钱久康 （安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001）

0 前言

随着城市规模迅速扩大，城镇化进程的快速推进，世界各地的农村人口慢慢地向城市集中。人们的日常生活中越来越多地开始向着地下空间发展，这为地铁建设创造了各种优势，盾构法作为在地下空间中地铁施工过程中最为广泛应用的技术。200多年前盾构法的最初设想在诞生于英国，1825年，在英国的泰晤士河下诞生了世界上第一条隧道，此次隧道的掘进采用了高6.8m、宽11.4m的矩形盾构系统进行施工。盾构法在我国起步较晚，1969年，我国成功采用盾构法建成了第一条盾构铁路——北京地铁1号线，筑造了中国首条地铁工程，自此，我国城市轨道交通建设迈入了飞速发展的新时代。初步预计到2025年，我国将有65座以上的城市建成或修建地铁，地铁对于城市地下空间的利用必将在很大程度上缓解大型城市的交通拥挤的问题。

1 盾构施工工法

盾构技术主要是指在地表以下进行暗挖隧道施工时，在开挖过程中，盾构的盾构机壳体可作为周围土壤的临时支撑物。在盾构机的保护下，挖开隧道，将各段进行组装和衬砌，形成永久性的砌体。它是一种综合性的施工技术，在圆柱状的施工作业面内配备着盾构刀盘、出土传送带、盾构出土口结构、螺旋出土口装置、运输列车编组装置等部件的隧道开挖专用机械。同时地面上装备着壁后注浆浆液搅拌站、垂直运输门吊等专用机械。盾构法的主要内容是：首先在隧道的某个区段的一端开挖竖井或者基坑，此竖井或基坑可作为盾构始发竖井和接收竖井或始发基坑和接收基坑。然后将盾构机及零部件吊装到轴的预定起动位置，组装整机进行调试。在隧道中沿着设计轴线，盾构从竖井的墙壁预留孔出发到达另一竖井的墙壁预留孔，在盾构推进的时候会受到土层的阻力，盾构机内的千斤顶可以利用拼装好的管片，利用衬砌提供的反力使盾构机向前掘进，直至掘进到预定接收竖井或基坑时，掘进结束。盾构法施工时还需要密切结合地下水位的降低、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施、衬砌的堵漏和防水、施工测量监测技术、合理的施工布置等其他施工技术才能顺利进行。

2 盾构施工主要技术环节

2.1 盾构机的安装

2.1.1 盾构结构与功能

是地铁隧道盾构施工的主要环节之一，主要是为了完成盾构机的组装、机械调试和初步推进，为正常施工做准备。盾构结构包括盾体、刀盘、门式起重机、自卸机车、后支撑小车、盾构始发井通风机、运输设备、管片拼装机等。主要功能包括主驱动系统、掘进系统、挖掘系统、灌浆系统、自动导引系统和水利系统、电力系统、通风系统等。

2.1.2 组装的要求

盾构作业井结构尺寸、孔门中心、轴线、结构强度等各项参数满足设计和规范要求，必须要能够满足盾构施工中各阶段的受力承载要求；接收井宽应比盾构直径大1.5m以上，井的长度应比盾构机主机长2m以上；接收井洞口底至工作井底板顶面最小高度应满足盾构的安装、拆除及洞口与隧道的接头处理工作的需要；洞结构上的预埋钢环板是洞口始发密封装置的安装基准，该板中心点与洞内15m处的隧道设计中心点的连线是盾构机的始发连线，曲线始发也照此办理；基准环中心标高要求与盾构机中心轴线标高一致，基准环法线面倾斜角要求与盾构机的实际坡度一致。

