盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望

2018-01-24

四川水泥 2018年1期

(成都轨道交通集团有限公司，四川成都 610041)

引言：

盾构法能够在施工过程中有效降低地铁隧道施工的风险，降低难度，是如今主流的施工技术。而伴随地铁工程的复杂性、城市建设的紧迫性，我们需要对于这种施工方法进行合理运用，并进一步进行优化，以此，为城市公共交通网络的建设做出积极贡献。本文将通过分析其相应的工作原理以及结合实际施工工程对于其工程重点进行了具体探析，希望相关人员能够根据本文观点不断优化技术水平。

一、相关概念

盾构机一般是由机体、排土部分、推土部分、隧道衬砌以及注浆系统等几个部分组成，（具体见图1）因此，在实际进行处理过程中，需要根据实际处理目标进行选型、其他附属工具的配置，因此，我们需要明确盾构机的工作原理，以此选择合适的盾构机型[1]。

盾构机的工作主要是根据盾构机组成结构进行，在工作时，通过推土以及机体的旋转作用，向施工地方的土体注入一定的蓬松土质材料，从而让进行搅拌，从而形成符合施工条件的土体，通过隧道衬砌系统以及排土的共同作用，并结合千斤顶速度，将多余的土通过排土系统进行排除，其中，通过结合土质，设定一定的推进参数，使盾构在工作过程中始终保持平衡状态，从而使其地下隧道的施工过程有一定的安全性有稳定性[2]。此外，针对于不同的土层结构以及相应的施工要求，应该选用相应的膨松剂以及配置合理的刀具，保证在实际施工过程中，工程造价与质量要求相适应。

图1 盾构机结构图

二、建设难点

（一）风险高

主要有这几个方面的原因。其一，任何工程都具有一定的危险性，而隧道施工因为在地底施工，不确定因素如，塌方等进一步增多，将这种危险性进一步进行放大。因此危险性较大。其二，地下施工通讯信号易受影响，风险管控会受到影响，对于不确定风险事件的应急措施反应较缓，进一步加大了工程的风险等级[3]。其三，地铁施工的工期较长，施工涉及的专业较多，因此，发生风险的概率进一步加大。

（二）难度大

地铁施工难度大，主要体现在以下一个方面，其一，这是由于工程本身涉及的专业较多，造成了在设计规划以及施工的过程中难度增加，需要考虑到方方面面的因素，因此，无形中给工程的实际运行施加了较大难度[4]。其二，工程涉及的单位较多，因此，在实际施工过程中，需要参考各方意见，很容易发生更改情况，造成一定施工难度增加。其三，工程专业性较强，地铁施工因为涉及到地下交通运行，因此，对于质量的要求就比较严格，对于实际施工，无形中增加了工程的人力、技术以及资源投入，并在很大程度上会运用到一些新型技术，造成了工程的难度增加。其四，工程中不确定因素的影响，因为施工的工期较长，因此，在遇到一些恶劣气候时，难免会对于实际施工造成不利影响，因此，工程施工需要考虑到在这种情况下的施工实施方案。

三、施工应用

（一）工程概况

本文以某内陆城市地铁5号线隧道施工作为实例说明。该工程全长1705.464m，盾构区间长为512.325m，工程会经过市区，在东北——西南方向建设，根据工程在施工之前的地质勘探资料，本文选取了两段区间土质情况分别是泥砂土层以及砂卵岩层作具体说明。在进行施工之前，我们根据工程的技术性以及经济性的要求，选用了一台进口的复合式盾构机，简称为海瑞克6.28。

（二）掘进模式选择

根据不同的地质情况以及地层分布，进行掘进形式的选择。

一般而言，进行泥砂土层（软土层）施工时，因其机器的姿态较难以把控，不确定因素增加，需要选择土压平衡的模式，以复合式的盾构机进行逐步推进，需要对于渣土进行改良，因此，除了设置相关的参数之外，还需要选定不同的土层膨松剂，一旦参数进行设置好之后，不需要进行反复调整，直到遭遇特殊情况可以适当进行调整。原则上是需要将仓内压力始终保持在水土压力之上就可以。除此之外，需要保证在掘进过程中，以较缓的速度进行，从而保证施工的质量以及减少不确定因素的影响。遇到特殊情况，如较大石块时，可以利用导向油缸将其进行挤压，最终将其进行破碎处理。

进行砂卵岩层施工时，因其地质环境中存在较大的岩体，具有不规则性，一般呈现上下结构分层，上部土层较软，下部土层较硬，因此，在实际进行施工的过程中，因其巨大的差异性，造成施工过程中，掘进困难，容易发生塌方现象。因此，采用平衡推进模式。但是因其复杂性，操作人员需要视具体情况对于参数进行调整，一旦仓内的压力大于水土压力总和，就会容易对于仓体的推力造成一定影响。而相反，就会造成上部塌陷引起地表发生局部沉降，给实际的施工造成一定时间以及资源浪费。此外，需要面对这种土层选择不同的道具配置，使其能够承受更大的压力，并起到一定的支撑作用，并且能够满足磨损过快的需求。

（三）参数设定

1.掘进各项参数

在工程进行施工以及掘进之前，需要对于隧道的深度以及地质勘探情况确定一定的参数，一般是由以下几个方面共同组成。其一，压力设置，对于泥砂土层（软土层）以及砂卵岩层有不同的参数标准，软土层的压力大致在85～95千帕，硬岩层一般压力设置区间在70～75千帕之间最佳。其二，盾构的推进力以及油压，分别为，7000～10000kN，及17～18Mpa。其三，对于切削参数设置，泥砂土层（软土层）以及砂卵岩层参数分别为，25mm/rpm，20mm/rpm左右。对于全硬岩石层在12mm/rpm左右。其余如，刀盘、螺旋机的转速需要更具实际情况进行调整。

2.注浆参数控制

对于盾构机的运作，需要始终保证其在掘进过程中，为出入平衡状态，因此，设置了掘进参数之后，需要对于注浆参数进行设定。其具体的设置影响条件有刀盘、盾体，推进速度，以及土质结构。对于比较单一的地质结构，可以采取实际测算，从而进行统一设定，而对于其比较复杂的土质结构时，需要根据实际情况进行合理设置，主要是速度以及一次能够注浆的质量。在这个过程中，需要注意的是需要在保证其安全的基础上保证一定的施工质量。这对于施工的安全性有较大的决定作用。

（四）复杂情况处理

因其工程地段的土质结构有较大的多变性，因此，在实际施工过程中，可以通过对于盾构机的设定从而避免一些突发问题，降低施工风险。其一，适当加大对于盾构机的推进力，这是由于盾构机的特性决定的。其二，适当选择强度较大的刀具，增加施工效率的同时减少因为刀具损害造成的质量和造价问题。其三，适当增加刀具数量，提高盾构机工作能力。