地铁隧道盾构法施工技术探讨

【摘要】隧道作为地铁工程的重要组成，其施工质量非常重要，而且考虑到地底环境的特殊，因此其施工技术也和普通隧道施工技术有所差距。本文笔者对地铁隧道中常用的盾构法进行了探讨，仅供参考。

【关键词】地铁隧道；盾构法；处理措施

一、地铁隧道盾构法施工原理

地铁隧道盾构法施工就是在盾构的掩护下连续安全地进行地层开挖与管片衬砌支护工作， 其基本构造包括盾构壳体、刀盘、人闸系统、螺旋输送机与保压泵喳装置、铰接装置、盾尾密封装置、管片拼装机和管片整圆器、刀盘驱动系统、盾构推进系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、膨润土设备、数据采集系统、 SLS-T隧道导向系统、后配套设备等部分，其主要施工工序包括盾构的安设与拆卸、土体开挖与推进、衬砌拼装与防水等部分。盾构法施工时，首先根据地铁规划设计，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其内安装盾构机，当盾构就位后，先向开挖面掘进相当于装配式衬砌宽度的土体（一般为 1.5m），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，保持盾构能均匀连续前进。

二、施工中具体问题预防及处理措施

1、刀盘及土仓聚积泥饼的处理和预防

在粘土地层中，盾构机掘进易造成泥饼，致使盾构掘进荷载增加，进而提升喷涌发生的危险系数，所以为防止此类问题导致的出土和掘进困难，应采用以下对策：为改善土体的和易性，防止粘土结块，应在掘进时注人适量的泡沫剂；为提高搅拌的范围和强度，应在刀盘背面和土仓隔板上设置搅动棒，如此还可借此在土仓隔板的预留注水孔内注水，以对刀盘和土仓进行及时的清洗；提高空转刀盘的旋转速度，以确保泥饼在离心力作用下尽数脱落； 在开挖面稳定的基础上， 可进行人工人仓的泥饼清除工作。施工时， 盾构以均匀速度穿越河道，要避免由于盾构设备故障而停止在河道下部。加强盾构机前方管理及注人防水剂等措施，以防止漏水。通过调整盾构掘进速度及出土量和实施背后注浆，减少地基沉降。

2、盾构法施工精度控制及纠偏

通过利用盾构机的 ROBOTEC 导向测量系统可以实现在掘进中盾构机的定位、管片定位和管片安装顺序的测算。为确保该自动导向系统的准确性，在盾构机零位测量时安装人工测量标志，对其进行定期检查和不定期检查， 避免因系统自身原因而引起施工误差， 从而保证整个隧洞的贯通。 加强同步注浆管理， 合理注浆量和适当注浆压力，防止隧洞下沉或上浮。如果由于地质条件的突变或盾构机操作的失误，引起线路偏移，必须进行纠偏，在盾构机纠偏过程中必须注意如下事项：在改变刀盘转动方向时，应保留适当时间间隔，切换速度不宜过快；根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，避免引起更大的偏差；蛇行的修正应以长距离慢慢修正为原则，如修正得过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远点的连线同设计曲线相切。

3、泥饼问题

在穿越粘性土层时，盾构机刀盘一般是在高温、高压中进行掘进的，在这种环境中，粘性土易压实固结产生泥饼，特别是在刀盘的中心部位。当产生泥饼时， 掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。施工中主要采取下列预防措施防止泥饼的产生：加强盾构掘进时的地质预测和泥土管理，特别是在黏性土中掘进时，应密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态；增加刀盘前部中心部位泡沫注入量并选择较大的泡沫注入比例，改善土体的和易性，减小渣土的黏附性，降低泥饼产生的几率，必要时螺旋输送机内也加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出；在到达黏性土地层之前把刀盘上的部分滚刀换成刮刀，增大刀盘的开口率；在刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围；一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落，必要时也可在确保开挖面稳定的前提下进行人工进仓清除。

4、盾构机滚动处理措施

（1）盾构机的滚动监测方法

将水准仪架设在盾尾，选盾构机左右对称的两根千斤顶进行测量， 所选千斤顶间距离要适中不能过短。 测量时要求两干斤顶伸长量相等，然后在两千斤顶相对的同一位置立尺，测量其高差，再根据两千斤顶间设计距离。

（2）盾构机滚动处理措施

在盾构掘进过程中，主要采取以下措施来防止盾构机的旋转：掘进时，应对症下药， 即采用加注泡沫， 或者膨润土的方式减小刀盘扭矩，从而达到有效消除盾构机产生旋转的外力的目的。为保证注浆量，应及时进行注浆，并灵活使用活性浆液等对策提高盾构周边摩檫力，以达到有效控制盾构旋转的目的。若盾构旋转出现偏差，则应用改变刀盘旋转方向的方式进行调整。为达到有效控制盾构机旋转角度的目的，应适当放慢推进速度，并使用刀盘正、反转予以控制。

三、提高盾构施工法的工程质量措施

1、机械设备

推进设备、挡土设备、出土运输设备、安装衬砌设备都是地铁盾构施工中不可或缺的，不可替代的工具。而当这些设备出现损坏，往往会影响到施工进度，甚至造成安全事故。比如任何的地铁盾构施工都会有一个连续使用时间界限，当设备到达使用界限后，就处于疲劳运行的状态。由于地铁盾构施工所处的工作环境和条件较为恶劣，推进设备中的叶片受力情况复杂，承受着较大的冲击载荷，很快就达到疲劳极限状态，如果设备维护不当，叶片断裂事故则较常发生，不但延缓了工程的进展，而且对操作人员的生命健康造成了严重的威胁。

所以，在研究盾构机的广义自然风险和广义人为风险之外，还必须研究与地铁盾构施工安全紧密相关的第三级，即盾构机适应性风险。

2、培训必须全面持久，具有良好的施工技能技巧为了进一步提高施工质量，减少安全事故的发生，施工企业一定要不断地对工人进行各方面的培训和学习，比如技能培训、安全知识培训等。根据实践证明，较多的安全事故发生其大部分主要原因是由于施工人员缺乏一定的技能水平，这部分施工人员由于缺乏对所处岗位的认识，不懂得工程本质特点、机械设备性能、不知道如何去规避风险，因而出现违规操作的现象就常有发生，使得安全事故频发。 所以我们要进一步加强对员工的技能培训，以便能减少事故的发生率。

结语：

随着盾构法施工技术在原有的基础上不断发展，国内盾构施工技术也取得了可喜的成绩。这对施工技术人员素质提出了更高的要求，更需施工技术人员通过不断学习和实践，熟悉这些相关的施工技术，掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策，才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证和技术探讨。

参考文献：

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[2] 竺维彬，张志良，刘靖，路水记 . 工程质量与安全管理 [M].北京：中国劳动社会保障出版社 .2012 年