公路隧道施工中盾構法的應用探討

成 敏

(山西交通建設監(jiān)理咨詢集團有限公司，山西 太原 030006)

1 盾構法隧道施工技術闡述

暗挖法施工技術的研發(fā)應用，衍生出盾構施工法，這是一種新型的機械施工技術，在地層結構內部通過盾構機械掘進施工，通過管片、盾構外殼支撐整個結構，避免隧道內部出現(xiàn)坍塌。此外，利用切削設備可以直接進行土體的開挖作業(yè)，把土體材料直接運輸?shù)酵獠?，然后應用千斤頂繼續(xù)頂進施工，將預制混凝土管片拼接處理，形成隧道結構。因此，該技術是一種全新的機械化施工技術類型。利用盾構襯砌、開挖隧道等方式完成各項施工。盾構機械設備直接進行巖層破碎或者軟質地基內掘進施工。盾構是一種設置有護罩結構的專業(yè)設備類型，把襯塊直接安裝到尾部，然后在支點的作用下繼續(xù)推進施工，通過刀盤進行土體的切割施工，再應用預制混凝土砌塊拼裝施工形成穩(wěn)定的結構。盾構技術最早出現(xiàn)在1874年，那時主要采用的是氣壓式的盾構技術。比如，英國泰晤士運河就是通過盾構方式開挖建設的。該技術最為常見的作業(yè)方式為水力式與機械式，前者的使用率最高。在工作區(qū)域內，水力式屬于封閉類型的結構，其不僅可以完成土質材料的輸送，而且可以平衡下部的土壓力或者水壓力。從實際應用情況分析，盾構施工技術的洞體穩(wěn)定性好，不會給周邊環(huán)境產(chǎn)生過大的影響，施工效率比較高，特別是軟土地基內應用效果最為明顯。

2 盾構法施工的基本條件

1)線位上可以根據(jù)需要建設盾構進出洞與出渣的工作井。

2)隧道深度符合要求，一般覆土厚度超過6 m。

3)地質結構均勻性非常好。

4)如果采用的是單洞形式，則應該保證線間距符合實際的需要，洞和洞以及其他結構形式土體加固處理最小厚度為水平1.0 m、垂直1.5 m。

5)從經(jīng)濟效益方面進行分析，連續(xù)作業(yè)施工長度控制在300 m以上。

3 盾構隧道穿越施工技術應用

3.1 土壓力設定

盾構穿越鐵路工程的情況，需要考慮到水文狀態(tài)以及隧道埋深的具體情況，這些都是確定具體的土壓力參數(shù)的關鍵基礎。按照土力學基本原則，經(jīng)過計算可以確定切口平衡壓力P=0.10～0.13 MPa。盾構施工環(huán)節(jié)，做好土壓的控制極為重要，綜合分析現(xiàn)場的地質條件、施工環(huán)境等多個方面的要素進行確定，保證結構強度性能符合標準的要求，滿足現(xiàn)場施工需要。

3.2 掘進速度

在施工之前，從掘進速度、地質條件、工期等多個方面進行分析，最終確定盾構穿越鐵路部分的開挖施工速度設定為10～15 m/d。從這個方面分析，掘進速度的確定并不是隨意設定的，要根據(jù)機械情況確定，這是保證施工進度和安全性的關鍵，如果盲目選擇掘進速度，不僅導致項目工期無法達標，甚至可能會引發(fā)嚴重安全事故。

3.3 排土量

排土量參數(shù)的確定一般是在土壓平衡之下計算確定的，保證其符合科學性與合理性的要求。根據(jù)目前的盾構施工具體情況要求，選擇合理的計算公式確定排土量是提高數(shù)據(jù)精度的關鍵，也是保證順利施工的基礎。

3.4 壓力及注漿量

1)盾構機外徑要比盾構隧道的外徑尺寸大，形成70 mm的建筑空隙容易導致結構的沉降問題。通常來說，在盾構穿越作業(yè)環(huán)節(jié)，會應用同步注漿施工方式進行盾構機前進作業(yè)，此時因為襯砌逐步地脫除尾部空間而導致空隙存在，所以需要根據(jù)實際情況及時補充填充材料。同時，壁后注漿施工方式可以有效消除圍巖松弛問題，還能夠保證千斤頂?shù)耐屏_到技術標準的要求，所以應該保證填充達到嚴密度的標準。做好各個工序的控制，保證盾構穿越施工順利開展，也能夠保證地表沉降在合理的范圍內。

2)注漿作業(yè)施工做好全面的控制，結合成功經(jīng)驗進行分析，穿越鐵路段部分的注漿量應該達到空隙量的1.5～2倍，挖掘每環(huán)注漿量V為2.36～3.50 m3，為了提升注漿施工質量，可以根據(jù)需要采取二次補漿的作業(yè)方式，隨時監(jiān)測和了解沉降量參數(shù)，這是確定二次補漿量的重要數(shù)據(jù)。注漿壓力的確定可以讓漿液填充到空隙部位上，通常情況下注入壓力應該是土層壓力的0.1～0.2 MPa。其中，結合不同土層結構的條件選擇合適的阻力參數(shù)。還要注意，盾構隧道管片穩(wěn)定性符合要求，所以壓力控制在合理的范圍內。

