南水北调中线穿黄工程中盾构施工技术的应用

摘要：在南水北调工程中，盾构施工技术在穿黄工程中的应用最具特点，本文介绍了盾构施工的基本原理，以及它在穿黄工程中的选择与应用，并对这一施工技术，提出降低施工成本的几项管理措施。

关键词：盾构施工技术穿黄工程应用

中图分类号： U455.43 文献标识码： A 文章编号：

一、盾构施工技术概述

盾构是在土方开挖、正面支护和隧洞衬砌施工中所采用的一种施工工具。它既能承受支撑地层带来的压力，又能在地层中推进的一种钢筒结构。在隧洞挖掘中每推进一段距离，就可以在盾尾部分拼装增加一环支护，并能够向盾尾外延的空隙中压注浆体，防止出现地面下沉的施工情况，盾构推进中排出的土方，都是从开挖面排出来的，而且排出来的量控制得很好。

盾构法就是通过挖隧道所使用的专业机械设备在地面以下建造隧道的一种施工方法，基本原理就是：确定隧道路线后，在隧道的一端先建造竖井或者是基坑，确保盾构的安装。安装完毕后，盾构从竖井或者基坑在洞壁上留下的孔洞出发，沿着工程所设计的轴线，在地层中向着另外的竖井或者基坑上的孔洞推进。在施工中，盾构所遭遇到的阻力，通过钢筒中间的千斤顶传至盾尾的衬砌，最后到达竖井或者基坑的后靠壁上。

当然，盾构法受到广泛的关注与运用同它自身的优点是分不开的。首先，盾构施工都是在地下进行的，施工中的噪音和振动对地面的影响和干扰比较小，不影响地面上的正常交通；其次，这种施工方法需要的施工人员少，劳动强度虽然不大，但是生产的效率却很高；再次，覆土量的多少对隧道的施工费用根本产生不了影响，对于覆土较深的隧道工程，可以采用这种方法；最后，地面施工容易受气候气温的干扰影响。由于盾构施工是在地下进行，因此，施工不会受到风雨等自然条件的影响。

相对的，任何的施工方法都不可能是完美的，盾构法也存在自身的一些不足：例如，当隧道的施工半径过小时，这种方法就很难进行；隧道施工的覆土量太少，也就是说覆土太浅，开挖面的结构不稳定，就不能采用这种办法施工，这种施工方法需要一定的覆土厚度；盾构机施工上方的地标沉降问题不能很好地预防，特别是土壤比较疏松、含水量高的土层，到目前为止还不能完全防止这个问题的发生；另外，在含水量高的的土层下施工，使用的拼装衬砌在防水技术和性能上要求的技术比较高。

二、穿黄隧洞盾构施工法的选择

结合国内外的工程施工实践来看，对于一些埋层比较深、需要穿过松散的含水地层、河床的冲击强度大，而且地质比较复杂的河底隧洞施工工程，想采用普通的常用方法是行不通的。如果采用盾构法施工，同其他方法相比更具可行性，不仅施工的进度比较快，而且更安全更高效。

从全世界范围来看，德、法、日等国在盾构机的生产开发和施工技术上处于领先地位，国内在盾构机的制造研发上也比较积极，通过不断地学习和研究，水平得到了很大提高，尤其是上海隧道公司，从1998年至今，一直掌握着国际最先进的盾构施工技术，成为隧道盾构施工专业公司，并得到了世界同行业的认可，在一定程度上代表了我国的盾构施工技术水平。目前，通过国内一系列工程施工，积累下了丰富的施工经验，证明了国内施工技术的可靠性。在穿黄隧道工程中，盾构法施工得到广泛推荐。

穿黄隧洞的地下水位一般在位于地表下的1-2米处，由于黄河水与降水的补给，水量非常丰富，因此在这个施工过程中，保证开挖面的稳定是一个及其重要的安全因素。

国内外很多处于河海下的透水层都采用的是泥水加压式盾构施工方式，拥有丰富的经验和技术。泥水加压式盾构的适用范围很广，对于河道下施工的那些土层都能适用，上海延安东路复线隧道就是一个很好地例子。

