摘要：随着社会经济的不断发展，地铁的建设正处于前所未有的热潮中，具有高技术含量的盾构法隧道施工技术在地铁隧道区间施工中得到了广泛的运用。盾构法是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。鉴于此，本文以合肥市地铁三号线锦绣大道站—丹霞路站区间施工为例，试图说明盾构施工的关键技术。
关键词：地铁；盾构；管片拼装；注浆
1工程概况
表1 盾构区间设计概况表
2土压平衡盾构机的基本构造和施工特点
2.1土压平衡盾构机的基本构造
土压平衡盾构机的主要部件和系统结构主要组成部分为：
⑴刀盘切削系统：位于切口环内，由盘体、切削刀、仿形刀、传动箱、集中润滑系统组成。
⑵推进系统：由若干组推进千斤顶组成。
⑶加泥与注浆系统：外加泥或水与切削下来的密封舱内土体充分搅拌，使之成为可塑、渗透性极小的泥土，并保持一定的动态平衡压力，控制开挖面土体不塌陷和地面不发生较大沉降。注浆系统分盾尾同步注浆和管片二次注浆,主要是保证地面沉降在允许范围内。
⑷螺旋输送机系统：将切削下来的土体输送到皮带机或编组列车内,控制密封舱内保持一定土压与开挖面土压和水压平衡。
⑸管片拼装系统：用于隧道管片拼装，由回转盘体、悬臂梁、提升横梁、举重钳，以及千斤顶等组成。
⑹盾尾密封系统：是盾构形成密封的关键,结构为三排二室钢丝刷形式。
⑺皮带运输机系统：用来输送土体。
⑻数据采集与监控系统：是盾构工作的控制系统. 可对挖掘数据进行采集、数值运算、逻辑控制、故障报警、实时画面显示与数据输出等管理工作。
⑼后续台车系统：主要为盾构机各种后配套设备的台车。
2.2盾构施工特点
盾构法施工是指利用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内进行安全的开挖和衬砌作业，从而构成隧道的施工方法。其优点主要有：
(1)在盾构支护下进行地下工程的暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；
(2)盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实现自动化、智能化和施工远程信息化，掘进进度快，施工劳动强度低；
(3)采用精确的激光导向系统，保证施工线路准确；
(4)地面人文自然景观受到良好的保护，周围的环境不受盾构施工干扰；在松软的地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全等方面的优越性。
其缺点主要有：
(1)盾构机械的造价昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表的沉陷风险较大；
(2)需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量场地布置、盾构转移等技术配合，系统工程协调复杂；
(3)建造短隧道时经济性差；对隧道施工半径过小或隧道埋深过浅时，施工难度教大；
(4)盾构、管片已经定型，施工过程中断面尺寸变化困难。
3.盾构施工关键技术
3.1盾构始发
首先，在盾构到场前，进行端头土体加固；其次，组装盾构后配套拖车，并将其吊入车站内；再次，组装盾构主机并将主机和后配套拖车连接，完成盾构机整机调试，同时完成垂直运输系统和水平运输系统、制浆系统等安装调试。在上述工作期间可交叉作业，完成洞门密封、洞门破除及反力支撑安装，最后拼装负环管片形成盾构始发状态，始发掘进时应逐步建立土舱压力，控制地表沉降。
3.2盾构掘进
3.2.1制定掘进参数
始发掘进过程中，应严格按照规定设定推进速度、转数等技术参数，控制刀盘扭矩在合理范围内，尽量减小刀具的负载及磨损。
3.2.2出土量控制
出土量的大小是判断盾构是否出现超或欠挖的最直观依据。施工中，应严格控制每环出土量偏差不超过理论值的5%，且不允许出现欠挖。V理论 ＝π×(D/2)2×L×S＝π×(6.28/2) 2×1.5×1.3＝60m3／环，其中：D—刀盘直径，L—管片宽度，S—松散系数。此外，应根据盾构的推进速度，合理选择螺旋输送机的转速、闸门开口率和出土量等参数，确保过程中出土与开挖保持同步。
3.2.3土仓压力控制
土仓压力的合理设置，是沉降控制的关键因素。
(1)首先，应根据开挖影响范围，确定盾构影响高度，计算该高度内的水土压力。
(2)根据盾构推进速度，选择相匹配的螺旋机转速及闸门开度，确保过程中的压力稳定。
(3)添加足量的泡沫剂保证土体的塑流性，也是保证土压力稳定的关键。
3.2.4渣土改良
盾构掘进时的渣土改良方法包括向刀盘、土仓及螺旋输送机添加泡沫剂或膨润土泥浆等。
3.2.5管片拼装
(1) 管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。
(2)管片块安装到位后，及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。
(3)管片安装完后及时整圆，在管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓再次进行紧固。
3.2.6同步注浆
(1)注浆压力：为了保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生过大的变形和损坏，设定注浆压力为1.2bar~1.5bar。
(2)注浆量：根据管片壁后环形空隙与地层有效填充的经验公式计算，注浆量取盾尾间隙理论体积的1.0～1.1倍。空隙Q=π（R2-r2）L=3.14×（3.142-32）×1.5=4.05m3，注浆量为4.05～4.5m3/环。掘进过程中根据出土量和监测结果及时调整注浆量。
(3)注浆速度：同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构完成一环1.5m掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度，达到均匀的注浆目的。
(4)注浆结束标准：采用注浆压力和注浆量双指标控制，即当注浆压力达到设定值时，注浆量达到设计值的95%以上时，即可认为达到了质量要求。
3.2.7二次注浆
同步注浆系统有一定的合理使用范围，在某些敏感区域有一定的局限性。对于注浆系统另外配置了一套人工管片壁后注浆设备，在注浆管理上采用自动与人工注浆相结合，用人工管片壁后注浆系统来填充自动注浆设备的某些地质敏感区域，二次注浆压力设置在2~3bar。
3.3盾构接收
3.3.1盾构接收段参数控制
盾构机进入接收段后，应减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值,土压的设定值应逐渐减小，避免较大的推力影响洞门范围内土体的稳定。
3.3.2接收井洞门处理
首先，在洞门圈内打探孔检查加固情况及渗漏水情况，如无漏水及漏沙等现象则待盾构抵至钻孔桩开始对钻孔桩外层进行破除。
3.3.3盾构接收台安装
在盾构到达前，根据设计中线及实测盾构中线，对盾构接收架进行定位安装。定好位后对接收台进行加固。
3.3.4盾构到站
墙体破除完成后，会有大量碴土掉落在洞门圈内和洞门外。当盾构推进到位停止后，便可进行碴土清理。碴土清理完后，割除洞门凿除时预留的钢筋。
4小结
本文通过以合肥地铁3号线锦绣大道站—丹霞路区间施工为例，介绍了盾构的基本构造和施工特点、盾构施工关键技术，希望能给读者在盾构施工技术方面带来全新的了解，也为后期地铁隧道区间盾构施工管理积累宝贵的经验。
参考文献
[1]《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2017) ；
[2]《地铁隧道工程盾构施工技术规范》DG/TJ08-2041-2008。
论文作者:何迎春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/11
标签：盾构论文; 管片论文; 注浆论文; 隧道论文; 系统论文; 压力论文; 速度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;