地铁施工盾构法的施工技术研讨张杰

地铁施工盾构法的施工技术研讨张杰

张杰

关键词：地铁施工；盾构法；施工技术

1.问题提出

近年来，中国大中城市地下工程已经广泛采用屏蔽方法，取得了可喜的成果。在广州，1996年开始的地铁1号线的建设使用了日本引进的两套屏蔽盾和土压平衡盾之一。广州地区基岩深度较大，残留土层和风化岩层主要通过地平线，这是中国首次在更复杂的地质条件下构建盾构。除了考虑到软硬相的形成和将刀轮置于刀头之外，还要考虑到床面可以打开时打开施工。然而，科技的发展和工程建设的需要往往是无止境的。由于地质条件的多样性，即硬岩和软土以外，还有软岩，硬土等。而且由于地质条件的变异性，也就是在同一个项目中特别长的大型隧道的地质和水文条件往往不是单一的，经常遇到复杂的地层，所以原来的功能比较简单，使用一个一定的机械限制不能适应隧道施工（特别是增长隧道）的需要不断发展，势必要发展强大的适应性，多功能，能够“软硬”和高效率的隧道掘进机。近10年来，一种称为复合屏蔽的挖掘设备已经得到迅速发展。这种盾牌是盾构机和硬岩镗床的一些功能和结构，根据水文地质，工程地质等方面的实际情况，合理组合开发。它主要以盾构的形式使用，如预制混凝土组装衬里，但挖掘机构具有挖掘各种硬土和软土层的能力，局部软土层具有一定的稳定性和支撑力，而且还适应在水或少水的情况下到土壤。为了提高效率，该装置可以是伸缩式切割机，从而同时组装件和刀头开挖，大大提高推进效率。中国的地质条件从北向南差异很大，许多项目（如山西省，黄河入金工程，广州地铁工程等）提出了复合屏蔽要求的使用。例如，广州地铁2号线5号线项目，软岩地质系统（风化或强风化），采用复合盾构高速播放所有间隔隧道，再建站，打破目前国内地铁隧道传统方式，明显提高了建设速度，节约了工程投资。因此深入开展复合式盾构的研究具有重要的工程意义。

2.地铁盾构法简介

目前我国很多的大城市已经开始进行了地铁方面的工程建设，基本已经形成了地铁为核心的城市交通网络。对于地铁工程的施工和建设，在这个过程里面我们主要应用的是盾构法来进行其相关的施工的，所以我们地铁施工方面的单位需要对于盾构法进行详细的研究和掌握，了解关于盾构法的全方位的信息，这样才可以更好的在其工作原理的基础上进行较好的运用，本文从盾构法的几个点进行说明，来加强对于施工过程里面的盾构法的应用质量，这样在实现低碳盾构法的有效应用下来不断的提高相关的施工质量，从而更好的完成城市地铁工程的设计目标，更好的服务于城市的发展和人们的快捷出行。

2.1盾构法的发展过程

盾构法施工是近年才发展起来的一种新型的技术，近十年在我国人们的不断的应用中得到很好的发展，也将其改进的更加的好，从而让盾构法在城市地铁轨道的建设中更好的适应，从而更广泛的被应用，基本已经慢慢的取代了过程传统的挖掘方式，成为了地铁施工的主要技术之一。在现在我国许多城市里面，盾构法都得到了很大的应用，因为它不仅可以增加工程的建设效率，而且可以更好的提高工程的安全性。随着我国城市化在不断的进行着，人口呈现出向城市聚集的现象，所以对于城市来说，未来的地铁方面的运用更加的重要，这就需要我们现在开始逐渐的加快对于地铁方面的建设。要不断的研究盾构法方面的相关的内容，并进行较好的应用，这样才可以为之后的地铁网络的发展做好铺垫，从而更好的实现城市的发展。

