城市轨道交通隧道盾构施工技术特点分析与应用

城市轨道交通隧道盾构施工技术特点分析与应用

彭维攀

中国水利水电第十四工程局有限公司  云南省昆明市    650041

摘要：我国经济水平和我国交通工程的快速发展，隧道盾构施工技术是主要施工技术。新建地铁盾构隧道近距离下穿既有隧道的情况越来越普遍。如何确保下穿施工过程中既有隧道的结构安全，是这类工程项目所关注的焦点的。工程建设项目数量越来越多、规模越来越大，特别是大城市地铁隧道项目。盾构法施工技术具有高效的掘进能力、精准的装备对接技术，对交通环境影响大的弊端，已经在城市地铁隧道施工领域广泛应用。

关键词：隧道；盾构法施工；质量控制；管理举措

引言

盾构法施工已经进入了大众的视野，是公认的效率极高的隧道施工方式，但是在某些方面来看这个方法的弊大于利，收入很容易与投资不成正比，对所有选择盾构法的施工方都非常的不友好。解决这些问题最有效的方式就是国家介入并颁布相关的规定和完善相关的制度。只要解决了盾构法的投资过高和收入偏低的问题，相信盾构法施工可以在我国的基建事业有自己的一番天地。

1技术特点

盾构施工的核心设备是盾构机，适用于地铁隧道掘进等施工，属于暗挖施工。盾构机在施工中主要依靠圆柱体钢制组件进行挖掘，挖掘方向等由隧洞轴线决定，圆柱体外部壳体被称为护盾，能够对挖掘过程中还未被衬砌的隧洞段提供临时支撑，代替承受周边土体、岩体压力，还能承受地下水的压力，甚至可阻挡地下水，避免施工受到环境干扰。盾构施工借助盾构机能很好地应对复杂的地质条件，解决早期地铁施工中经常遇到的软土塌陷等问题，有效提高施工的安全性与顺畅度。为更好地适应各种复杂地质条件，满足不同地铁工程的施工需求，盾构机被开发出多种形式，比较常见有手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构、混合型盾构、异型盾构等。不同形式的盾构机在性能、规模、功能、适用条件等方面存在差异，要发挥盾构机的作用，为施工提供保障，必须结合客观条件对盾构机做出合理选择。

2盾构掘进性能因素

隧道项目中机械开挖的性能分析和预测非常重要，因为整个项目的进度/完工时间和单位成本/盈利能力都是基于隧道性能进行的。这在使用盾构掘进机的大断面隧道工程中尤为重要，因为盾构掘进是一个复杂的土－机相互作用过程，受到许多因素的影响。这意味着，在了解性能的复杂性和动态性之前，研究可能影响盾构掘进性能的因素至关重要。首先，几何参数对盾构掘进隧道的盾构掘进性能和开挖速度有决定性影响，如距隧道面的距离、隧道轴线距地面的深度和隧道直径。因此，深度与直径之比超过2.5的较深隧道对盾构机的扭矩有很大影响。换句话说，较深隧道的性能将低于较浅隧道。由于直径没有变化，几何参数的影响将随着盾构隧道纵向发展中开挖深度的增加而扩大。其次，在盾构掘进之前必须了解地质和水文地质条件。这些条件将影响设计施工阶段并避免意外事件。盾构刀具在隧道开挖过程和盾构开挖效率与土壤类型有关。因此，许多研究基于盾构监测数据，通过数值和反分析技术研究了地面条件或土壤参数对盾构性能的影响。特别是，研究了两个参数，即剪切强度和杨氏模量，发现它们对先进比率有很大影响。

3城市轨道交通隧道盾构施工技术应用

3.1盾构法施工前期准备

地铁隧道盾构法施工前期准备工作包括：（1）盾构机选型。综合考虑工程项目特点、地质适用性、类似工程盾构机使用情况、盾构机自身特点等因素，选择合适的盾构机型号，并根据具体情况确定是否需要进行针对性改造；（2）补充地质勘察。根据线路设计图纸，在联络通道、洞门、地质情况突变点、特殊点位等易发生事故的位置和重点保护区域进行补充勘察；（3）建筑物管线调查。调查施工影响范围内各类管线和建筑物，尽早确定需要保护、托换或迁移的建筑物和管线；（4）重要分包商的选定；（5）工程总体筹划。包括场地布置、施工进度编制；（6）相关协调工作。包括盾构始发、到达、过站、调头场地协调，盾构预埋件安装协调等工作。

