地鐵隧道施工作業(yè)中的盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)研究

摘 要：隨著城市化進(jìn)程的加速和地下空間開發(fā)的深入，地鐵建設(shè)已成為緩解城市交通壓力的重要手段。在地鐵隧道施工中，盾構(gòu)法因其安全、高效、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)而被廣泛采用，然而，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，傳統(tǒng)盾構(gòu)施工技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是在隧道轉(zhuǎn)彎段和變截面段的施工中。為應(yīng)對(duì)這些難題，盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文將深入研究該技術(shù)的特點(diǎn)、流程及關(guān)鍵要點(diǎn)，探討其在地鐵隧道施工中的應(yīng)用價(jià)值，以期提高施工效率、保證工程質(zhì)量、降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：地鐵；隧道施工；盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)

一、盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)特點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)作為地鐵隧道施工中的一項(xiàng)重要工藝，具有獨(dú)特而顯著的特點(diǎn)。該技術(shù)融合了機(jī)械工程、土木工程和測(cè)量技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，體現(xiàn)了現(xiàn)代隧道工程的綜合性和復(fù)雜性。在實(shí)際應(yīng)用中，盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)能夠有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和狹小空間的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的精準(zhǔn)定位和平穩(wěn)啟動(dòng)。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還能夠大幅提高施工效率，縮短工期，降低成本。值得注意的是，盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)對(duì)施工精度要求極高，需要采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和控制系統(tǒng)，以確保盾構(gòu)機(jī)在轉(zhuǎn)接過程中的姿態(tài)穩(wěn)定和軌跡精準(zhǔn)。此外，該技術(shù)還具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，可根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，從而保證施工質(zhì)量和安全。

二、盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)在地鐵隧道施工中展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用價(jià)值，堪稱一項(xiàng)革命性的工程技術(shù)。該技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)施工方法在復(fù)雜地質(zhì)條件下的諸多難題，大幅提高了施工效率和質(zhì)量。通過精準(zhǔn)控制和靈活調(diào)整，盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)能夠適應(yīng)各種地質(zhì)環(huán)境，減少地表沉降和周邊建筑物的影響，從而確保施工安全。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還顯著縮短了工期，降低了施工成本，為城市地鐵建設(shè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。值得一提的是，盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)的應(yīng)用使得地鐵隧道施工在狹小空間和特殊地段得以順利進(jìn)行，極大地拓展了地下空間的開發(fā)利用范圍。此外，該技術(shù)的推廣應(yīng)用還促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，為地鐵建設(shè)行業(yè)的整體發(fā)展注入了新的活力[1]。

三、盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)流程

（一）準(zhǔn)備階段

盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)的準(zhǔn)備階段是整個(gè)施工過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響后續(xù)工作的順利進(jìn)行。在這一階段，施工團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行全面而細(xì)致的準(zhǔn)備工作，包括地質(zhì)勘察、設(shè)備檢修、人員培訓(xùn)等多個(gè)方面。地質(zhì)勘察工作尤為重要，通過鉆探、物探等手段，詳細(xì)了解施工區(qū)域的地質(zhì)條件，如土層結(jié)構(gòu)、地下水位、巖石硬度等參數(shù)，這些數(shù)據(jù)將為盾構(gòu)機(jī)的選型和施工參數(shù)的制定提供重要依據(jù)。例如，在軟土地層中，可能需要選用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，并將刀盤轉(zhuǎn)速控制在2轉(zhuǎn)～3轉(zhuǎn)/分鐘；在硬巖地層中，則可能選用硬巖盾構(gòu)機(jī)，刀盤轉(zhuǎn)速可提高到4轉(zhuǎn)～6轉(zhuǎn)/分鐘。與此同時(shí)，設(shè)備檢修和調(diào)試工作也不容忽視，施工團(tuán)隊(duì)需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢查，確保各個(gè)部件處于最佳工作狀態(tài)。特別是對(duì)于關(guān)鍵部件，如刀盤、推進(jìn)系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)等，需要進(jìn)行精細(xì)化檢測(cè)和調(diào)試。例如，刀具磨損程度不應(yīng)超過30%；推進(jìn)系統(tǒng)的液壓油缸壓力應(yīng)保持在20MPa～25MPa范圍內(nèi)。