2.2盾构法的技术原理和特点

首先在隧道末端施工的轴或地基为盾构安装到位。屏蔽由轴或基坑的墙壁沿着设计轴线制造到另一个轴或底座的设计孔。由屏蔽千斤顶传递到屏蔽尾部的阻力形成的屏蔽件已经装配有预制的隧道衬砌结构，然后扩散到轴或基坑的后壁，该屏蔽是这种最重要的方法结构独特的施工设备可以支撑压力的形成，可以形成圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的圆筒结构，在气缸前面设置各种类型的支撑和开挖土壤设备在钢管的中部有节流阀需要的千斤顶气缸的后部是一个具有一定空间的壳体，可以在盾构尾部安装一个预制的隧道衬砌环。屏蔽每次推一段距离，在屏蔽下方支撑环衬，并及时对于紧靠盾尾之后的开挖坑道附近和衬砌环外周之间的空隙里去压注充分的浆体，以预防隧道还有地面产生下沉的问题。在盾构进行推进的时候还应该快速的在开挖面去排出适量的土方。盾构法的主要机械设备是盾构机，它是由三个系统组成的，分别为挖掘、稳定支撑和注浆系统。盾构机在向前面挖掘的这个过程里面对于挖掘的洞有一个保护和稳定的作用，并且对于围岩周围进行加固的作用，从而在这个过程里面起到对于地铁隧道的挖掘和加固。盾构法的特点可以从三点进行说明，第一点就是盾构法在对于地铁的施工里面对于环境造成的影响比较的小，它的运用再次的震动和噪声都比较的小，而且可以在各种环境和条件下面进行施工，更好的进行地铁的建设。第二点就是，盾构法的精度比较的高，所以盾构的运行可以更好的提高地铁施工的精度。第三点，盾构法很好的节约了成本，它运用的过程里面可以通过熟练相关的一些技术来降低各种成本，更好的达到经济利用最大化的效果。

3.概述地铁施工盾构法

盾构施工技术指的是以盾构机为主要的施工设备所进行的施工。盾构机有坚强的盾构钢壳，使其地下挖掘施工比较安全可靠。它包含刀盘、管片、注浆体、压力舱、盾型钢壳等部分，各部分之间配合运转，促进盾构机挖掘作业的顺利实施。在进行盾构机挖掘的过程中，其尾部可以同时进行持续的注浆作业，该作业可以使挖掘中扰动周围土层的程度最大程度的降低，使隧道的稳定得到保障。盾构机在土层中的挖掘包括：确保开挖面稳定、挖掘并排出土壤、补砌和注浆作业三方面的内容。

盾构机作为主要的盾构法的机械设备，由挖掘系统、支撑系统和注浆系统构成，挖掘系统在前面进行挖掘推进，然后通过盾构外壳和管片去对围岩给予支撑，避免孔洞造成坍塌，然后盾构机尾部自身的注浆系统应该及时的注浆加固围岩，最后可运用出土机械飞速的的把挖掘出现的土体去及时的运出洞外。

盾构施工中需要满足的条件有：（1）线位上一定要设置盾构进出洞以及排土需要的工作井；（2）隧道其进行的埋深不可以太浅，应该保持覆土自身的深度要比隧道自身直径大出1倍；（3）盾构法自身的施工需要具有相对均质的地质条件；（4）应该保证孔洞彼此与孔洞还有其它建筑物之间加固的岩土水平厚度超过1.0m，垂直的厚度大于1，5m；（5）根据数据的统计显示隧道的长度如果小于750m，采用盾构法的造价会比传统的施工的方法高，所以不适合采用盾构法。

4.构盾机选择依据

按照工程地质以及水文地质条件还有施工环境以及工期上提出的要求，科学的对盾构机的类型进行惦，使其能够保证施工的质量、并且对于地面和地下建（构）筑物的安全与提升施工进度是非常主要的。因为当前只有在进行施工过程中才可以看到其自身选择的盾构是不是适合使用，不适合使用的盾构则会对工期以及造价产生比较严重的影响。在对盾构机进行选择的时候，一定要对其进行整体的考虑，使其能够得到经济并且安全以及可靠的施工方法。

