龚政

摘要：笔者结合实际工作，对盾构机概述及施工技术进行了系统的介绍，并对盾构机过站的施工方法进行了深入的阐述，使盾构机过站快速安全地完成，同时促进地铁隧道建设的卓越发展。

关键词：盾构机；过站；施工技术

Abstract: based on the actual work, the shield construction machine overview and construction techniques of the system is introduced, and the shield construction machine stop construction method on the thorough explanation, that shield construction machine stop quickly completed safely, and promote the development of the construction of subway tunnel excellence.

Keywords: shield construction machine; Stop; Construction technology

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

前言

近年来，我国地铁建设蓬勃发展，多个城市开始或者继续进行地铁建设，如北京、上海、广州、沈阳、深圳等。盾构机是现代城市轨道交通和隧道建设工程中主流的施工设备，在盾构机完成一个区间后要经过车站结构，从而进入下一个区间的掘进。如何快速、经济、有效的实现盾构机过站是保证工期、保证设备安全的一个值得探讨的问题。

1 盾构机的概述

1．1 盾构机的工作原理

盾构机是一种用于隧道暗挖的施工机械，它具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在钢壳体的掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，从而使隧道一次成型。应用盾构机进行隧道掘进的方法称为盾构法(Shield tunneling)。其基本原理是：由刀盘旋转切削地层，采用螺旋输送机或泥浆管运送渣土，在壳体内拼装预制管片，依靠液压千斤顶推进。这个钢结构组件的壳体称为“盾壳”，盾壳对挖掘出的尚未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。

1．2 基本构造

盾构机主要由护盾、挖掘机构、推进机构、排土机构、衬砌机构及辅助机构等部分组成。护盾一般由切口环、支撑环和盾尾三部分组成；挖掘机构主要由刀头或刀盘及支撑装置组成；推进机械主要由液压设备如油泵、油马达、油压千斤顶组成、排土机械中的泥水式主要由泥浆泵管道组成，土压平衡式主要由螺旋输料器和皮带运输机组成；衬砌机构主要是管片自动拼装机械手；辅助机构包括壁后灌浆装置，导向测量及控制装置等。

1．3盾构机国内外现状

盾构机至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对于土压平衡、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定及控制隧道洞壁的隆起及地表塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了较大的发展，目前已累计生产28000多台。主要生产厂家有日本三菱重工(1台)、川崎重工(1200多台)、瑞克公司（1200台）等公司。这些厂家可根据不同地质条件和工程要求，设计制造不同类型的盾构机以满足工程需要。盾构机施工也是一门成熟的地下工程施工技术，已成为大多数地下隧道工程施工所首选的常规技术。我国从20世纪50年代中期开始研制盾构机，从事此项研究的单位主要有上海隧道工程设计院，至今已研制使用了100多台盾构机，累计掘进约150多千米，平均每个工程长度近1000m。国主盾构机以土压平衡式为主，泥水式盾构机尚缺乏经验。土压平衡式盾构机机构设计与国外差异不大，但一些国产部件、元器件的质量、寿命、可能性较差，有些还需从国外进口。

2 地铁盾机构施工技术

2．1 曲线施工

由于城市交通网的规划状况以及城市地铁的使用状况，地铁隧道必然存在曲线部分。另外，地铁隧道在设计或实际施工时，难免会遇到或避开原有的构筑物，从而不得不改变地铁线形，由此也会出现曲线。这就为盾构施工提出了新的要求。因些，盾构机所装备的功能，应当满足曲线推进的要求。在实际施工过程中，为减少曲线施工对土层的干扰，一般情况下，通常在曲线段在盾機上采用楔形管片施工。笔者认为除了采用楔形管片施工外，还可以考虑采用油压分区控制，实现千斤顶可自由编组；或采用仿形刀装置、铰接机构等功能综合解决盾构机曲线施工时遇到的困难。

2．2 加泥及加泡沫系统

在施工过程中，盾构切削的部分砂土和黏质黄土混合在土仓中被搅拌，可能会在刀盘上造成“糊刀“或“泥饼”等情况，因此，有必要在盾构机施工时采用加泥或泡沫系统。对于不同地质条件，这种系统通过添加塑流化的改性材料，进而起到改善盾构机密封舱内切削土体的塑流性的作用。这种方法能有效地平衡开挖面水与土的压力，使盾构机向外顺利排土，有效拓宽了盾构对不同地层的适应能力。

2．3 减少盾构机推进阻力

根据不同地质条件以及标准惯入锤击数值的大小，刀盘盘圈外径、切削刀最大切削轨迹外径及盾构机外径这三个外径的尺寸之间存在细微的差别，倘若处理方式不合理，会增大推进阻力，给盾构机整机推进性带来较大程度的影响。因此，在设计主切削刀最大切削轨迹外径时，应当使它略大于盾构机外径；应选择合适的刀具切削深度，合理设置刀盘盘圈刀具。这样既减少盾构机刀盘盘圈和盾构机外周的磨擦阻力，减少了推进阻力、切削噪声和切削时产生的振动，又不会过多的影响盾构机控制土体沉降的能力和整体掘进效果。

