性。

3.3不良地质的施工技术要点

一般不良地质的土质主要有淤泥质的土层、粉质的粘土层等，因此为了避免地面下沉，在掘进的的过程中需要不断的提高土舱的压力，此外为了避免在掘进的过程中出现喷涌问题，还需要依据土舱内部的实际情况向其内部加入适当的泥，通过对各个施工技术进行不断的优化和协调，来提高盾构法施工的效率和质量。

此外因为地铁施工环境比较复杂，非常容易受到周围地质环境的影响，而粉质黏土这样的土质对盾构法施工是具有一定的优势的。但是在实际施工中，穿越粉砂层时作业难度会大幅度提高，所以为了确保工程的顺利开展，就需要提高土质的止水性以及流动性，为要实现这一目标就需要不断的向土舱内部加入一定的泡沫剂或者膨润土，再或者是通过使用土舱加压的方法来避免土体液化或者出土液化问题。

3.4地铁盾构机进出洞施工技术

对于地铁盾构机进出洞施工技术方面的发展，必须要着手做好盾构机进出洞施工。首先，因为地铁盾构机在进出洞施工时，其自身工序较为复杂，为了避免在施工过程中其轴线的偏差，导致对整个线路造成影响，施工队伍必须要结合设计要求对施工地质数据进行勘察，准确的规划盾构路线，并保证盾构路线的科学合理性；其次，当确定好盾构机的施工线路后，要根据施工过程中经过的各种地质环境进行准确的分析，为盾构机的施工提供准确的信息；再次，盾构施工中遇到一些无法达到盾构施工要求的地质环境时，需要及时的改变施工方法，从而保证盾构机能够顺利的进出洞；最后，必须要保证盾构机基座能够及时的向前推进，保证整个盾构设备完全的切入洞口内，降低土体的暴露时间[3]。

4地铁盾构施工管控措施

4.1施工前的把控

在复杂地质条件下，地铁盾构建设的过程中，会产生很多的风险，因此，就要加强对前期工作的管控。第一步就是要对整个建设线路中的地质因素进行合理的勘探，并且通过相关的结果对其地质条件进行充分的了解，按照不同的变化状态进行相应的对策实施，在刚开始建设的路段地质情况以及加固部分的地质情况还要进行进一步的勘察，对这些数据进行充分的掌控，就能够在以后的盾构建设施工过程中避免很多问题的出现。而且，要想进一步对复杂地质条件下盾构建设的合理施工，还要对相关的施工方案进行合理的规划以及设计，并且提升技术交底工作的成效，对于技术交底工作来说，主要是对加固的方案和穿越铁路的建设方案进行交底，将相关的风险以及问题都要充分的考虑，进而保证施工技术有效的落实。

4.2对盾构机械设备充分了解

在整个地铁盾构施工的时候，盾构机是其施工过程中非常重要的设备，而且其自身燃油量相对较大，因此，成本就会相应的增加，在其超过自身承载能力的情况下，燃油量还会不断的提升，所以，对于盾构机械设备的相关操控工作者来说，要对其自身的性能进行充分的了解，并且对其燃油量进行合理的管控，进而降低成本。

4.3减少管片上浮现象

在施工过程中出现管片上浮情况时，需要对施工地点的地质状况进行掌握，而且在推进过程中要对速度和推度力进行控制，通过加大对盾构机作业的控制力度来有效的避免管片上浮现象的出现。在实际操作过程中，需要增加同步注浆的抵抗力，确保注浆能够尽快凝固，有效的抵抗管片的上浮力。还可以通过将突出盾尾的管片利用槽钢连成一个整体，增强相邻管片之间的约束力，并复紧螺栓，减缓掘进的进度，以此来提高成型隧道的刚度。

4.4改进防喷涌技术

在盾构开挖施工时，可以利用盾构机对施工工作面产生压力，使土压力与水压力之间保持平衡。在实际施工过程中，当推进时出现异常情况时，需要及时改良土体，将发泡剂或是膨润土加入到土体中，使切削的土体在压力仓内调整成理想的状态。另外，可以将自动闸门架设在螺旋机与压力仓出口处，这样一旦发生紧急情况则可以强行关闭闸门[4]。

4.5认真编审施工方案

很多工程实践证明，对于复杂地质条件下的地铁盾构技术的施工技术也是相对比较复杂的，因此，各个施工细节之间的联系也相对较大，加入施工的品质没有达到相应的标准，就会导致施工品质的下降，所以，在地铁隧道建设过程中应认真编写施工方案，邀请专家对方案进行审核，并与相关规划设计施工方案进行对照，还要遵守相关的标准体系，进而对施工的品质进行有效管控。

4.6盾构结构掘进与管片拼装

在地铁盾构施工中，其施工效率和施工质量与管片的拼装和盾构机的姿态以及管片的型号、工人的技术水平有着非常紧密的关系。在施工中，为了避免盾构过程中问题，质量监督人员必须要对管片是否出现渗漏、破损以及裂缝等问题进行严格的监督和检查，并且对检查工作做好相应的记录。此外，一旦发现管片出现损坏，要立即对其进行拆除和更换，同时还要对管片型号、油缸行程以及盾构推力等各个参数之间的关系进行准备的分析，由此来更好的控制隧道管片的效果。