5.地铁施工盾构法施工技术特点

5.1盾构机进入和退出施工场地相关技术点

第一，在盾构机进入施工场地的时候，我们要对于其相关的技术点和相应的参数进行一一的确认，通过控制盾构法来确保盾构机能够较好的进入施工场地来施工。在施工过程里，还需要对于盾构机的轴线进行不断的调整，来纠正可能出现的偏差，这样能更好的确定隧道的方向，避免造成较大的误差。盾构机在退出施工地点的过程也需要做好相关的工作，对于盾构机出来的时候进行较好的控制，更好的防护盾构机。

5.2盾构机掘进施工过程的相关技术点

盾构机在掘进的过程是一个中间的环节，也是地铁施工的一个技术点，我们要遵守相关的原则来进行，即要尽量的减少对于周围环境的影响，如尽量减少盾构施工对于土体的影响，换句话说就是要在盾构掘进的过程里面保持开挖面的稳定。所以这就需要我们对于盾构的较好的控制，有很多因素的控制，如盾构方式和盾构坡度等。施工过程里面我们要进行现场的测量，之后来结合一些对于因素的观测来进行相应的事业，从而实现盾构掘进的稳定性盾构机的施工流程如图1。

5.3对于不良的地质进行施工盾构机的相关技术点

对于地铁的建设过程里面会遇到不良地质的状况时，我们就应该针对盾构法施工的相关特殊技术进行，下面通过两点来进行描述。第一方点就是可以将土舱的压力进行增高，从而较好的房子土体的液化，第二点就是可以在土舱里面进行固定，从而可以增加盾构法施工的安全，提高施工相应的效率，更好的完成目标。

5.4盾构法施工技术分析

因为盾构法施工有较高的施工精度要求，如应该把制作管片的误差控制在0.5mm之内；盾构施工的高程和横向精度要求比较重要，其施工只能前进不能后退，风险比较大；盾构机头和预留洞门中心出现的偏差是贯通的误差，应通过测量尽可能控制该偏差。因此盾构法施工技术主要包括：

5.4.1盾构出洞进行准备的阶段

盾构始发出洞可以说是盾构通过始发基座去超前进行推进的，其能够令盾构在切口切入土层的一个过程。盾构自身进行出洞的准备阶段需要事先的进行人员，技术，设备以及材料之间的检查还有相关的准备工作，使其能够保证盾构能够安全，并且稳定的出洞。盾构出洞之前一定要先对洞口的出洞区域完成加固，可以说不管是水泥搅拌桩哟或是旋喷桩加固，都需要与设计标准保持一致。始发基座自身的定位对于始发姿态会产生很大的影响，因此需要重点去对始发基座的轴线以及位置还有洞口的尺寸以及相关的位置完成复核。然后，还需要对盾构机，后盾支撑系统完成试运行以及相关的检测。最后，需要对盾构出洞装置进行相关的安装以及检查，预防盾构在出洞之后产生注浆泄漏问题。

5.4.2盾构始发出洞

盾构始发出洞可以说是当前盾构施工的主要环节，盾构机切入土层之后需要对后盾构机能不是能够快速靠上洞口的正面土体进行检查，洞口假如产生渗漏应该及时对其完成封堵。检查之前的仓土压和土仓中是不是有混凝土块。检查第一环以及最后一环的管片所进行拼装的位置是不是精准。并且还需要对千斤顶自身的工作情况进行检查，预防盾构姿态产生问题。

5.4.3试掘进和正式掘进

盾构顺利出洞之后还需要完成试掘进，检查盾构姿态，管片拼装以及相关的注浆问题，观测地面沉降以及仪表数去对对掘进完成相关的分析与控制，使其能够找到最适宜的施工参数使其能够对施工的质量以及周边的安全给予充分的保证。掘进过程里应该一直能够对盾构姿态予以控制，令盾构自身轴线上的误差被控制在设计的偏差中，盾构自身的姿态控制可以说是掘进的主要技术。管片的拼装与注浆对隧道的稳定以及安全有着非常大的影响，所以需要非常关注管片自身的拼装以及注浆过程中的施工质量。