2.2 盾构机的推进

盾构机主机的推进依靠强大的推力进行，采用千斤顶以达到所需推力，保证盾构机向前推进。现大多城市普遍采用土压平衡盾构模式。在面对开挖工作面的掘进时，盾构机面对强大的前进阻力。掘进阻力主要包括正面盾构机刀片与掘进作业面的阻力和机体与四周土体之间的巨大摩擦力，所以盾构过程所需要的推力必须大于这两个阻力之和，否则推力过小会影响施工进度，如果掘进过程中使用的推力过大可能会造成工作面后面的土体挤压造成隆起和应力集中。在施工过程中要注意前方土层地质状态，根据每一层地层应力的不同，具体问题具体分析，使用不同的渣仓压力。盾构机的开挖速度通常由千斤顶的推力和前进的土壤量决定。正常的施工要求掘进下，研究和经验表明合理的掘进速度应设置在20～40mm/min，在通过软硬不均的土层时，根据施工条件和工期要求可以适当调低掘进速度，并且应尽量使掘进过程中的速度保持恒定，过快或过慢都不利于推进坡度、自身转角和平面方向等盾构姿态的控制。在土压平衡动态施工中，一旦发现盾构姿态偏移，盾构机操作人员可以通过合理选择千斤顶和各刀盘转向来调整千斤顶推进的分力分布和盾构机的姿态。它还有助于通过调节盾构后部的注水压浆来进行掘进过程中的偏移调整。

2.3 衬砌的拼装

一般来说，管片是地铁隧道的直接受力结构，作为盾构法施工的极其主要的部分，管片能否保质保量地准确安装不仅影响着隧道的施工质量，而且对盾构机接下来的正常运行产生巨大影响，更重要的是很有可能造成安全隐患造成不可估量的损失。盾构机后部已经组装完毕的部分可以在盾构机进行下一步推进的时候提供直接的反作用力。良好的分段姿态可以使盾构机在推进过程中保持良好的姿态。良好的盾构姿态也会产生良好的段组装。在整个施工环节，管片的拼装与盾构机的推进相辅相成。因此，每一个施工段在管片拼装工序操作前，务必进行详细检查，确认管片种类是否正确；密封垫粘结有无脱落；同时在确认管片的吊装孔预埋位置正确，封堵盖、逆止阀质量完好无缺，以及混凝土的握裹牢固，管片接头使用的螺母、螺栓、垫圈、螺栓防水用密封垫等附件准备齐全后，方可进行安装。每个管片在拼装结束后要及时进行各方面检查并拧紧各个方向的螺栓，防止该环脱出盾尾造成不可估量的损失。

在隧道掘进过程中，有必要观察和记录段内是否存在裂缝和其他损伤。如果是这样，选择一个合适的时间来修复管片。

2.4 壁后注浆

壁后注浆一般包括同步注浆和二次注浆两种方式。在施工中，为了方便开挖和管片的拼装，通常盾构机的刀盘直径会略大于隧道的直径，这就会引起衬砌管片脱离盾尾后在衬砌外形成间隙。盾构空隙在围岩变形塌落前及时进行高压注浆，填充空隙使得围岩达到应力平衡，稳定底层，不但可以防止隧道周围的地基产生较大的变位，而且还有利于隧道衬砌的防水，确保管片衬砌早期的稳定性。

同步注浆是指盾构挖掘和注浆同时进行，通过安装在盾构壳体外侧的注浆管和管片的注浆孔进行壁后注浆的方法。除了隧道的不透水性外，它还可以防止盾尾水渗入密封土仓而造成的喷涌；二次注浆是指考虑到盾构机在穿越过施工段后，进入下一施工段，为了达到环境保护和隧道稳定等因素，例如前一施工段发现同步注浆有施工缺陷的地方，这时可以通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆。补充到同步注浆中可能存在的质量缺陷部分或同步注浆材料体积收缩而形成的空隙，这样可以达到减少盾构机通过后土体的后期沉降的目的，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。

实践证明，注浆是盾构施工的关键环节，控制好注浆可以保证地面沉降值控制在10mm以内，从而保证地表建筑物的安全。

3 结语

过去的20多年中，我国是世界上最大的盾构法隧道施工市场，在盾构技术在中国城市地铁建设中广泛运用的同时，不同地理区域的工程实践也给中国工程师们提出了各种各样的难题。因此，为了保证地铁工程施工质量，中国的学者们必须对盾构法施工技术进行深入研究，对主要施工技术要点进行重点控制，不断提高其施工技术，总结经验，这样才能充分发挥盾构法的优势，不断克服自身的缺点和不足。