城市轨道交通隧道盾构施工主要技术分析

城市轨道交通隧道盾构施工主要技术分析

魏立峰

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摘要：现阶段，城市轨道交通已经成为城市交通系统的重要组成部分，市轨道交通隧道施工也受到了广泛的重视。其中盾构施工技术是城市轨道交通工程的关键性技术。合适的盾构施工技术能够确保城市轨道交通建设的顺利开展。因此，关于城市轨道交通隧道盾构施工关键技术的探讨具有重要的意义。

关键词：城市轨道交通；隧道工程；盾构技术；应用

引言：

在社会经济快速发展的今天，城市轨道交通的建设直接推动了社会的整体发展。在建设环节中，施工技术的选择是十分必要的。当前城市轨道交通建设的施工技术以盾构施工技术为主，并成为该行业的主导技术。虽然在城市轨道交通建设中该项技术的应用难度较大，甚至需要消耗大量的资金和劳动力。但从其自身的优势来看，盾构技术对环境和地面的影响力相对较小，具有较高的安全性。除此之外，盾构技术的机械化程度较大，不需要依赖更多的劳动力，所以在城市轨道交通建设的过程中具有重要的现实意义。

一、盾构施工技术的种类与灵敏度

1.盾构施工技术的种类

城市轨道交通的建设，由于不同的地址条件及周边环境等因素的不同，会采用不同的盾构施工工艺，但在轨道交通工程区间施工工艺中，盾构法施工工艺较为普遍。因此，在盾构施工技术中，为了确保工程的顺利实施，盾构选型尤为重要。通常情况下，盾构机的种类是由盾构正面土压力平衡方式决定的。而在进行盾构的正面机械施工的时候，为了轨道交通建设的安全实施，应该要注意以下几种技术：第一是土压平衡。主要是为了保障土体的整体性，防止土体流失和坍塌现象。采用何种方式去平衡切割面土压平衡是盾构机选型的关键因素。第二是刀盘选择。隧道轨道交通的实施过程中，需要将地表上的土体挖除，刀盘的配置型式和结构与盾构的使用效率、寿命及成本有直接联系。为此，需要选择合适的挖土技术以适应轨道交通建设的安全实施。

2.灵敏度

盾构技术灵敏度的计算方式为盾构直径与长度之间的比例关系，在地层中，盾构的四周与正面均被土体覆盖，只有盾尾与管片之间留有较小的活动空间。在实施盾构技术进行轨道施工后，应将盾构的姿态进行调整，使其成为只有盾尾可以活动的状态。例如，在北京城市轨道建设中，由于土层条件为黏土，且处于半固体的状态，因此将盾构切口切入到土层中以后，基本上没有其他活动空间，在向下推进的过程中，采用顺势而下的盾构方式，使其纵向波度发生改变，这主要是由于受到盾尾的控制而产生。在软土土层中，盾构切口由于受到地层与切口的双重挤压，利用土体的塑涌对盾构切口进行控制，因此可以通过人为设置的方式，对盾构直径与长度之间的比例关系进行调节，进而反映出盾构技术的灵敏度。

二、轨道交通隧道盾构施工主要技术

1.盾构机冷冻刀盘技术

盾构机在砂层、淤泥层、断层等繁杂地质环境行进中，若开挖至建筑物下方，在刀盘驱动系统掘进时，需使用特别加固方法，因为一旦忽略此问题势必会引发地面塌陷。一般来说，在地质环境不符合盾构机常压换刀情况时，仅采用通常技术方法无法保证常压换刀的安全性，这尤其体现在对该区域沉降的把控上。针对此，2017年，我国中铁华隧联合重型装备有限公司创新研制出了世界第一台具备冷冻刀盘和复合注浆系统的双模式盾构机，其将冷冻法施工与盾构机相结合，在常压换刀流程中可保证刀盘四周被冷冻与稳固，从而冻结圆盘；与此同时，该设备还能提升土层强度与稳固性，并隔绝地下水，以进一步高效降低盾构机穿越特殊区域时发生地面沉降的概率。

2.盾构掘进施工技术

在盾构机的第一个测试段是45米，这个测试期的主要目的就是确保盾构机能够在最合适的位置上工作，同时也要对周围的地质情况有一个初步的了解。在此基础上，按照相关程序进行快速开挖，方能达到预期的施工效果。在测试结束后，立即进行常规工作，并对相应的设备进行调试。在进行盾构机的掘进过程中，首先要根据工程的实际情况，结合试验段的监测结果，进行最优的掘进参数；其次在继续推进的过程中，利用已知的施工参数，加强施工过程的监控，以便改进和控制地面的沉降；同时，在掘进过程中，必须严格控制，及时的发出掘进指令，并根据现场的情况进行调整。最后，当初始误差不大时，必须迅速修正，每次误差修正幅度不能过大，减少和避免对地层的扰动。

