（中铁十八局集团第一工程有限公司，河北，涿州，072750）
（华东交通大学，江西，南昌，330013）
【摘 要】本文中笔者首先阐述了盾构法应用到隧道构建中的环节，分析了该施工法的优缺点，进而结合我国盾构隧道穿越水底浅覆土施工工程实际，对当前我国盾构法进行水域下隧道施工时的遇到的困难做了剖析。
【关键词】盾构隧道；穿越水底浅覆土施工；技术；难题；环节
前言：
随着社会经济的快速发展，我国交通网络越来越四通八达，为了给人们提供更加便捷的交通服务，我国积极进行着水底隧道或者山体隧道的建设施工，而且也取得了不错的成效。在施工过程中盾构法是隧道建筑和施工中的一个重要的方式，对于隧道构建十分重要。因此，笔者认为，十分有必要以穿越水底的浅覆土的隧道施工为例，对盾构法施工技术进行分析和探讨，以期促进我国隧道施工水平的发展。
一、盾构法应用到隧道构建中的环节和优缺点
盾构法在实际的隧道构件施工中涉及的环节主要有：首先是土体开挖和开挖面的支护。在土压平衡式盾构情况下，一般会用切削刀盘来对障碍土体进行切削。而切削的土量与切削刀盘的尺寸、转速和千斤顶的力度息息相关。其次，盾构机再借助千斤顶的推力将开挖面的土体进行推开，抵抗各方面的阻力，而一般来讲，盾构的推动力与各种阻力成反比，但是也不是推力越大越好。因为过大的推力会迅速将开挖面前的土体过渡隆起，影响视野，而推力不够又会严重影响施工进度。再次，是施工的最后一个环节，即盾尾脱空与壁后注浆。在将土体障碍推进以后，拼装衬砌外围就会脱离盾体的保护而形成建筑缝隙，就会对地层产生破坏。
盾构法应用到隧道构建中的优点主要表现为，通过千斤顶助推等方式可以提高开挖速度，并且有相关的盾体保护，开挖和衬砌的安全性较好。而且现阶段盾构法大多都利用了自动化的机械作业，能够高效的完成开挖、取土、拼装衬砌各个环节，减少了人工成本和人员作业强度。由于是出于地下空间进行的施工，因此不会对地面正常的交通运输造成阻碍，在施工前期的地下勘探又保证了相关地下管线不会受到破坏。与此同时，盾构法也有相应的不足。首先盾构法相关机械设备的适用范围比较窄，而且由于设备昂贵，因此在对隧道进行施工和开挖前，需要相关部门和人员对隧道所处的地形、地貌、地质土壤和水文特点、地下构造等进行全面的分析与勘探，然后根据这些条件再制定相关的盾构施工方案及定制盾构设备，而且往往只能针对该隧道进行使用，而不能用作其他隧道。如果对水底隧道施工时，隧道的覆土层厚度不够就不利于安全施工。而且在一些图层中，如果水土松软，地层就会极易发生下沉或位移，施工难度会随之增加。
二、盾构法进行水域下隧道施工时的难题
1．浅覆土易产生冒顶通透水流
在施工时坡度会相应盾构进度，增加难度，因此一般不会在水底覆盖过多的土，但是过浅的覆土层给盾构施工造成了极大的困难，特别是在高水头施压的状态下，切削刀盘在对前面土体进行切削时很容易由于掌握不住土压平衡而造成切削缺陷。另外，如果河水通过土体的裂缝渗透到盾构机里，就会产生盾构进水，严重时就会造成施工人身安全和设备损坏、甚至报废的问题。
2．隧道上浮
在浅水覆土的水底隧道施工时，经常会由于上下受力不均而使得盾构机偏上，下部施压减少，进而造成隧道上浮，使得隧道轴线不正。此时，如果没有及时采取有效的压载措施，就很可能出现隧道部分出现渗水缺陷。
3．盾构选型困难
气压盾构和泥水平衡盾构都是常用的水下隧道施工类型，虽然其稳定性强，但是对于施工作业人员的职业健康影响较大，而且泥水平衡炖价格高昂，这些都使得盾构在选型时十分困难。
三、盾构隧道穿越水底浅覆土施工措施
1．简要覆土最小厚度分析
盾构机在河底进行刨土过程中，通过工作面的挤压对覆土进行推进，此时工作面挤压力=主动土压力+挤压力合力=静止土压力+挤压力合力+被动土压力，这相当于三种临接受力平衡状态。其所呈现的状态如图所示：
图1 河底饱和粘土中盾构工作面的临界平衡状态
此图展示了盾构工作面的临界平衡状态，通过该图我们可以看到，盾构正面挤压力 ；当盾构正面挤压力Pg小于工作面主动土压力pa时，开挖面土体将会向着土仓内崩塌，这情况下就会引发覆土塌陷的情况产生，地面的沉降情况也将会比较明显，对于工作人员的安全产生极大威胁。当盾构正面挤压力pg介于主动土压力pa和净值图压力p0时候，盾构前方的覆土层会有一定沉降发生。容易与之后的沉降叠加。土压平衡盾构施工时，应当将压力保持在静止土压力和被动土压力之间，也就是说Pg应当小于Pp。这样，我们可以推算出盾构安全推进所需要的最小覆土厚度为h
2．河底注浆加固
不同的河流，其航道和排水的要求不同，如果河道较浅，而需要对其进行加固隧道浅覆土，那么就应当摒弃河道抛土的方法，通过河底注浆的方式，通过设置抗浮板的方式对河道进行加固则应当成为首要选择。通过注浆的方式能够让河底形成一道硬壳层，其 和c的数值就会相应增大。那么，通过最小覆土公式，我们可以得出，覆土为不透水层时候， 、c两个数值的增大能够减少所需要的覆土厚度计算值。并且，因为覆土为不透水层，那么气可以防止隧道上浮。浮重度可以由上层覆土的实际重度来代替，增加隧道覆土重量，从而防止其上浮。
3．河底抛土，增加上覆土层厚度
这种方式可以让深水河底隧道的加固更加具有可行性，从而能够保证盾构机的有效推进，能够让隧道的最小覆土厚度满足隧道的安全需要。此方法最大的优势在于其成本的节约性，其方法也更加简便易行。
4．加设抗浮板，为盾构推进及阻止隧道上浮提供反力
浅河道的覆土区域是隧道施工的重点，也是工程建设的难点。对其进行相应的建设应当在注浆加固的同时设置抗浮结构，比如抗浮板的应用，从而让平衡盾构推进时能够产生一定的侧向压力，让盾构以较为适当的方式和速度予以推进，有效避免河底危险区的隐患，让工程建设能够顺利进行。
结语：
盾构隧道穿越水底浅覆土进行施工，是水底隧道施工的重大改革，通过本文的分析，我们可以得出其主要的几个关键点。
首先，浅覆土河道施工需要考虑河道的水文、地质、建筑物、地下障碍等等方面，需要根据相应的情况采取不同的措施进行施工建设，保证施工建设的安全性。
其次，土压平衡盾构机进行河底浅覆土隧道施工时候需要对覆土的安全厚度进行测算。
第三，覆土不足时候可以通过河底注浆加固或者设置抗浮板的方式进行弥补
第四，盾构机的推进要根据实际情况进行相应的调整，做好安全保障措施。
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论文作者:刘仁圣
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年7月总第212期
论文发表时间:2016/9/14
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