城市轨道交通盾构法隧道施工工艺研究

城市轨道交通盾构法隧道施工工艺研究

陈英博

中铁工程装备集团有限公司 河南省郑州市 450000

摘要：近年来,国内城市化进程的速度越来越快,地铁网络的规划和建设已成为衡量和制约城市发展水平的重要标准。当前，盾构法被广泛应用于城市轨道交通隧道施工中。盾构机作为盾构法的关键施工机械，在挖掘进程中可经过外壳与衬砌支撑隧道围岩，在借助切削装置开挖前方土体后，由出土设施向外运送渣土，利用顶进装置沿着隧道设计轴线往前递推，并同步通过预制拼装管片与注浆工艺构建隧道结构。盾构法工序复杂且施工精确度及技术含量较高，具有创新性，需在不影响地面交通正常通行的前提下，实施相应的隧道施工。基于此，本文主要对城市轨道交通盾构法隧道施工工艺进行研究，详情如下。

关键词：城市轨道交通；盾构法；隧道施工工艺

引言

近年来，我国轨道交通工程大规模建设，运营里程迅猛增长。截至2020年底，全国（除港澳台地区）开通城市轨道交通运营线路244条，运营线路总长度7969.7km，在建线路总规模6797.5km。盾构法施工具有安全、高效、易操作等显著优势，目前在地铁隧道施工中得到了广泛的应用，但此施工方法在断面尺寸多变的区段适应力不足，易造成地层损失，甚至引发地表塌陷、管线断裂等严重问题

1盾构法施工原理

运用盾构法进行地铁项目隧道施工，不仅可以保证施工过程的安全性，还可以对管片支护起到保护作用。盾构机基础构造包括盾构壳体、刀盘系统、螺旋输送机等不同类型的装置。在实际施工过程中，盾构法涉及的施工工序通常包括盾构机安装与拆卸、土体挖掘、衬砌、拼装和防水等。选择盾构法进行实际施工，现场工作人员需要先在某一个路段使用明挖法开挖基坑后，在其内部装置盾构机，待盾构机准备就绪后，先向开挖面掘进一段等同于装配式衬砌宽度的土体，并在装置盾构反力设备基础上形成外力支撑。另外，要在盾壳掩护下借助千斤顶将切口环向前顶入土层进行地层挖掘与装配式衬砌，安装盾构反力架等设备，形成外部支撑，然后在盾壳的掩护下利用千斤顶将切口环向前项入土层进行地层开挖、装配衬砌，随后盾构靠顶在已拼装好的衬砌环上的千斤顶向前的推力来克服盾构掘进中所遇到的地层阻力，从而在有利于盾构机掘进的同时，确保其能匀速连续前进。