3.2智能监控

智能监控模块是为了实现对于地铁隧道掘进施工关键数据的实时监测与管控。该模块包含四块子系统的监控，分别为盾构主界面、泡沫系统、其他系统以及导向系统。盾构主界面根据设定刷新时间以获取最新的盾构器数据。这些数据主要包括位移、土舱压力、螺旋机、刀盘、铰接油缸压力、设备桥拖拉压力以及进度等相关数据；其他系统包括对于铰接系统、油脂系统以及注浆及膨润土系统的实时监控；导向系统则提供有关盾构切口里程、盾尾里程、俯仰角、滚动角等数据的实时监控。该模块可实现对多种类型盾构施工状态的有效监控管理，方便用户随时随地通过PC端或移动端加载查看盾构的施工状态数据，对施工进行指导，及时处理异常情况，减少操作错误风险，从而提高盾构施工效率，保障施工进度与安全。地表沉降类预警影响范围的确定。根据地表沉降测点的布设原则和盾构法隧道施工影响区的要求，将单个预警测点的影响范围定义为：沿隧道轴线与预警测点相邻的2个监测断面的范围。因此，最终影响范围为单个预警测点影响范围的并集。预警影响范围内管片环数的确定。依据最终影响范围确定影响范围内的管片编号，并收集对应管片的掘进参数和参数预警信息。

3.3掘进施工

试推成功后可正式开始掘进施工。施工过程中先确认盾构机相关参数是否与试推时一致，发现异常要做出调整，然后安排专人进行盾构机操作，开始掘进。掘进过程中，操作人员必须保障盾构机始终保持正确的掘进姿态，同时根据掘进要求与实际情况控制盾构机转速、掘进方向，掘进过程中要匀速进行，不允许出现突然加速等操作。另外，因为施工环境的地质条件比较复杂，宏观上任何方法都无法保障施工不会发生问题，故操作人员或其他现场人员要对整个掘进过程进行观察，如果发现异常情况要及时通知上报部门，暂停掘进，异常情况处理完成后才能继续。

3.4开展盾构选型

基于经济因素对盾构机进行选型，应综合考虑材、能、水、地和环境的因素，即通过对采用不同盾构机型所产生的资源消耗及环境影响进行合理的测算，依据经济因素进行划分对比分析。在进行掘进工作的过程中将会面临对于盾构机类型的选择，分别为泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机。泥水平衡盾构机施工因为会排出许多的工业废水和泥浆，所以会对周边环境造成一定的污染，反之土压平衡盾构机施工可以有效地避免污染。泥水平衡盾构机施工因为需要远距离的输送泥浆，需要建立对应的中转泵站，同时也要购买相应的泥浆处理机器，所以会在经济消耗上和水资源消耗上远远大于土压平衡盾构机施工，并且在大功率泥浆处理机器运行的过程中会产生很大的工业噪声，可能会严重影响附近居民的正常起居。但是在此工程中，因为工程地域的原因，地下水明显要比其他工程多，在使用土压平衡盾构机施工的过程中很容易造成地下水喷涌的事故以及无法通过输送机得到有效的土塞的问题，根据整体施工的安全性以及其他因素考虑，绝大多数的类似工程都选择了泥水平衡盾构机施工。

结语

盾构掘进过程中应加强设备的检查和维修，严格控制土仓出土量，避免超挖，加强管片壁后注浆量及注浆压力控制，强化二次注浆效果。过程中应加强对既有隧道结构的监控量测工作，通过监测数据的反馈及时调整盾构掘进参数。

参考文献：

[1]王智高.城市地铁超近距离叠交区段盾构隧道施工技术[J].工程技术研究，2018（16）：31-32.

[2]代仲海，胡再强.盾构穿越多条既有隧道施工环境扰动分析[J].水资源与水工程学报，2018，29（05）：186-190.