探討盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)發(fā)展

黃邦明

摘要：在隧道施工中選擇安全高速的施工方法已經(jīng)成為了目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的研究重點(diǎn)問(wèn)題，盾構(gòu)法是隧道施工中應(yīng)用較為廣泛的一種方法，確保了施工質(zhì)量。本文以盾構(gòu)法作為研究對(duì)象，從盾構(gòu)法施工的原理和基本流程入手，分析目前盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀，找出其中存在的問(wèn)題，然后闡述了盾構(gòu)法施工質(zhì)量的控制方法，最后展望盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)的發(fā)展，希望本文的研究能對(duì)隧道施工有所幫助。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法;隧道施工;質(zhì)量控制;技術(shù)發(fā)展

前言：

隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和城市的發(fā)展，交通建設(shè)在進(jìn)一步的推進(jìn)，盡可能的解決交通堵塞和閉塞的問(wèn)題，提高出行效率，這也是解決交通問(wèn)題的重要方向。隧道可以充分利用空間，成為了交通開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容。盾構(gòu)法和一般的隧道施工方法相比更為安全，并且技術(shù)可操作性較高，施工效果較好，在隧道施工中應(yīng)用愈加廣泛，為隧道建設(shè)技術(shù)應(yīng)用提供了方向，也提高了隧道建設(shè)質(zhì)量。

1.盾構(gòu)法施工的原理和基本流程

盾構(gòu)設(shè)備是集機(jī)、光、電、氣、液、信息于一體的隧道施工成套設(shè)備，能高效完成掘進(jìn)、出渣、支護(hù)整套施工流程，具有自動(dòng)化程度高、對(duì)交通和周圍地層影響小、有利于環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。盾構(gòu)法能夠很好地解決隧道巖土層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問(wèn)題，避免出現(xiàn)土層塌陷，也能夠?yàn)樗淼朗┕ぷ鳂I(yè)提供一個(gè)安全的環(huán)境。

1.1盾構(gòu)法施工的原理

盾構(gòu)法利用盾構(gòu)鋼殼作為掘進(jìn)設(shè)備，固定在設(shè)備前側(cè)，借助這一設(shè)備作為動(dòng)力來(lái)源，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的其他輔助系統(tǒng)，完成掘進(jìn)過(guò)程。目前隧道施工中較為常見(jiàn)的盾構(gòu)機(jī)分為半機(jī)械式、擠壓式及全機(jī)械式幾種，結(jié)合具體的施工環(huán)境和施工方案的不同，可以選擇不同的盾構(gòu)機(jī)類型。盾構(gòu)機(jī)的基本原理就用壓力動(dòng)力進(jìn)行推進(jìn)挖掘。本身盾構(gòu)機(jī)鋼殼結(jié)構(gòu)的承載能力較好，可以在隧道施工過(guò)程中起到臨時(shí)支撐作用，為內(nèi)部施工提供必要的安全空間。在目前的盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，通常會(huì)借助計(jì)算機(jī)完成電子操作，在一些小型隧道可以借助手動(dòng)操作完成施工，通過(guò)數(shù)據(jù)控制壓力布局，從而對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行控制，保證工程施工按照預(yù)定計(jì)劃展開(kāi)，確保施工質(zhì)量。

1.2盾構(gòu)法施工的基本流程

盾構(gòu)法在應(yīng)用時(shí)涉及到多個(gè)流程項(xiàng)目，需要短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多個(gè)項(xiàng)目同時(shí)施工，施工現(xiàn)場(chǎng)容易出現(xiàn)混亂，再加上施工強(qiáng)度高，容易出現(xiàn)安全事故，因此需要嚴(yán)格按照其流程進(jìn)行操作。首先，在始發(fā)作業(yè)階段檢查盾構(gòu)機(jī)是否安裝完成，進(jìn)一步對(duì)盾構(gòu)機(jī)周邊巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，確保盾構(gòu)機(jī)能夠順利始發(fā)。然后，正常施工過(guò)程中，借助外界人力、輔助設(shè)備、材料等，完成隧道的挖掘、出渣、支護(hù)作業(yè)，形成隧道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)框架。最后進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)貫通接收，拆除盾構(gòu)機(jī)，方便后續(xù)的隧道施工。

