陈焱

摘 要：盾构法施工对城市轨道交通工程的施工质量具有重要影响，其中关键在于正确选择盾构机。本文分析了盾构施工技术的种类，根据工程概况与地质条件，探讨了施工中盾构机的选型原则，以期为施工人员提供理论参考，使其加强对盾构机选型原则的了解，根据工程的地质条件与水文条件，合理选择盾构机，有利于增强开挖的安全性与稳定性，防止地面出现隆起或沉降，为顺利完成掘进工作提供有力保障。

关键词：盾构机形式;工程地质条件;盾构机功能要求

中图分类号：U455.39 文献标识码：A

0 引言

经济水平的快速提升，促进了城市轨道交通工程的建设，而轨道交通一直是人们重点关注的话题。在工程建设过程中，通常使用轨道交通盾构法，其中盾构机的选型原则具有重要影响，关系着施工质量与效率，应当引起施工单位的充分重视，掌握选择原则，确保顺利施工，完成轨道交通建设，从而改善人民出行条件。

1 盾构施工技术的种类

盾构施工技术的种类主要分为以下几点：第一，椭圆断面盾构法，其主要工作原理是盾构机在一定角度下，利用圆形刀盘挖掘土体，从而挖掘出椭圆形的断面，可以增强开挖的稳定性，最大化缩减开挖面积与渣土量，确保符合工程要求。第二，多圆盾构法，在连接若干圆形刀盘过程中，一般采用前后错位的方式，确保刀盘中心出现相互重合的现象，可以使断面的形式更加多样化。第三，自由断面盾构法，在挖掘隧道的过程中，采用小行星刀盘和主刀盘进行挖掘，可以充分发挥刀盘上的调节功能，从而获得非圆形的断面，以此满足工程的实际需求。第四，球体盾构法，球体盾构机主要采用球体、大盾构、小盾构等组成，由于球体蕴含在盾构内，因此可以自由调整挖掘方向，为施工提供便利[1]。

2 工程概况与地质条件

南通市城市轨道交通1号线一期工程土建施工07标段属于长江三角洲太湖冲湖平原，位于南通市开发区，根据历史背景与地表形态可知，南通地区地貌可以分为两大单元，一单元是长江三角洲冲积平原，而另一单元是低山残丘。岩土工程地质包括多种土层，例如，填土、粘质粉土、粉砂夹粉土、砂质粉土、淤泥质粉质粘土、粉砂等。在盾构区间拥有河流、桥梁、道路等众多建构筑，由于沉降作用较大，将会对社会造成十分不利的影响，本工程施工的难点在于如何选择适合的盾构机，有效处理区间隧道的桩基，为施工质量与安全提供保障，除此之外，在使用盾构机的过程中，应当控制盾构机有效参数，确保高效施工。

3 城市轨道交通盾构法施工中盾构机的选型原则

3.1 分析水文条件

从地表水的角度上分析，本工程主要途经两个河道，分别是三谷镇北横河和天星横河，部分小水塘和水沟等主要集中于场地1号的东侧荒地，天星横河片区总面积40.38 km2，紧邻通启运河、朝阳竖河、长江，排涝控制水位2.30m，正常控制水位1.80 m。在南通地区，不但雨量充沛，而且气候湿润，台风期与梅雨期是降雨较多的阶段，具有水量集中、强度大、历时短等特点。从地下水的角度分析，潜水主要埋藏于粉砂夹砂质粉土和层填土中，主要补给地表径流、人工用水、大气降水等，水位标高超过0.22，低于2.82 m，而承压水主要埋藏于7层细砂和1层粉砂中，具有丰富的水量，排泄途径主要有两种，分别是地下水侧向径流和人工开采，施工人员应当根据当地的水文条件，选择适合的盾构机[2]。

3.2 掌握盾构机功能要求

由于土体无法形成自然拱，其自稳能力较差，在盾构机通过时，地面容易产生隆起或者沉降等现象，严重的会产生塌陷，对工作面具有严重影响，因此，需要根据工程实际要求， 正确选择盾构机的类型，从地层情况来看，可以采用土压平衡式盾构机，完成施工掘进工作，特别注意的是，需要选择正确的技术参数，可以从刀盘形式和盾构刀具配置方面入手。对于刀盘形式，施工人员需要注意以下几点：第一，需要分析辐条的强度与刚度，根据工程的需求，可以选择辐条式的刀盘结构。第二，在设计刀盘时，需要提高其开口率，确保大于38%，才能更好地满足工程需求。第三，可以对刀盘本体正面进行处理，增加耐磨板，提高刀座的耐磨性，避免刀盘出现严重磨损。第四，在刀盘中心，需要设置改良剂的注入口，主要位置包括刀盘中心，以及其它辐条和面板，并且还要进行分散布置。第五，需要将搅拌棒设置在土仓内壁，进行主动搅拌与被动搅拌。