2．4 盾构机机体接收

施工过程中，为避免发生地下水沿开挖间隙涌入作业井内。当坍塌土体清理工作结束后，盾构机应该立即加快推进速度；刀盘通过防水帘幕后，应当立即拉紧水帘幕压板上的钢丝绳，使防水帘幕压在盾构机前盾的盾体外；随后，保持盾构机匀速缓慢地前进，当同步注浆结束浆液凝固，封水管片安装完成之后，盾构机应当按照正常挖掘速度前进；盾体全部出洞门后，盾构机接收成功。

3 盾构机过站施工方法

由于在站台不能采用拼装负环管片反推前移，只能采用过站托车支承、外置液压油缸推进的方法过站。对于这类过站方法，目前常用的有两种滚动移动方式：第一种方式是在过站托车上安装车轮，使过站托车在路轨上前移，其优点是移动平稳可靠而且移动速度较快，缺点是过站后盾体必须重新移上始发架工作难度较大。第二种方式是在过站托车底部放置滚筒，滚筒的下面铺设钢板，滚筒在钢板上滚动，使过站托车前移。本文将讲述第二种方法的施工流程与技术。

3.1 盾构机破洞前的掘进

为了使盾构机以良好的姿态准确出洞，盾构机在破洞前约30m开始就必须谨慎控制掘进参数并加强对隧道测量监测。其目的主要是凋整盾构机的姿态，使盾构机能够顺利从预埋的洞门环中破洞而出。一般情况下，破洞前盾构机允许偏差为±10mm，仰角允许偏差范围2m/m，而且要避免出现俯角姿态。此外，从破洞前30m开始就要尽量减小对土体的扰动，使破洞时不会造成大面积土体塌方。

3.2 洞门凿除

洞门应该在盾构机到达之前预先凿除，但要严格控制凿除维护结构后洞门掌子面的露空时间，一般情况下露空时间应≤48h，否则容易造成掌子面坍塌。凿除洞门时应由上至下凿除，可保留最后一层钢筋网，待盾构机破洞时刀盘渐进刮磨钢筋网，然后停机割断钢筋，这样可以有效防止土体塌方。

3．3 始发架定位

依据隧道高程和始发架结构尺寸，计算始发架的安装高程。测量地面及洞门的标高，对比判断需要凿低地面还是垫高始发架。

3．4 盾体上始发架

将盾体推上始发架时需特别留意以下几个关键工艺：(1)盾构机破洞前直先在洞门底部铺垫上碎石以防盾体离开洞门时发生头部下沉；(2)将刀盘转到合适位置，防止边刮刀碰撞始发架；(3)与始发架接触的前体耐磨层需用薄钢板衬垫，以减少摩擦力并避免磨伤始发架。

3．5 盾体横向平移

用钢丝绳将盾体与过站拖车捆绑牢固，在过站拖车的一侧安装两个液压千斤顶，然后横向推移始发架，使始发架连同盾体达到平移的工艺要求。盾体横向平移需注意两个关键点：1）两个千斤顶的推进速度必须一致：2）始发架承受千斤顶推力的部位需加焊筋板补强。

3．6 盾体纵向平移

平移到位后，拆开右边两台千斤顶，安装在始发架后部，在始发架底部放置好钢板或者滚轮，用千斤顶推动始发架前移。盾体纵向平移之前必须做好两项准备工作：1)用钢板加工4件活动底板，铺放在始发架前。2)在前体、中体焊临时牛腿，用于将盾体顶升。

3．7 盾体再平移及定位

考虑盾构机将直接在始发架上安装负环管片进行二次始发，铺的钢板将无法拉出。平移时地面将铺方钢而不铺设钢板，當前推要斜向推进，使刀盘对中洞门，以减少平移量。推进到位后，用两千斤顶将盾体单边顶起，取出底板，同时单边放入方钢密排于始发架底部。两侧各放约2O条2m长的方钢，摆放时方钢全部向盾体平移方向偏，以使盾体平移时不致脱离方钢。放好千斤顶于中后部，水平将盾体移正。最后进行测量定位后固定。

结束语

盾构机直接通过车站是现在隧道施工中必不可少的一部分，盾构机过站的形式和方法多种多样，但过站的主要目的都是希望盾构机能够快速、安全顺利地通过车站结构继续掘进。盾构法施工的大型机构设备，盾构机选型的正确与否，直接关系到盾构施工技术水平以及地铁盾构施工整体经济效率。

参考文献：

[1]麦宇豪．地铁盾构施工中盾构机过站技术[J]．西部探矿工程，2005

[2]周文波．盾构法隧道施工技术及应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004

[3]马书红．盾构机的地铁过站施工技术[J]．山西建筑，2009