（二）轉(zhuǎn)接始發(fā)階段

轉(zhuǎn)接始發(fā)階段是盾構(gòu)機(jī)施工的核心環(huán)節(jié)，要求精準(zhǔn)控制和高度協(xié)調(diào)。在這一階段，施工團(tuán)隊(duì)需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案，將盾構(gòu)機(jī)精確定位到預(yù)定的始發(fā)位置。通常，盾構(gòu)機(jī)的水平偏差控制在±20mm以內(nèi)，垂直偏差控制在±15mm以內(nèi)。定位完成后，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整，確保其軸線與設(shè)計(jì)軸線的夾角不超過0.5°。隨后，施工人員需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢查，包括液壓系統(tǒng)壓力（通常保持在20MPa～25MPa）、螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速（一般為10轉(zhuǎn)～15轉(zhuǎn)/分鐘）等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置和調(diào)試。在確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)正常后，盾構(gòu)機(jī)開始緩慢推進(jìn)，進(jìn)入土體。這個(gè)過程中，需要密切關(guān)注盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力和泥水壓力等參數(shù)。一般情況下，初始推進(jìn)速度控制在5mm～10mm/min，土倉(cāng)壓力保持在0.2MPa～0.3MPa，泥水壓力略高于土壓0.05MPa～0.1MPa。隨著盾構(gòu)機(jī)的逐步推進(jìn)，施工團(tuán)隊(duì)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍地層的變形情況，確保地表沉降控制在允許范圍內(nèi)（通常不超過30mm）。同時(shí)，還需要注意管片的拼裝質(zhì)量，確保環(huán)向間隙不大于10mm，縱向間隙不大于5mm。通過精細(xì)化的操作和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，盾構(gòu)機(jī)得以順利完成轉(zhuǎn)接始發(fā)，為后續(xù)的掘進(jìn)施工奠定良好基礎(chǔ)。

（三）后續(xù)處理

盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)完成后，后續(xù)處理工作至關(guān)重要，直接關(guān)系到隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用安全。在這一階段，施工團(tuán)隊(duì)需要對(duì)已完成的隧道段進(jìn)行全面檢查和必要的修補(bǔ)。首要任務(wù)是對(duì)管片之間的縫隙進(jìn)行密封處理，通常采用雙組分聚氨酯材料進(jìn)行注漿，注漿壓力控制在0.3MPa～0.5MPa，以確保管片間的防水性能。同時(shí)，還需要對(duì)管片表面進(jìn)行細(xì)致檢查，如發(fā)現(xiàn)裂縫或缺陷，應(yīng)立即進(jìn)行修補(bǔ)，裂縫寬度超過0.2mm的需要進(jìn)行灌漿處理。此外，盾尾密封圈與管片之間的空隙也是后續(xù)處理的重點(diǎn)，通常會(huì)采用同步注漿技術(shù)，注漿材料多為水泥漿，漿液的水灰比一般控制在0.5～0.8之間，注漿壓力保持在0.2MPa～0.3MPa。這一過程不僅能填充空隙，還能有效減少地層變形。完成注漿后，需要對(duì)隧道周圍的地層進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距通常為5m～10m，監(jiān)測(cè)頻率在施工初期可達(dá)每天一次，隨后逐漸降低至每周一次。若發(fā)現(xiàn)異常沉降（超過30mm），需立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施。最后，還需要對(duì)隧道內(nèi)的軌道基礎(chǔ)進(jìn)行精確調(diào)整，確保軌道中線偏差不超過±5mm，高程偏差控制在±3mm以內(nèi)，為后續(xù)的軌道鋪設(shè)和列車運(yùn)行提供穩(wěn)固基礎(chǔ)。

四、地鐵隧道施工作業(yè)中盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)

要點(diǎn)分析

（一）始發(fā)井與接收井設(shè)計(jì)