结合穿黄隧洞断面较大，地层结构和条件比较差，施工时一次推进的距离长的特点，把国内外相同或者相似的施工实例作为参考，听取有关专家的意见，确定泥水加压式盾构施工是可行的，在经济上和技术上更合理。

三、盾构施工技术在穿黄隧洞中的技术难点

通过地质专家的地质勘探，穿黄隧道要经过砂土层和填土层，地质复杂，地下水的水位也高，因此，敞开式的盾构机不适应施工需求，应该采用封闭式的盾构机。施工存在一定的难度，主要有四点：

1、连续墙在地下深处施工的技术。地下连续墙的厚度有1.5米，但深度接近77米，这在国内均属首例。施工中所要穿过的细砂层水的含量已经达到饱和，因其稳定性不强，所以施工难度非常大。正式施工前应进行科学的预算，制定详细的施工方案，听取专家的意见，在现场进行实验。

2、大型的深度竖井施工技术。盾构竖井的结构都是圆筒型的，在穿黄隧洞施工中，地下竖井的深度与地下水的水位接近，下挖的过程中会存在渗水或者是涌水的风险。经过计算和实验论证，穿黄工程的两道竖井根据不同的情况，采取了不同对策和施工方案。采用高压旋喷桩对下游的工程线进行封底，用水下开挖回填混凝土实施对上游的封底方案。在竖井的外部还设置有挡水墙保证施工的安全与顺利进行。

3、盾构的始发技术。是发端主要是砂层，埋藏的深度大，又有丰富的地下水，施工初期最容易出现涌水的情况，况且施工的深度也大，距离地面以上有50米的距离，一旦出现这些安全威胁，会给人员和设备都带来损失。因此，可以再一开始的时候才用冷冻技术对地层进行加固处理，提高土层的稳定性；还要加强防水防渗的力度，做好对泥水压力的控制，避免地面坍塌给低下施工带来的安全隐患。

4、长距离的掘进给盾构机带来的技术问题。掘进的总线路很长，土壤结构中石英含量高，又有钙质的结核层，对刀片的磨损很大。由于要穿过不同地质层，对土壤特性的要求相对高；还必须控制对开挖面的压力，保证开挖面的稳定；由于管道承受的水压很大，所以管道的焊接中，各个部位的防渗要求相当高。

四、降低隧道盾构法施工成本的管理措施

成本的管理包括对施工成本的预测、成本的使用计划、成本的核算和成本审计。工程总是围绕着成本与工程质量来进行的，所以在工程的实施过程中，既要考虑到工程质量的好坏，也要把成本的消耗降到最低。

1、根据工程实施的具体情况，合理制定成本的预算计划，给工程各部分一个大致的控制范围，将降低成本的任务落实到各个管理层上。而后要成立专门的资金监督机制，确保物尽其用，成本是否都花在了该花的地方，发现问题后要及时处理。其次，可以定期开会，讨论工程款项管理中的漏洞，改善管理监督体制。

2、确保施工队伍的安全，减少事故的发生率，保障施工的顺利进行和施工进度，避免增加额外的经济支出。要建立健全严格的质量保证体系，一旦出现质量问题，就会要求返工，不光耽误工程进度，还会造成人力、物力和财力的浪费。

3、加强施工材料的管理监督和劳务费用支出。材料在选材过程中，严格把守质量关，管理要严格，避免材料的浪费，对废弃材料及时回收。对于施工工人也要合理选拔和采用，最好不要出现冗员的情况，充分利用有效地人力资源。

五、结束语

穿黄工程是我国水利施工中的一个特别实例，它克服的困难多，问题的困难强度也大，是我国盾构施工技术成熟的标志，也为我国的盾构施工提供了宝贵的经验。

作者简介：金振泽(1984- ),男，吉林长春市，南昌大学建筑工程学院，本科，研究方向：水利水电

参考文献：

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