此外，对于盾构刀具配置，需要注意以下几点：第一，在设计刀具时，需要配备齐全各种刀具，其中包括仿形刀、周边刀、刮刀、撕裂刀等，尤其是在配置周边刀具时，应当将保护刀放置在刀盘边缘处，可以起到保护刀盘的作用，同时，需要综合分析刀具的抗冲击性与耐磨性，尽量降低刀具的磨损，降低了换刀的概率。第二，在挖掘过程中，对刀具的周边具有较大磨损，增加了换刀的次数，因此，需要适当增加刀盘的开挖直径，使掘进数据变大，降低刀具的磨损程度。第三，需要将盾尾密封刷设置在盾尾密封装置中，可以承受同步注浆、水压力、土压力等作用力。第四，在选择渣土改良材料时，可以选择泡沫，主要用于中风化砂岩、中风化泥岩、强风化泥岩等，除此之外，还可以选择泡沫混合液和膨润土等作为材料，对渣土进行改良。第五，在刀盘前面，需要尽量增加泡沫孔或泥孔，并且还要分散布置，确保刀盘前方土体内顺利注入材料。

特别注意的是，对刀盘额定扭矩具有一定限制，需要大于5 000 kN·m。需要根据最大推力，分析工程的管片強度与地层条件，设置盾构推进系统，将推力控制在30 000 kN以上。同时，需要控制推进速度与同步注浆相符合，填充管片与地层之间的空隙，防止管片上浮，地表沉降。

3.3 确定盾构机形式

经济性、先进性、安全性是盾构机选型原则，施工人员需要以安全可靠为原则，确保人员安全，防止发生安全事故。同时，需要确保技术具有先进性，符合时代的发展规律，可以更好地满足工程实际需求。在选择盾构机的形式时，需要确保地质类型与盾构机的功能相符合，对于不同的工程进行综合性分析，确保选择适合的盾构机类型，以此满足工程实际需求。目前常用的盾构类型主要有土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构，二者的使用范围不同，例如，在选择盾构的类型时，需要分析当地的土层渗透性与水压强度，泥水盾构主要应用于透水系数超过10 m/s～4 m/s的地层，而土压平衡盾构主要应用于透水系数低于10 m/s～7 m/s的地层[3]。

3.4 了解实际选型的注意事项

本工程的盾构施工步骤主要包括加固处理盾构进出洞地层、盾构机吊出、盾构进洞、盾构掘进等，当使用盾构施工法时，容易出现地表裂缝或变形等情况，产生地表隆起的方向一般在掘进前方，在开挖过程中，产生沉降的原因主要是土体损失，并且在完成拼装后，因为没有及时填充盾尾空隙，所以发生固结沉降，一般在施工前期，就可以发现地面沉降，需要采取有效措施解决，例如，科学设置掘进参数，采用土压平衡式对软土底层进行施工，对盾构机的状态进行实时监控，及时调整土压力，尽量减小对地层的影响。同时，需要合理控制盾构机停顿的次数，确保可以连续的进行掘进工作。此外，在施工过程中，施工单位需要成立突发事故应急小组，一旦发生喷涌现象，可以快速采取应急措施，使用污水泵进行抽水，避免喷涌出的泥水影响施工效果。

4 结论

综上所述，在使用盾构机前，施工单位需要分析工程的水文条件与地质概况，以及盾构机的性能与形式，根据工程的实际需求，选择适合的盾构机，为施工质量提供保障，促进城市轨道交通的建设与发展。

参考文献：

[1]周双禧，李志华，雷珊，等.城市轨道交通盾构法隧道施工新技术及应用[J].施工技术，2020，49（19）：87-92.

[2]杨洲，姜嘉男，方略，等.城市轨道交通盾构法施工盾构机选型原则研究[J].智能城市，2020，6（13）：143-144.

[3]杨鑫.城市轨道交通盾构法绿色施工技术研究与应用[J].铁道建筑技术，2020（02）：89-92.