始發(fā)井與接收井的設(shè)計(jì)是盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響整個(gè)施工過程的順利進(jìn)行。在設(shè)計(jì)階段，需要綜合考慮地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、盾構(gòu)機(jī)尺寸等多方面因素，以確保井體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能性。通常，始發(fā)井和接收井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，井壁厚度根據(jù)地質(zhì)條件和開挖深度確定，一般在0.8m～1.2m之間。井底需要設(shè)置混凝土反力墻，其厚度通常為1.5m～2.5m，以承受盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)的巨大反力。此外，井體還需要設(shè)置防水措施，如采用高壓噴射注漿技術(shù)，注漿壓力控制在2MPa～3MPa，以確保井體的防水性能。在尺寸設(shè)計(jì)方面，始發(fā)井和接收井的長(zhǎng)度通常比盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)5m～10m，寬度比盾構(gòu)機(jī)直徑寬3m～5m，以便于盾構(gòu)機(jī)的組裝、調(diào)試和拆解。井底標(biāo)高的確定尤為重要，需要考慮盾構(gòu)機(jī)的高度和隧道的設(shè)計(jì)坡度，通常井底比隧道設(shè)計(jì)軸線低0.5m～1m。為了便于盾構(gòu)機(jī)的吊裝和運(yùn)輸，井口還需要預(yù)留吊裝平臺(tái)，其承載能力應(yīng)不小于盾構(gòu)機(jī)總重的1.2倍。同時(shí)，考慮到施工期間的排水需求，井底需要設(shè)置集水坑和排水系統(tǒng)，集水坑的容積通常為30m3～50m3，配備功率為100kW～150kW的水泵。通過精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格施工，始發(fā)井與接收井能夠?yàn)槎軜?gòu)機(jī)的順利始發(fā)和接收提供可靠保障，從而確保整個(gè)隧道施工的順利進(jìn)行。

（二）端頭土體加固

端頭土體加固是盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，旨在提高土體強(qiáng)度，防止盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中出現(xiàn)涌水、坍塌等問題。根據(jù)地質(zhì)條件的不同，可采用多種加固方法，如高壓旋噴注漿、深層攪拌、冷凍法等。其中，高壓旋噴注漿因其適用性廣、效果顯著而被廣泛采用。該方法通過高壓噴射水泥漿液，將原狀土與漿液充分混合，形成高強(qiáng)度的水泥土柱體。在實(shí)際應(yīng)用中，注漿壓力通?？刂圃?5MPa～35MPa，水灰比為0.8-1.2，單根樁的直徑可達(dá)600mm～800mm。加固區(qū)域通常覆蓋盾構(gòu)機(jī)外輪廓1m～1.5m，加固深度則需要根據(jù)地質(zhì)情況確定，一般為隧道直徑的1.5倍～2倍。加固完成后，需要對(duì)加固效果進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。通常采用鉆芯取樣和靜力觸探相結(jié)合的方法，檢測(cè)加固體的抗壓強(qiáng)度和均勻性。加固體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般要求達(dá)到1.5MPa～2.0MPa，變異系數(shù)控制在15%以內(nèi)。

（三）盾構(gòu)機(jī)組裝與調(diào)試

盾構(gòu)機(jī)組裝與調(diào)試是轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)中的核心環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到后續(xù)施工的順利進(jìn)行。組裝過程需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，通常采用分段組裝法，將盾構(gòu)機(jī)主體分為若干部分，如刀盤系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等。組裝時(shí)需要使用大型吊裝設(shè)備，如500t級(jí)履帶吊，以確保各部件的精準(zhǔn)對(duì)接。組裝精度要求極高，例如，刀盤與主軸的同軸度誤差不得超過0.5mm，主軸與減速機(jī)的同軸度誤差應(yīng)控制在0.3mm以內(nèi)。同時(shí)，還需要注意各連接部位的密封性，防止泥水滲入機(jī)體內(nèi)部。組裝完成后，需要進(jìn)行全面的密封性測(cè)試，通常采用充氣法，將盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部充氣至0.2MPa，24h內(nèi)壓力下降不得超過5%。調(diào)試階段同樣至關(guān)重要，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查和功能測(cè)試。首先是液壓系統(tǒng)的調(diào)試，需要檢查油路的暢通性和密封性，油壓通?？刂圃?0MPa～25MPa。隨后是電氣系統(tǒng)的調(diào)試，包括控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等，確保各項(xiàng)參數(shù)顯示準(zhǔn)確，控制指令執(zhí)行精準(zhǔn)。刀盤系統(tǒng)的調(diào)試尤為關(guān)鍵，需要進(jìn)行空轉(zhuǎn)測(cè)試，檢查刀盤的轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求。推進(jìn)系統(tǒng)的調(diào)試則需要檢查液壓缸的伸縮性能和推力，通常要求單個(gè)液壓缸的最大推力不低于2000kN。通過嚴(yán)格的組裝與調(diào)試過程，可以確保盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)性能穩(wěn)定、協(xié)調(diào)一致，為后續(xù)的掘進(jìn)施工奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（四）始發(fā)姿態(tài)控制與調(diào)整

