试论盾构隧道施工管理

试论盾构隧道施工管理

范宇

中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司101100

摘要：随着社会经济的不断发展和进步，科学技术的发展也得到了飞跃。城市作为人类生活的空间，交通设施建设的重要性也就不言而喻了，城市的飞速发展及现代化，隧道在城市中的建设施工也越来越多。隧道盾构法施工主要是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，比如城市地铁隧道的施工建设，过江隧道的施工建设和排水管道的建设，这种方法最早出现在上世纪六十年代的西方国家，隧道盾构法施工一经出现便得到了重视，大力应用于城市地铁施工及排水管道建设中，取缔了最早的开槽明挖法和浅埋暗挖法等劳动密集型的隧道施工方法。

关键词：隧道施工；盾构法；管理

一、隧道盾构施工过程

隧道采用盾构法施工，盾构需要首先从竖井壁开孔，然后从开孔处往隧道轴线上另一竖井的开孔处慢慢移动。由于盾构的钢管结构非常特殊，因此它既能承受周围的地层压力，同时也能承受盾尾千斤顶的推力在地层中慢慢推进。盾构每在千斤顶的推力下前进一环的距离，同时就会在盾壳支护的作用下拼装一环衬砌。衬砌安装好后，盾构就会在盾尾后方开挖的洞壁与衬砌环外围所形成的的空隙中注入浆体，以免留下的空隙引起周围土壤的位移，让盾构受到挤压。盾构的完整施工过程如下。

（一）开挖土体

这个阶段盾构在开挖时开挖面所受到土壤的压力与压力仓的支护压力可以维持平衡状态。在盾构机的长度方向上，由于盾构机刚性支护的存在，土层所受到的地应力不会发生改变，但是之间的盾构在盾尾千斤顶的推力下向前推进时与土层之间所产生的摩擦力可能会引起土层的扰动。

（二）盾尾管片的拼装

当工作面推进到衬砌环宽度大小的时候，盾构就可以利用支撑环内的千斤顶向前推进。盾构的衬砌环通常由6到8块预制的管片拼装在一起，而衬砌环的宽度一般在1.2到1.5米的范围内，大直径盾构1.6到2.0米不等。这是因为环的宽度太小就会导致接缝数量的增加，进而让防水处理更加困难；而环的宽度太大又会增加盾尾的长度，盾构的灵敏度就会受到影响。

（三）向空隙内注入浆体

衬砌在盾构中拼装好以后，就会从盾尾脱出。衬砌安装好后，环的背面与开挖的洞壁间就会出现环形的空隙，空隙的存在会让周围的土体失去支护作用。这样的空隙可能会让底层发生位移甚至发生地面坍塌事故，因此需要及时的采取注浆措施来填充空隙。所注的浆体由管片上预留的注浆孔喷出，刚注入的浆体是液态的，之后会慢慢凝固，最后变成固体环绕在管片周围。注浆的凝固同时也能加强衬砌的防水功能。

二、盾构刀具更换

随着地质条件的变化，隧道掘进过程中盾构刀盘的刀具有较大磨损，必要时需要对刀具进行更换，尤其是当岩石强度较高时，需要更换滚刀。滚刀一般是背卸式，以方便拆卸，但相对而言，滚刀重量大、四周光滑、没有固定点、搬运困难、安装和拆卸均要比刮刀、边刮刀等刀具难度大。再加土仓内空间狭窄、不能多人同时作业，也很难借助机械，往往土仓内湿滑，土仓下部充满了泥土或者是泥浆，刀盘开口处还可能有不稳定岩土掉入，影响刀具更换。因此，进入土仓内更换刀具是盾构施工过程中一项相对较危险的作业工序，许多施工单位在刀具更换时，时有轻重伤事故发生。

