地鐵工程中盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點及應(yīng)用建議探析

劉同

【摘要】盾構(gòu)施工是融合機(jī)電、計算機(jī)、電子、材料科學(xué)等技術(shù)的施工方法，目前在地鐵工程中得以廣泛應(yīng)用。為提高地鐵工程中盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用效果，本文將在分析地鐵工程中盾構(gòu)施工技術(shù)優(yōu)點的基礎(chǔ)上，以某地鐵工程為例，深入探討該工程盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用建議。

【關(guān)鍵詞】地鐵工程；盾構(gòu)施工；技術(shù)應(yīng)用

1.地鐵工程中盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)點分析

盾構(gòu)施工適用于地鐵工程的地下施工部分，相比于其他地下施工方法，這種技術(shù)能夠有效避免含水砂層、高水壓地層等不良地質(zhì)的施工干擾，具體表現(xiàn)出以下幾方面的施工優(yōu)點：

（1）環(huán)境影響小。盾構(gòu)施工的開挖量小，因此不會造成周邊土層的沉降，地鐵工程應(yīng)用這種施工技術(shù)，不僅不需要大范圍封鎖道路交通，而且不會影響周邊居民的正常生活和工作，所需要付出的環(huán)境代價微乎其微。

（2）限制條件少。盾構(gòu)施工在任何地形環(huán)境中的排斥因素都很少，而且地表所占用的施工面積不大，甚至在大深度、大地下水壓的施工環(huán)境中均可使用，極容易控制施工的成本。

（3）結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平優(yōu)良。盾構(gòu)施工以較高的機(jī)械化水平，可在施工時控制沉降量，且施工組織、施工管理等均比較簡單，譬如在有地下水區(qū)域施工，盾構(gòu)施工不需要進(jìn)行降水處理，即可保證地鐵隧道的抗震性能，而且施工速度快，有利于提高地鐵隧道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平。

2.案例地鐵工程應(yīng)用盾構(gòu)施工技術(shù)的若干建議

在明確地鐵工程盾構(gòu)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，在此將以某地鐵工程為例，通過對該工程應(yīng)用盾構(gòu)施工技術(shù)背景概況的了解，進(jìn)而結(jié)合工程實際的施工情況，提出盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用的具體方法。

2.1工程基本概況

本工程地層性質(zhì)為粘土、砂卵石，具有松散的地質(zhì)特征，但其中泥水壓力不夠穩(wěn)定，不利于工作面穩(wěn)定性的控制，要求通過泥漿壓力、流量和出土量的控制在完全密封的情況下，適量加入添加劑，以防止泥漿噴發(fā)，提高施工的止水性能。工程勘察資料顯示，地層泥漿具有潤滑作用，為盾構(gòu)施工提供方向控制的便利性，且不需要較大的推力，但由于排泥管直徑受到限制，可能需要進(jìn)行大漂石的二次處理。開挖效率要求方面，尤其泥漿循環(huán)分離時，泥漿的流動性和止水性不佳，不利于掘進(jìn)效率的保證，從側(cè)面要求配備龐大的泥漿分離設(shè)備和騰出足夠的場地放置。

2.2盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用

出于經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方面的考慮，本工程決定采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，涉及的技術(shù)內(nèi)容包括盾構(gòu)進(jìn)出洞、掘進(jìn)及運(yùn)輸、曲線段盾構(gòu)姿態(tài)控制三個方面：

（1）盾構(gòu)進(jìn)出洞技術(shù)。進(jìn)出洞是盾構(gòu)施工質(zhì)量保證的關(guān)鍵，要求在盾構(gòu)施工之前，詳細(xì)調(diào)查地質(zhì)和環(huán)境的情況，以便在施工時針對性采取加固、降水、監(jiān)測等技術(shù)手段。本工程的盾構(gòu)進(jìn)出洞，首先要求加固洞口的土壤，目的是提高洞口土體的穩(wěn)固性，具體的做法是在洞口中線縱向距離3m范圍內(nèi)，分別在兩邊4.0m位置，借助鉆機(jī)鉆孔，然后以梅花狀植入規(guī)格φ42的花管和注入水灰比1：的水泥砂漿，注漿時，將注漿壓力和注漿終壓壓力分別控制在0.05-0.1MPa、0.15-0.3MPa范圍內(nèi)，在每個孔注漿完畢后，再將注漿管拔出。該道工序的施工，除了需要控制注漿壓力，注漿量的控制亦是施工重點，如果注漿量太大，可能會導(dǎo)致洞口土體強(qiáng)度太大，從而加大盾構(gòu)切削土體的難度水平，筆者認(rèn)為本工程的注漿量，應(yīng)根據(jù)土體性質(zhì)區(qū)別對待，譬如每立方米的卵石注漿量控制在0.4m?之內(nèi)，而每立方米的粘土土層，以控制在0.5m?之內(nèi)為佳。其次是將橡膠簾布安裝在出洞口，目的是在盾構(gòu)機(jī)出洞時，減少盾構(gòu)機(jī)外殼周圍泥水的涌出量，本工程在盾構(gòu)掘進(jìn)期間，在洞口的預(yù)埋鋼環(huán)之上，將橡膠簾布固定在壓板之上，并將壓板安裝成扇形，在盾構(gòu)機(jī)刀盤入洞后，調(diào)整壓板與盾構(gòu)機(jī)外殼之間的距離，直至盾尾鋼絲刷進(jìn)入洞口后，再進(jìn)行壓板的調(diào)整。最后是鑿除洞口的鉆孔灌注樁，以最快的施工速度，從上到下鑿除洞口的鉆孔灌注樁，目的是控制正面水土的流失，鑿除時需要徹底清除混凝土塊和鋼筋，同時保護(hù)好洞口的密封裝置。