始發(fā)姿態(tài)控制與調(diào)整是盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響隧道施工的精度和質(zhì)量。在始發(fā)前，需要運(yùn)用高精度測(cè)量設(shè)備，如全站儀和水準(zhǔn)儀，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行精確測(cè)量。通常，盾構(gòu)機(jī)的水平位置偏差控制在±20mm以內(nèi)，垂直位置偏差控制在±15mm以內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)軸線與設(shè)計(jì)軸線的夾角不應(yīng)超過0.5°，以確保始發(fā)方向的準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，施工團(tuán)隊(duì)需要反復(fù)進(jìn)行微調(diào)，利用千斤頂?shù)仍O(shè)備對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在姿態(tài)調(diào)整過程中，還需密切關(guān)注盾構(gòu)機(jī)的傾斜角和滾動(dòng)角。一般情況下，盾構(gòu)機(jī)的傾斜角控制在±0.3°以內(nèi)，滾動(dòng)角控制在±0.5°以內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)多配備了先進(jìn)的姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如陀螺儀和傾斜傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)的空間姿態(tài)。這些數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，為操作人員提供準(zhǔn)確的調(diào)整指導(dǎo)。

（五）掘進(jìn)參數(shù)控制

掘進(jìn)參數(shù)控制是盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)中的核心要素，直接關(guān)系到施工的安全性和效率。在實(shí)際操作中，需要根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求，對(duì)刀盤轉(zhuǎn)速、推進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。通常，刀盤轉(zhuǎn)速控制在2轉(zhuǎn)～4轉(zhuǎn)/分鐘，推進(jìn)速度則根據(jù)地層情況調(diào)整，軟土層可達(dá)20mm～30mm/min，硬巖層則可能降至5mm～10mm/min。土倉(cāng)壓力的控制尤為關(guān)鍵，一般保持在0.1MPa～0.3MPa，以平衡地層壓力，防止地表沉降或隆起。同時(shí)，還需密切關(guān)注注漿壓力和注漿量，通常注漿壓力控制在0.2MPa～0.4MPa，注漿量則根據(jù)理論計(jì)算值的110%-130%進(jìn)行調(diào)整。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整這些參數(shù)，可以確保盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地質(zhì)條件下穩(wěn)定推進(jìn)，有效控制地層變形，從而保證隧道施工的質(zhì)量和安全。

（六）測(cè)量與監(jiān)測(cè)

測(cè)量與監(jiān)測(cè)在盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)中扮演著至關(guān)重要的角色，貫穿整個(gè)施工過程。通過運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，如全站儀、水準(zhǔn)儀和激光測(cè)距儀等，施工團(tuán)隊(duì)能夠?qū)崟r(shí)掌握盾構(gòu)機(jī)的位置、姿態(tài)和掘進(jìn)軌跡。同時(shí)，借助地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、深層位移計(jì)和孔隙水壓力計(jì)等監(jiān)測(cè)設(shè)備，可及時(shí)獲取地層變形和地下水位變化等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些精確的測(cè)量結(jié)果為盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整和掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。例如，通過分析地表沉降數(shù)據(jù)，可以適時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力和注漿參數(shù)；盾構(gòu)機(jī)位置偏差的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)則有助于及時(shí)糾正掘進(jìn)方向。此外，對(duì)隧道周邊建筑物的沉降和傾斜進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠有效預(yù)防施工對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。通過建立完善的測(cè)量與監(jiān)測(cè)體系，施工團(tuán)隊(duì)得以精準(zhǔn)把控施工進(jìn)度和質(zhì)量，確保盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)的順利實(shí)施[2]。

結(jié)束語

盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)在地鐵隧道施工中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其精細(xì)化操作和嚴(yán)格控制為工程質(zhì)量提供了有力保障。通過不斷優(yōu)化技術(shù)流程，提高施工精度，這一技術(shù)將繼續(xù)推動(dòng)地下工程建設(shè)的發(fā)展。隨著經(jīng)驗(yàn)積累和創(chuàng)新應(yīng)用，盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)接始發(fā)技術(shù)必將在復(fù)雜地質(zhì)條件下發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)，為城市地下空間開發(fā)做出重要貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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