2.1常压换刀更换时应注意以下事项：

（1）当地质条件不好、开挖面地层有可能失稳时，应预先对地层进行加固处理，可采取注浆或洞内加支撑等办法防止岩土掉块对仓内作业人员的伤害，尤其是作业人员在搬运刀具过程中遇意外物体打击极易失衡，轻则将刀具掉人刀盘内，要花费相当时间才能打捞上来；重则人易被滚刀碰伤，甚至有可能滑入刀盘底部，被滚刀二次击伤，造成严重后果。

（2）除了对地层采取必要的措施外，还要做好其它准备工作，如对刀盘内的积土或淤泥和泥浆进行清理，尽量保持刀盘内作业空间位置，搭设稳固的临时支架和作业平台，提供充足的照明，包括行灯等局部照明工具。

（3）选派技术精、能吃苦、体质好的作业人员进行刀具的更换工作，尤其相互之间要配合娴熟，尽量缩短盾构机停止时间，防止土体失稳。如有土体严重失稳，可分次完成刀具更换，一般这时土体强度不大，盾构机可掘进数环后再更换另一批刀具。软土地层中盾构机停止时间以不超过两天为宜。

（4）滚刀重量大、边缘光滑、不宜固定，应尽量借助机械装置安装和拆卸滚刀，如合理运用葫芦等起重装置和滑轨等移动装置，以及支架等固定装置，操作时仍需倍加小心。

（5）刀仓内潮湿，水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压。

（6）刀盘非期望转动伤人在盾构施工过程中屡有发生，因此，重新启动盾构机时一定要再三确认土仓内没有操作人员和工具材料已全部回收，最好能实现安全本质化，即在盾构设计或改造时，锁定原操作室的控制开关，在人闸口增设控制开关，并实行重复挂牌清点制度。

三、注浆作业

盾构机开挖直径一般比管片外径要大20～40cm，在掘进过程中需要对管片外侧的环形空隙中注入浆液体，大多以水泥、砂子、水为主要成份。浆液出口段为刚性管道，很容易堵塞，这些管多埋在盾壳内，不方便清理，常常整条管完全堵塞了才不得不清理，且砂浆已出现固化现象，清理非常困难。清理过程中，不要一面用具有弹性的硬质钢丝疏通，另一面加大注浆泵的压力，这样当管道突然畅通时，管道内的砂浆将会高速喷出，对周围的人员造成伤害，尤其是眼部伤害。应选用高压水枪进行冲洗，同时注意避免高压水枪伤人。

四、隧道内临时轨道运输

和其它工法施工隧道不同，中小直径的盾构隧道几乎均采用轨道运输系统。由于盾构机的掘进速度很快，往往运输是限制施工速度的一个瓶颈，因此，运输车辆一般设计得较长，碴土斗也设计得很大，占用了隧道很大空间。管片底部为圆弧形，对轨枕的稳定性有一定影响，运输车辆容易脱轨，有可能威胁人行道上人员的安全，尤其是碰到盾构机专用高压电缆时，后果不堪设想。施工轨道要严格按有关技术规范执行，对轨距、轨道高差、弧度、接缝等重要参数要重点检查，轨枕保证足够的刚度，并和管片上的螺栓保持固定或焊接，避免滑动变形。

应严禁各类人员搭乘管片车进出隧道，严禁挤在操作室内，如隧道距离较长，应设计专门的人员运输车辆，外设围栏，严禁车辆未停稳前上下车。隧道内运输引起的事故较多，一旦发生安全事故，后果大多比较严重，特别是在盾构机位置，电瓶车与盾构机之间几乎没有空隙，非常狭窄，稍不注意，人员易被挤卡在中间，伤人事故屡见不鲜。

目前国内单线地铁隧道的内直径多为5400～5500mm，盾构机的后配套设备一般有70～80m长，它的轨道比碴土运输车宽，但之间最窄的距离一般就是100mm，当任意一条轨道变形时，或盾构机上的配套设备发生位移时，极易和运输车辆相撞，尤其是高压电缆圈简位置突出，应引起高度重视。