（2）掘進(jìn)及運(yùn)輸技術(shù)。在穿越級配砂卵層的時候，發(fā)現(xiàn)刀盤切削和攪拌時，刀盤與砂卵層存在明顯的摩擦碰撞現(xiàn)象，從而出現(xiàn)地面震動、噪音、推進(jìn)壓力大、螺旋輸送機(jī)堵塞等問題。震動與噪音問題，筆者認(rèn)為可在刀盤旋轉(zhuǎn)時，按照一定的20：7比例關(guān)系，將泥、泡沫適量加入，減少刀盤與砂卵層的摩擦程度，或者在制備泥漿時，將改性材料加入，適時刀盤與砂卵石之間的摩擦也可以得到有效緩解；推進(jìn)壓力太大的問題，考慮到全斷面地質(zhì)是砂卵石，地質(zhì)條件比較長，可通過盾構(gòu)機(jī)外殼上的加泥小孔，適量加入改性泥漿，以此保證盾構(gòu)推進(jìn)的連續(xù)性；螺旋輸送機(jī)堵塞問題，在每環(huán)掘進(jìn)之前添加泥漿，在刀盤旋轉(zhuǎn)約60min之后，再進(jìn)行掘進(jìn)，同時根據(jù)出土的情況，合理調(diào)整加泥量。在正式掘進(jìn)的過程中，掘進(jìn)的連續(xù)性、土壓平整、出土順暢等，直接關(guān)系到地面沉降問題，適時需要控制好推進(jìn)的參數(shù)，本工程要求以20mm/min的推進(jìn)速度和5-9Mpa的刀盤油壓，將土壓力控制在0.05-0.07MPa范圍內(nèi)，同時每次加入1300L的泥量和350L的泡沫液量。另外土倉壓力的穩(wěn)定也是掘進(jìn)工序的重點，為保持出土量的穩(wěn)定，建議按照0.06MPa的標(biāo)準(zhǔn)控制掘進(jìn)土倉壓力，檢查發(fā)泡的效果、泥漿質(zhì)量和螺旋輸送機(jī)使用的合理性，禁止隨意改變出土量。筆者認(rèn)為在盾構(gòu)掘進(jìn)的初始階段，需要優(yōu)化設(shè)計掘進(jìn)的參數(shù)，本工程每24h內(nèi)的交接班60min、作業(yè)準(zhǔn)備120min、休息60min、盾構(gòu)推進(jìn)40min、運(yùn)輸10min、管片拼接25min、測量5min、同步注漿40min，以此可推斷出每24h的推進(jìn)量為15環(huán)，以此作為施工標(biāo)準(zhǔn)，就可以保證掘進(jìn)施工工程量的正常。

（3）曲線段盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)。盾構(gòu)施工的偏移問題，是導(dǎo)致地層損失和地面沉降的罪魁禍?zhǔn)祝绕涫潜竟こ躺奥咽牡貙有再|(zhì)，需要控制曲線段盾構(gòu)姿態(tài)，期間需要考慮盾構(gòu)機(jī)刀盤正面、刀盤圓周面、盾殼圓周面受到的土壓力和水壓力，以及盾尾施加于盾構(gòu)里面的壓力等，綜合各種力矩的綜合作用，分析掘進(jìn)時不同形式的運(yùn)動，然后明確盾構(gòu)機(jī)的水平偏移、垂直偏移等情況。施工現(xiàn)場的盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)狀態(tài)下，其運(yùn)動主要沿著設(shè)計軸線前進(jìn)，在地層不確定因素干擾下，出現(xiàn)了明顯的繞軸線旋轉(zhuǎn)偏移，筆者認(rèn)為應(yīng)該通過對千斤頂編組的調(diào)整，協(xié)調(diào)盾構(gòu)的推力和彎矩，形成完整的盾構(gòu)姿態(tài)控制系統(tǒng)，具體的流程為：正常推進(jìn)—測量—控制器—目標(biāo)值，然后在允許偏差范圍內(nèi)，檢查偏移量是否超標(biāo)，如果未超標(biāo)，則繼續(xù)推進(jìn)，如果超標(biāo)，則適當(dāng)調(diào)整千斤頂。在曲線段盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制方面，必須充分了解盾構(gòu)機(jī)的特性，然后監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)狀態(tài)，全方位掌握盾構(gòu)機(jī)的水平位置、立面位置、旋轉(zhuǎn)位置等，把控好推進(jìn)的每一個技術(shù)參數(shù)，保證水平糾偏、立面糾偏等的合理性。

3.結(jié)束語

文章通過研究，基本明確了案例地鐵工程盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用方法，其中涵蓋了盾構(gòu)進(jìn)出洞技術(shù)、掘進(jìn)及運(yùn)輸技術(shù)、曲線段盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)，但鑒于不同地鐵工程盾構(gòu)施工條件和要求的差異性，以上方法在其他工程中應(yīng)用時，還需要結(jié)合實際工程的施工情況，予以靈活的參考借鑒，并進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的補(bǔ)充和完善。

參考文獻(xiàn)

[1]王立峰，祝江鴻，羅勁鴻等.杭州地鐵盾構(gòu)施工中地表位移及變化規(guī)律研究[J].科技通報，2013，（9）：197-201.

[2]楊帆.深層地鐵盾構(gòu)施工地層水平位移動態(tài)分析[J].民營科技，2013，（9）：171.

[3]王巖，錢新，李旸等.北京地鐵無水砂卵石地層盾構(gòu)施工技術(shù)難點及施工對策研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013，（8）：97-101.

[4]吳小燕.淺析地鐵盾構(gòu)施工中的測量方法[J].河南科技：上半月，2013，（6）：136.