2.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀

國(guó)家和各個(gè)地方起都極為支持盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)多年的努力，相關(guān)技術(shù)手段在不斷的創(chuàng)新，相關(guān)性能得到了優(yōu)化，確保了工作的穩(wěn)定性，盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)有了明顯的進(jìn)步，在隧道施工中應(yīng)用更加廣泛。

2.1開(kāi)倉(cāng)技術(shù)

盾構(gòu)法施工過(guò)程中，為有效避免掌子面沉降，需在開(kāi)挖倉(cāng)建立壓力來(lái)平衡掌子面土壓及水壓。因此在盾構(gòu)制作時(shí)，根據(jù)地質(zhì)條件，有針對(duì)行地設(shè)計(jì)了壓力平衡倉(cāng)，當(dāng)施工過(guò)程中遇到地質(zhì)條件差時(shí)，關(guān)閉平衡倉(cāng)門(mén)來(lái)建立壓力。從而，檢查掌子面圍巖情況、更換刀具及突發(fā)情況時(shí)，則需開(kāi)啟倉(cāng)門(mén)。目前，我國(guó)的盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)技術(shù)已相當(dāng)成熟，最常規(guī)的是常壓進(jìn)倉(cāng)，相對(duì)而言較安全，帶壓進(jìn)倉(cāng)、帶壓動(dòng)火、帶壓潛水等領(lǐng)域也都取得了較高的進(jìn)步，都有一整套保證安全的操作流程。

2.2盾構(gòu)隧道對(duì)周邊的影響

隨著城市建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，地下工程開(kāi)發(fā)規(guī)模也在加劇，地鐵隧道建設(shè)緩解了城市交通的壓力，不過(guò)一般地鐵大多都分布在市中心和繁華區(qū)域，周邊地上的構(gòu)筑物較多，地下管線較為復(fù)雜，選擇盾構(gòu)法隧道施工，難度較高，涉及到多方面的影響因素。盾構(gòu)法對(duì)于地形的適用應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)于周邊的地層影響較小，在地鐵隧道施工中應(yīng)用較為廣泛，不過(guò)在其實(shí)際結(jié)構(gòu)中，需要考慮到隧道本身的穩(wěn)定性和安全性，也需要考慮到對(duì)于周邊環(huán)境的影響，在建設(shè)過(guò)程中不可避免的會(huì)對(duì)周邊地層產(chǎn)生一些變形影響，如果超過(guò)了變形界限會(huì)影響到周邊構(gòu)筑物的安全和日常使用要求。

2.3管片襯砌的耐久性問(wèn)題

管片襯砌的使用年限并非是永久性的，一般使用年限只有35年左右，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致其耐久性降低。因此，為了保證其足夠的使用年限，需要添加相應(yīng)的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，以便于能夠增加其原本的直徑，確保隧道的使用壽命符合預(yù)期要求。

2.4土壓盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)的選擇問(wèn)題

在不同類型的隧道施工中選擇適用的盾構(gòu)機(jī)，這也是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，需要根據(jù)不同的土體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)狀況選擇不同的盾構(gòu)類型。土壓盾構(gòu)的平衡效果較好，適用于一些泥土層，卻不適合黃土層，需要進(jìn)一步確定降水量。土壓平衡保護(hù)在整體上壓力并不平均，一般會(huì)在上部形成空洞，工作面很難穩(wěn)定，導(dǎo)致沉降增加，很難保證隧道的平衡。泥水盾構(gòu)機(jī)與地面會(huì)形成較高的水位，適合應(yīng)用在一些粘土層。

3.盾構(gòu)法施工質(zhì)量的控制方法

盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中可以選擇多種質(zhì)量控制方法，結(jié)合具體的施工要求，選擇相應(yīng)的施工方案，充分發(fā)揮盾構(gòu)法的施工優(yōu)勢(shì)，解決其技術(shù)問(wèn)題和質(zhì)量問(wèn)題。