五、提高盾构法施工措施

5.1合理的对机械设备选型

隧道盾构法施工中必不可少的就是机械设备，机械设备选择是否科学合理直接的影响到工程的质量和成本，因此，机械设备的合理选型非常重要。在隧道盾构法施工中，盾构机、门式起重机等设备是一般盾构法施工的通用选型，隧道软枕等通用型设计必须要结合具体的施工条件来进行选用和规划，从而有效的降低机械设备和施工材料的重复性资金的投入，控制生产成本，同时也能有效的提高挖潜增效施工效率，保证隧道施工质量。

5.2提高机械设备的工作效率

为了减少隧道盾构法施工的成本，提高机械设备的工作效率是关键的一环。在具体的隧道建设施工中，必须要对盾构机和龙门吊等机械设备进行良好的维修和保养，保持盾构机及其他的机械设备运行良好，可以提高隧道的建设效率，增加机械设备的使用寿命，从而大幅的缩减施工成本。

5.3网络化办公及工作人员素质的提高

工作人员的工资在地铁隧道建设施工成本中占有较大一部分的比重，然而过多的工作人员也并没有带来实际上工作效率的提高。因此，要进行科学合理的人工费控制管理，可以通过网络化办公的模式来改善工作人员工作效率低下的现象。网络化办公能够有效的对人力资源进行管理，并采取量化考核制度，加大考核机制，加强对工作人员的技术配需工作，提高工作人员的综合素质，减少人力成本的浪费和提高工作效率。

5.4隧道施工材料的管理

隧道施工材料的管理主要是改善材料的采购、保管和回收方面的工作，通过减少各个环节对材料的损耗，减少施工材料所需费用。在施工材料的采购阶段，务必要在质量合格的前提下尽可能的减少采购费用；而在材料的保管工作上，要根据施工的具体环境，合理地归置并采取一定的保护措施，减少废弃材料的出现，并在施工中严格的执行材料进场验收和限额领料制度，节约材料的使用；最后在施工材料的回收工作上，采取有效地措施，减少材料环节的费用支出，降低隧道建设的施工成本。

5.5提高自主创新能力

在进行隧道盾构法施工的过程中，通过技术的创新可以有效的提高隧道施工效率并保证隧道工程施工的质量安全。积极提高自主创新能力，可以提高生产效率，隧道盾构法施工要积极进行探索和应用，特别是在隧道盾构法施工的准备阶段，必须要有科学合理的设计和规划，可以采取做出多种施工方案的方法进行经济技术比较，然后敲定高质量、低成本的方案。在具体的盾构法施工中，对装备的采用和选择也要科学合理的选型，并积极的进行创新。比如盾构刀具的设计，可以建设刀具车间并自主化维修，从而生产出高质量并能够在使用中发挥其效力的盾构刀具。隧道盾构法施工中的一些泡沫剂、盾尾密封油脂等消耗品可以通过自主研发生产的方式提高产品质量并降低施工成本，一定程度上还能够打造出一条隧道盾构法施工的副产业链，从而推动隧道盾构法的应用与发展。

结束语

随着我国国民经济的快速增长和加入WTO，盾构施工在隧道建设中所占比例也会越来越大，在盾构施工技术提高的同时，安全管理工作也要同步提高。目前，盾构施工企业与政府、行业的安全生产检查、监督与评比主要依据建设部的《JGJ59-99建筑施工安全检查标准》，其中检查10项主要内容有4项不适用于盾构施工企业，建议有关部门尽快研究制订适合盾构施工特点的行业安全检查标准，以推动和改善企业的安全生产管理水平。

参考文献：

[1]盾构隧道施工风险分析与评价.季玉国.2013.6

[2]盾构法隧道施工技术及应用周文波2015.9

[3]盾构隧道施工引起的地表沉降及控制措施探析洪杰.2014.2