4.7控制地面沉降的措施

当前，国内隧道很多隧道施工都是选择土压平衡式的盾构方法，其原理主要是通过对前面全断面切削刀盘进行充分利用，然后把切削下来的土进入到刀盘后面的密封舱以内。为了确保施工中不会出现沉降问题，在施工中一定要做好平衡，而且对盾构机要进行科学合理的选择。此外因为地面的沉降会受到注浆的影响，所以一定要加强注浆方面的管理，不仅要对注浆的速度进行科学的控制，而且还要对调和的比例以及注浆量进行严格的控制，以免出现地层变形的问题。内力和外力的作用下都会导致地面出现沉降，所以在施工以前一定要对地质条件进行严格的勘察，包括土体的性质以及地下水的变化等因素都要进行严格的勘察。

4.8地铁施工渗漏的控制措施

在地铁施工中经常会出现渗漏问题，所以对渗漏问题进行严格的控制是非常必要的。首先要对横纵向施工缝进行严格的控制，同时对止水带的规格以及性能指标也要进行仔细的检查，由此来有效的避免出现气泡的出现。其次就是要将止水钢板嵌入到施工缝中，并要对其表面的清洁度以及焊接的质量也要进行定期的检查。此外，施工前也要对混凝土内部的含水量进行仔细的检查，由此来充分保障其防水的性能，避免出现渗漏问题。

5城市地铁盾构施工需要注意的问题

5.1始发

一旦发现加固没有达到标准的要求，就必须要对其进行科学的加固，如果条件许可，则可以通过安装铰链板或者袜套防水装置来进行有效的处理。在经过专业技术人员进行验收完成以后，再对其实施破除洞门的处理。在凿除工作时要尽可能的缩短时间，并且要严格控制水土流失问题。在这个过程中还需要对洞门上面的密封装置进行严格的检查。在洞门凿出工作完成以后，为了提高盾构机的运行质量，其要慢慢的向洞门进行移动，并且要使用千斤顶[5]。为了有效的降低来自刀盘正面的阻力，在其靠上土体以后就可以开动刀盘。而在这个过程中，一定要对洞门的防水装置进行仔细的检查，而且在开洞过程中，要充分保障导向轨道以及防水装置不会受到不良的影响。

5.2100m试推

为了有效的降低土体的阻力，可以适当的进行注水，而且还可以开启超挖刀。此外在试推过程中要对变形量予以仔细的关注，并且为了避免管片出现下沉，可以使用木头垫起出盾尾的负环管片。此外还要对土压力进行合理的控制，同时依据地面沉降的幅度来对其进行有效的调整，注意切口位置隆起的距离要控制在1毫米以内，在加固区试推完成以后，可以适当的提高一下速度，但是要注意速度必须控制在50毫米以内。并且安装98%的出土量为标准。

在盾尾出了加固区以后为了确保盾构外面与管片之间的缝隙得到很好的填充，要立马进行注浆工作，由此来使得地面沉降的问题减少。在试推过程中，同步注浆工作非常关键，因此一定要对浆液的质量进行严格的控制，由此来避免空推情况的出现[6]。一旦地面出现范围比较大的沉降，一般单次沉降在5毫米以上，累积在30毫米以上时需要对其进行二次补浆处理。

5.3正常推进

在试推工作完成以后要依据得出的数据来进行正常推进工作，而且在整个过程中要对轴线进行严格的控制，依据±50以内的标准来对平面和高程进行控制，而且每推进一个环，就必须要与测量的数据进行对比，对推进过程中的纠偏量以及千斤顶的四个区域的油压进行严格的控制，同时还要对未来的偏移量进行有效的判断。此外，为了使隧道的质量得到有效的保障，还需要对管片的连接件仔细的拧紧，避免出现上浮，而且在拧紧时要注意技巧，不能使用蛮力。

5.4进洞

盾构机与加固区有一定距离时，需要对平面、高程偏移量反复核对，且对比实际洞门偏移量，对高程适当调整，对管片里程仔细核对，进入加固区后，需要对施工参数合理调整，且注浆工序停止。第一次进洞完成后，要停止推进工序，采取相应的防水加固处理措施；等待3d左右的时间，进行第二次进洞。

5.5贯通验收

城市地铁盾构法施工的最后一个环节为贯通验收；贯通之后，由相应的部门及专家进行严格检验，且对隧道成型质量科学测量，归档封存工程建设中出现的各种文件资料。稳步拆除及退场处理大型临时设施和设备。

结语：城市地铁盾构施工法是现阶段地铁施工中安全性良好的地铁施工技术。随着地铁施工企业技术水平的不断提高以及施工机械的不断改善，再加上先进的工程测量、定位、控制技术的广泛应用，相信我国地铁盾构施工技术的运用一定可以有效的促进地铁施工质量和效率的全面提升，从而更好地发挥其在地铁工程项目建设过程中的积极作用。

参考文献：

[1]汪定国.地铁盾构施工中盾构机过站技术[J].建材与装饰，2017（33）：275-277.

[2]符昌钦.地铁盾构施工安全管理[J].建筑知识，2017，37（14）：105-106.

[3]吴野.地铁盾构施工技术研究[J].建筑技术开发，2017，44（12）：67-68.

[4]杨帆.深层地铁盾构施工地层水平位移动态分析[J].民营科技，2013，（9）.

[5]陈华.对地铁盾构施工引起的地表沉降研究分析[J].四川水泥.2018（11）

[6]张磊.地铁盾构隧道预制管片施工技术[J].工程技术研究.2017（02）