3)注漿材料的配比極為重要。一般情況下是水泥、粉煤灰、含膨潤土、砂等材料經(jīng)過配比之后組合而成混合砂漿，具體參數(shù)見表1。

表1 漿液配合比參數(shù)分析

3.5 二次補注漿

1)二次注漿施工環(huán)節(jié)，可以通過后方雙液注漿方式，施工效果更好。注漿孔位置選擇對于注漿質量存在直接的影響，所以要從施工便捷、效果方面出發(fā)選擇。

2)盾構隧道中應用管片注漿孔進行施工，符合施工工序的要求。

3)應用合適注漿材料進行施工。

4)二次注漿壓力需要大于同步注漿施工約0.01～0.03 MPa，并且隨時了解具體的參數(shù)信息，確保注漿量合格。

需要注意的是在二次補漿施工時需要按照隧道工程項目的實際情況，對補漿量以及補漿范圍進行確定，從而保證每一道工序的質量滿足設計方案需求。

3.6 掘進時土體改良措施

土壓管理的前提條件就是通過螺旋輸送機完成系統(tǒng)的排土處理，所以在施工環(huán)節(jié)中需要把切削掉的土體加入泥、水、化學物質等進行調整，保證土體材料的性質符合使用要求，確保螺旋輸送機排土的質量合格，保證項目施工順利的進行。

1)加泥加泡沫。按照目前的盾構施工地質條件的特點，考慮到盾構機的實際應用性能，在掘進作業(yè)環(huán)節(jié)，通常會選擇加泥加泡沫聯(lián)合的方法。盾構掘進階段，如果切削位置是砂卵石材料，采用這種方式可以有效地提升土體的刀盤、螺旋輸送機粘附性效果。利用刀盤的振動讓結構流塑性得到提升，也就能夠減小刀盤的扭矩，能夠降低刀具磨損量，延長使用壽命。

2)泥漿構成及注入量。從技術標準分析發(fā)現(xiàn)，泥漿是根據(jù)水與膨潤土比例為100∶10～15(重量比)制作形成的，比重為1.05～1.16。該參數(shù)可以根據(jù)具體的掘進情況、監(jiān)控數(shù)據(jù)等方面做出調整，泥漿應該在水中浸泡超過24 h經(jīng)過充分的膨化后才能投入到工程中使用，以提升泥漿施工的效果。同時，還應該保證盾構機中的泥漿加入系統(tǒng)符合實際使用的要求，每環(huán)注漿量5 500～6 000 L。

3)泡沫配合比及注入量。泡沫原液根據(jù)規(guī)定的比例直接注入到水中可以達到泡沫狀態(tài)的要求，按照比例加入。根據(jù)施工的標準要求，注入量應該為每環(huán)1 300～1 600 L；泡沫的配比根據(jù)掘進作業(yè)的狀態(tài)可以做好調整和處理，達到工程的施工質量要求。

4 監(jiān)控測量技術

從工程的實際情況出發(fā)進行分析，監(jiān)測作業(yè)的目的主要為：綜合分析盾構作業(yè)環(huán)節(jié)的沉降情況，并且總結沉降發(fā)生的規(guī)律，為指導后續(xù)施工提供基礎；充分了解地表沉降方面而導致的結構物沉降、傾斜等嚴重的問題，按照數(shù)據(jù)變化的特點對于進一步發(fā)生的情況做出準確的預測，以便于有效地控制工程的質量；通過沉降狀態(tài)選擇合適的施工方法，做好技術參數(shù)的調節(jié)，以達到工程的標準為合格要求。因此，監(jiān)測技術的應用是非常關鍵的，可以充分地了解盾構施工現(xiàn)場周邊環(huán)境內發(fā)生變化的實際情況，然后總結變化的規(guī)律，以更好地改進施工工藝，保證建筑物達到安全性的要求。對于盾構施工來說，總結實際經(jīng)驗，以監(jiān)測數(shù)據(jù)作為重點依據(jù)和標準，形成完善的監(jiān)測管控體系，隨時了解現(xiàn)場施工的具體情況，掌握各項數(shù)據(jù)變化的情況，保證盾構施工可以順利進行，達到施工安全性、穩(wěn)定性以及施工效率的要求。

5 結 語

盾構施工環(huán)節(jié)做好掘進技術參數(shù)的分析，實現(xiàn)設計方案的優(yōu)化和提升，保證盾構技術更具先進性，盾構作業(yè)施工達到連續(xù)、高效、安全、穩(wěn)定的標準，使盾構施工順利地進行，不會產(chǎn)生嚴重的質量或者安全的問題，促進整體施工效益的提升，還能降低項目成本，為隧道工程施工質量提升奠定基礎，也能促進我國隧道施工領域的發(fā)展，為經(jīng)濟與社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

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