3.1合理選擇施工設(shè)備

隧道施工的前期階段，需要分析隧道本身的巖土層強(qiáng)度以及土層的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)起樣分析結(jié)果來(lái)分析破巖強(qiáng)度和施工標(biāo)準(zhǔn)，選擇最為合適的盾構(gòu)機(jī)完成施工操作。在盾構(gòu)機(jī)的選擇上需要結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)和具體的實(shí)際情況，嚴(yán)格按照施工計(jì)劃方案進(jìn)行選擇，確保在施工階段中盾構(gòu)機(jī)不會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題，滿足隧道施工的需求。

3.2盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

針對(duì)不同的隧道施工環(huán)境，需要選擇不同的盾構(gòu)機(jī)操作姿態(tài)，為了保證這一選擇的準(zhǔn)確性，需要借助人工和設(shè)備測(cè)量?jī)煞N數(shù)據(jù)測(cè)量方式相結(jié)合，同時(shí)分析管片結(jié)構(gòu)位置，利用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，確保后續(xù)的管片應(yīng)用安裝更加方便。一旦盾構(gòu)機(jī)在控制上出現(xiàn)了誤差，需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.3管片二次補(bǔ)漿

首先對(duì)螺絲孔表面進(jìn)行清理，利用電鉆對(duì)發(fā)生破損的部分進(jìn)行鉆孔，借助高強(qiáng)度的砂漿封堵破損處，注入以環(huán)氧樹(shù)脂為主的注漿材料。為了避免再次出現(xiàn)滲漏，需要在封堵完成之后，進(jìn)行二次補(bǔ)漿處理，解決管片的滲漏問(wèn)題，確保隧道施工質(zhì)量。

4.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)的發(fā)展展望

隧道施工能夠充分利用空間，提高交通效率，近些年的隧道施工愈加復(fù)雜，多條隧道交叉，建設(shè)難度進(jìn)一步增加。未來(lái)的隧道施工距離會(huì)更長(zhǎng)，并且會(huì)實(shí)現(xiàn)隧道的合并等，這都需要借助盾構(gòu)法完成施工。

4.1擴(kuò)挖修建車站

在地鐵隧道施工中，建設(shè)方式應(yīng)用更加廣泛，在區(qū)間隧道中應(yīng)用盾構(gòu)法，利用挖掘、鉆探等方法完成地鐵建設(shè)工作?，F(xiàn)代化的地鐵隧道建設(shè)中，調(diào)整車站和區(qū)間隧道之間的距離，利用長(zhǎng)距離修建的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)的組合。在未來(lái)，盾構(gòu)法施工可以進(jìn)行可視化的施工指導(dǎo)，借助BIM模型，進(jìn)一步強(qiáng)化復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，做好建設(shè)管網(wǎng)布局，明確建設(shè)結(jié)構(gòu)，在建設(shè)之前做好構(gòu)筑指導(dǎo)。

4.2無(wú)刀盤(pán)盾構(gòu)

無(wú)刀盤(pán)盾構(gòu)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是可以實(shí)現(xiàn)一種開(kāi)敞的簡(jiǎn)易盾構(gòu)方式，人們可以站在平臺(tái)上繼續(xù)完成地層的處理和挖掘工作，應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，可以結(jié)合人們的不同需求進(jìn)行定制處理。這一方式的制造較為簡(jiǎn)單，適應(yīng)多種方式的挖掘，盡管成本較高，但是仍然有著較大的發(fā)展空間。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，隧道工程在施工過(guò)程中，盾構(gòu)法已經(jīng)基本完成了理論層面的研究，在理論層面具有較強(qiáng)的可操作性，其發(fā)展前景廣闊，應(yīng)用范圍更加廣泛。但是在實(shí)際操作中還缺乏經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)一步的完善，在隧道施工中加以應(yīng)用，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，以便于更好的發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，也不能進(jìn)一步保證隧道的安全順利施工。

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（作者單位：中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司）