3.环缝衬垫与管片拼装技术

在开展错缝拼装作业的过程中，由于管片处于固定部位，且各个管片之间都具备相互牵制的关系，圆环并不会轻易出现变形的情况且圆度普遍较高，在管片拼装和环缝拼装环节提高了误差出现几率，导致施工阶段的应力普遍较大，使接缝区域的骑缝管片出现了纵向开裂问题。对于错缝拼装施工作业来说，主要是通过对衬垫所产生的压密量进行调整，根据不同的压密量情况，对每一块管片的制作宽度和误差予以严格的管控，有效降低施工阶段所出现的应力，避免管片在拼装的过程中受到应力的影响从而引起纵向开裂风险。管片拼装技术主要包含了预制、试拼装以及管片运输等三个相应的流程，将盾构技术纳入到城市轨道交通施工作业的前后期阶段，使管片之间的接缝部位能够产生较大的压力，在盾构移动的过程中，会随着盾构的位置变化而产生管片装转动。为了避免出现此类现象，在通常情况下可以使用橡胶软木对接缝区域的管片进行固定，确保环面受力的均匀性，在最大程度上降低管片破碎问题的发生几率，有利于保障管片的稳定性。

4.同步注浆技术

目前盾构灌浆工艺分为同步灌浆和二次灌浆。二次注浆比较普遍，但在直径约6.2 m的情况下需要进行同步注浆。注浆材料可视具体地质情况而定，注浆深度不超过2mm，可根据不同的地质条件，选用合适的灌浆材料和注浆量，以降低不合理的灌浆费用。由于同步注浆在盾构机施工中会增加对地面的纠偏次数，使其受干扰程度增大，故小曲率盾构法施工应加强对灌浆质量的控制，并控制好灌浆的数量和压力。在施工过程中，需要同时进行灌浆和盾构机，在灌浆质量达不到要求的情况下，盾构机应暂停推进，以减少地面土的变形。

三、轨道交通隧道盾构施工主要技术的应用要点

1.采取合理施工技术

为了在盾构法实施过程中取得理想的施工效果，同时确保施工质量和安全，进行盾构施工、选择盾构机时必须要关注以下性能：一是支护的稳定性。采用合理技术对地层及盾构正面土体进行支护，可以在保证结构受力稳定的同时，能够保证土体不出现流失现象。二是挖土掘进性能。在盾构正面有限空间内采用合理技术进行挖土，在促进顺利掘进的同时，有利于节省施工空间。三是排土运输性能。在盾构机后采用科学合理技术进行土舱罐装、排土，能实现土体的高效收集、快速运输，避免土体大量堆积，影响后续工序的顺利推进。

2.做好隧道衬砌结构设计

为了配合盾构技术在城市轨道交通隧道工程项目建设中顺利实施，需要做好隧道衬砌结构的设计工作。进行隧道衬砌结构设计时，重点关注盾构隧道管片的设计。结合地质勘测报告，对施工区域地基可能发生的不均匀沉降做出判断，沿隧道建设的轴线方向选择合适的断面进行受力分析，根据分析出的隧道结构力学特征选择合适的隧道管片，确保隧道在建设过程中能够承受上方主、次载荷的压力。一般，选择长期作用在隧道上方的受力作为主载荷，选择隧道竣工后其上通行的人流、车流最大流量时引发的受力变化作为次载荷，并综合考虑地震、水涌等特殊地质条件变化引发的偶发性载荷变化，综合分析之后作为隧道衬砌结构设计的分析要点。

结语：

采用盾构法对地铁项目隧道施工可发挥积极作用，目前盾构技术已经逐渐成为城市轨道交通建设的主要施工手段。因此，在实际施工过程中，相关人员要充分掌握盾构施工中的各项关键技术，以确保施工的顺利进行。

参考文献：

[1]何川，封坤，方勇.盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望[J].西南交通大学学报，2015，（1）.

[2]曹翼锋.武汉市轨道交通27号线隧道盾构施工技术研究[D].安徽理工大学,2017.

[3]王军飞.城市轨道交通隧道盾构施工关键技术探讨[J].工程建设与设计,2018(4).