5.4.4盾构接收

盾构接收可以说是盾构施工中最后一个环节，其对于隧道施工的成败有很大的影响，所以需要充分的进行好盾构的进洞的准备工作，保证进洞姿态的良好同时还需要精准的将其就位在接收基座。盾构进洞区域的土体应完成加固，加固方式和时间需要与出洞的时候保持一致。进洞前一百环应布置导线控制点，对高程和横向要进行复核测量确保盾构进洞姿态良好。

6盾构法施工中的技术难点

6.1地铁工程施工安全防技术

在地铁工程施工过程中，施工空间比较狭小的，施工人员的交叉运行情况较为频繁，有必要进行地铁工程安全防护工程的施工，避免物体和高空物体的撞击事故，如电梯，预留开窗和楼梯，安全网，盖子或栏杆，在建筑物的入口处，也应设置保护棚，以及挡板，防护线和保护栏杆，这些防护装置的高度不应为小于1.2m施工人员在施工作业场所必须佩戴必要的劳保用品，如防滑鞋，头盔，安全网和安全带等，还需要固定安全带，以避免从天空掉落。

6.2防水技术

在盾构开挖期间，利用盾构机把压力施加在工作面上，促使土压力和水压力保持平衡，控制土层内的水，防止渗入隧道，以达到水分。本项目使用的盾构机，钢底架长度6.5m，厚度4m，节段连接屏蔽位置，屏蔽屏蔽钢丝刷，屏蔽机可以确定，可以有效防止地下水渗透。然而，由于隧道在涌水现象之前，应采用预灌浆方式控制涌水量。在含水层中，还需要使用灌浆技术进行水封闭，特别是软土。另外，PVE防水塑料板挂在背面的衬里，同样可以防水。

6.3地面沉降控制技术

地铁位于城市主干道和建筑密集区域，如果地面沉降，很容易造成重大事故。为了避免对周围岩石的影响，防止应力场的变化，有必要借助于表面沉降控制技术控制隧道周围切向应力的位移。在地质条件相对较差的盾构区域，地表沉降值必须控制在30mm以内，通过保持土壤可以控制开挖面的位置。压力和水压力的屏蔽平衡，以避免土层移位，减少土壤流失。对于由过度生长引起的地表沉降，需要填筑开挖场地以释放周围岩石的应力。同时，

6.4地下管线，地面施工保护技术

控制地面沉降，地下管道和地面建筑物起着保护作用，但根据现场实际情况，地下管道和地面建筑保护，需要搭建隔音支护系统，即挖掘面位置，通过增加或减少压力调节和控制方式，灵活调整地层应力，将表面沉降值控制在最小状态，并且在灌浆加固后，特别是建筑物表面底部的强度水平，管道作为纸浆墙，解决灌浆压力问题，达到预期灌浆效果，可以更好地保护地下管线和地面建筑施工区域内的盾构施工。

7结束语

盾构施工技术作为当前地铁隧道施工时应用的比较普遍的施工技术，随着地铁事业的快速发展，该技术的积极作用将会得到充分的展现，它能使施工的質量和施工的安全水平得到保障，所以技术人员应该对盾构施工技术加强研究的力度，在盾构的施工过程中，对各项参数和周围环境的变化进行密切的观察，并结合具体的实践经验，及时把异常情况排除，始终把施工参数控制在合理的范围之内，使工程质量和施工安全得到有效的保障。

参考文献

[1]向昌平.盾构法施工技术在地铁建设运用中的技术问题分析[J].中国高新技术企业.2012（08）.

[2]陈伟珂；蔚朋；杨保兰；张铮燕.地铁施工灾害警情诊断与可控度研究[J].中国安全科学学报.2013（11）.

[3]王东猛；邓美龙；尹清锋；刘江民；刘华.封闭式车站盾构调头始发施工技术[J].建筑技术.2010（11）.