2城市轨道交通盾构法隧道施工工艺

2.1基于盾构法的长距离地铁隧道施工轴线纠偏方法

由于地下地铁网络线路的增加，其施工面临更大的难度，也就要求有各种各样的盾构机来满足施工要求。而铰接式盾构机能够满足小半径隧道的施工要求，在特殊路径施工时能发挥独特的作用。在实际应用中，盾构机的转向由千斤顶、仿形刀和铰接装置控制。千斤顶产生的推力、水平力矩和垂直力矩由千斤顶型号和盾构千斤顶压力决定。仿形刀可沿刀面圆周进行一定深度和一定范围的超挖，仿形刀的使用效果将直接影响盾构机铰接装置的作用，超挖量过大将严重地扰动土体，过小将不能充分发挥铰接装置的作用，以至达不到所要求设计轴线的半径。另外，仿形刀的超挖限定了开挖面积，减小了超挖范围内的地面反作用力，使盾构机易于向超挖范围旋转。铰接式盾构机的铰接机构可使盾构机按规定的方向和角度进行偏转。盾构机的偏转可以使盾构机适应其开挖区域，从而减小转弯处的地面反作用力，使其易于转向。（1）利用盾构姿态与千斤顶力矩之间的关系，通过统计学方法获得模型中的盾构施工参数。有关学者基于温克尔地基模型，推导出纠偏力矩与最小纠偏曲线半径的关系式，在现有纠偏曲线理论研究的基础上，提出优化后的水平线形纠偏曲线模型，并在此基础上提出了盾构姿态变化和千斤顶力矩之间的关系，同时根据现场数据和模型试验的测量数据进行了检验。结果表明，由纠偏曲线曲率半径变化而获得的纠偏力矩变化曲线符合在实际纠偏过程中的油缸推力变化规律。（2）在考虑千斤顶状态、仿形刀的使用和铰接机构使用的基础上，采用基于平衡条件的运动盾构模型。有关学者通过对盾构推进并联机构进行运动学分析，得到了盾构目标位姿与盾构各推进液压缸目标（角）位移、（角）速度和（角）加速度之间的数学解析关系，提出了根据隧道设计轴线参数方程求解盾构目标位姿和各分区推进液压目标运动特性的方法，为基于推进液压位移控制技术的盾构姿态控制系统进行盾构沿圆曲线和缓以及曲线段隧道设计轴线掘进的姿态控制提供了目标参数。

2.2合理设置土压力值

隧道覆土厚度不同产生的土舱压力也会有差异，在盾构刀盘面施加的土压力势均力敌的条件下，土体不会受太大搅动，地层位移和沉降问题也基本不会出现。当原静止土压力无法承受盾构刀盘面施加的压力，则土体易在压力差下会产生形变和位移，从而导致地面的隆起。开挖面的稳定和仓内外土体的压力差值、出土量有着相互关联。通常控制两者来稳定开挖面。开挖面前方土体受干扰的范围与开挖面的稳定性有关，因此，控制土舱内压力，保持比土体压力要高，以减少开挖面对土体的搅动。施工中，需要对特定地层的目标土压实施动态监控与测量，控制开挖面的土压在合理的范围内变化。一旦目标压力值波动出现偏差，通过开挖面周围土压和出土量及时修正。

2.3预加固

为确保盾构始发、接收安全，始发区、接收区一般应根据地层的自稳性能选择适宜的预加固措施。软土、富水砂层以及含软土、富水砂层的上软下硬复合地层，当现场具备条件时应采取工程措施将始发/接收区与周边地层隔离，同时加固始发/接收区土体，使其具有足够的自稳性。工程中常用的隔离措施有:冻结法、素混凝土或钢筋混凝土地下连续墙(盾构穿越范围采用玻璃纤维筋)、钢筋混凝土灌注桩(盾构穿越范围采用玻璃纤维筋)、SMW工法桩(盾构穿越范围不插型钢)、三轴搅拌桩墙(套接一孔法)等，隔离措施应自地面向下设置，设置深度满足隔离墙锚固、止水要求。左、右线隔离区宜分设。佛山地铁三号线3204标始发、接收区左、右线合设，后期到达施工多数需采取补注浆、增设降水井等加强措施，到达施工时间长，安全风险增加。工程中常用的加固措施有:(垂直、水平)冻结法、(单头、双头、多头搅拌或连续成槽)搅拌桩满堂加固、(单管、双管、多管)旋喷桩、袖阀管注浆、降低地下水位等。当隧道下半部、隧底有承压水时，应检算承压土层的抗浮、抗喷涌能力，检算通不过时应采取相应措施。

结语

综上所述，采用盾构法对地铁项目隧道施工可发挥积极作用，与传统的施工方式相比，盾构法虽工序复杂，但施工精度及技术含量都很高，具有自动化程度高、对环境干扰较少等优势，且呈现出作业时间短、施工效率高等经济效益。且随着盾构施工技术的发展、成熟，盾构施工方法越来越受到重视和青睐，逐步成为地铁隧道的主要施工方法，特别适用于大直径、大埋深以及断面复杂的施工现场。

参考文献

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