中铁十四局集团隧道工程有限公司 山东济南 250002
摘要：随着隧道工程技术的不断进步与完善，盾构法施工在轨道交通建设中的作用越来越重要，并成为城市地铁建设主流的施工工法。因此，对地铁盾构施工技术进行研究与探索具有十分重要的现实意义。本文结合兰州地铁1号线工程特点，简要介绍了地铁建设中盾构技术的基本原理、特点、运用方式及控制措施，以期为相关工作提供参考。
关键词：地铁隧道；盾构施工；关键技术；控制措施；
1、工程概况
1.1工程概况
兰州地铁1号线某标段包含的奥体中心站～世纪大道站区间，线路总长2.1km，其中世纪大道到中间风井采用土压平衡盾构机施工。
1.2地质特性与水文特点
盾构区间主要穿越3-11地层，根据颗粒分析资料及现场勘测，主要成分为漂石、卵石，分布随机性较强，中粗砂填充。卵石、圆砾母岩成份主要为花岗岩、石英岩、砂岩等，磨圆度较好，分选性较差，饱和，密实。层厚分布稳定，层顶埋深10.0m～17.6m，厚度大，勘探最大深度60m未揭穿该地层。地下水主要赋存于3-11卵石层中，属河谷孔隙性潜水，含水层厚度200m～300m。综合渗透系数65m/d~75m/d。
1.3施工难点
（1）卵石含量高、粒径大、硬度大
卵砾石平均含量达到81.95%，普遍存在粒径大于20cm的漂石，初步地勘最大粒径为55cm,根据标段相邻的试验段盾构机掘进出土情况显示，最大粒径达到70cm。卵石石英含量较高，微风化居多，天然单轴抗压强度76～163MPa。
（2）大粒径卵石分布不均匀、强度差异大，胶结程度差，易坍塌。
（3）高水压、强透水
本区间埋深最深处达到41米（接近盾构机始发位置），最高压力达到4.47bar。平均渗透系数达到70 m/d，为强透水层。接收风险大。
（4）地下水位较浅
地下水最浅处仅距地表3米，属于空隙性潜水，黄河水与地下水水流交替循环强烈，水位恢复迅速。
2、盾构施工的技术原理
盾构施工的主要设备为盾构机，利用盾构壳保障挖掘面的土体稳定，进而朝前方掘进并且排出泥土，隧道采用管片衬砌拼接而成，通过注浆保持围岩的牢固性和良好的封水效果，利用推进系统顶推盾构行进。盾构施工的主要工序为掌子面开挖、排渣、管片衬砌、注浆、物料运输等，其中，施工人员应当根据施工环境的具体情况，分析水文与地质特点，以此制定针对性的施工措施，在维持开挖面稳定的前提下，能够快速、连续进行掘进，同时保证设备较低的故障率。
3、盾构施工的技术应用优势
3.1地铁盾构施工能够降低其对于施工环境的要求，减少对周边居民以及建筑物的影响，盾构施工仅需占用其基坑部位的施工场地，而无需占用整条地铁的沿线。同时，该施工方法噪音低、振动弱，不影响地面的正常交通。
3.2盾构机制造准确度较高，施工精度高，能有效控制误差，在盾构掘进中，施工人员能够快速有效的纠正隧道掘进偏差。
3.3盾构施工，施工人员不会直接面对掌子面进行开挖，在恶劣的地层中，不会因为坍塌造成人员伤亡，安全性较高。
4、盾构施工关键技术运用
4.1始发竖井
一般来说，竖井的尺寸与盾构机的始发方式、行进方式、隧道土层的厚度等多种原因密切关系，始发端头应采用可靠的加固措施，确保盾构始发的安全。垂直运输采用门式起重机较为合适，用于盾构设备的组装，渣土的垂直运输等。竖井的始发轴线与盾构机的轴线要多次复核，确保两者轴线保持一致。始发托架与反力架要结合竖井的尺寸和盾构机尺寸进行制作。
4.2盾构拼装
目前在我国许多地区，运输条件及运输能力相对落后，盾构掘进机的盾头部分都是在生产厂组装完后整体运至工地。但很多盾构施工工地处在城市繁华地段，道路运输条件和通过能力有限，通常只能进行分体运输，也就是将盾构机主体划分为主机、上盾壳、下盾壳、盾尾以及刀盘几个部分分别运输，然后于始发竖井内拼装。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在盾头的几个组成部分中，单件重量高达四十吨，因此，现场起重装置可利用门式起重机或者履带吊。
4.3反力架
反力架的组成部分包括临时支撑垫、固定支撑座，支撑反力架则依靠负环管片的安装，负环管片为闭口环，由八个隧道管片组装形成。
4.4始发洞门
盾构机在始发前，应当进行洞门加固处理，这一环节主要作用为:保障开挖面的稳定性;预防地下水渗透;预防隧道坍塌。在地铁建设中，通常利用冷冻法或者注浆法稳定壁面，稳固范围应超过盾构机主机长度，而其直径则应超过盾构机直径的两倍。
4.5洞门密封
隧道直径与盾构机直径存在一定差距，在两者之间存在空隙，为了避免水自其中流出，预防地表沉降，保障盾构机的顺利进入，在盾构机接近隧道口前，应当设置止水帘布及折页压板，利用环形设备封住空隙，而在盾构机进入隧道后，则应完全封住周圈缝隙。
4.6始发
将千斤顶顶在反力装置上，启动机器推动机器前进。在切削刀盘进入土体之前，为了避免隧道土体被突然削切而发生土体坍塌，施工人员应当利用螺旋器注入粘土，保障土压舱的满载，才可启动机器挖掘土体和排土。
4.7盾构的掘进
在盾构机完全进入后，必须按照挖掘方案行进，这一环节的工作由信息化系统进行控制。当盾构设备在掘进过程中出现误差时，可以利用信息化系统控制其油缸，保障盾构机行进方向的准确性，同时，在确保土压平衡的前提下，通过对刀盘转速、螺旋机输送速度的调整，进而保障挖掘与排土的速率基本一致。
4.8管片衬砌与进洞
在盾构机掘进一定距离后，则可开始管片衬彻，采用电机车的水平运输方式将管片送至隧道，再将管片送至拼装位置即可进行拼装，在拼装结束后则进行另一环节的挖掘与行进，循环往复。在盾构施工始发段结束后，应当及时处理隧道管片，对洞口进行止水，对负环进行拆除。
5、盾构施工关键技术控制措施
5.1盾构穿越前准备工作
盾构机下越地面重大风险源（如桥桩，楼房）前主要进行以下准备工作:(1)施工参数优化:在盾构穿越风险源之前的施工过程中，应当及时总结盾构所穿越地层的地质条件，掌握盾构推进施工参数。(2)机械设备及检查:在盾构进入风险源隧道影响范围之前，对盾构设备进行全面检查和维护，保证穿越过程中不发生机械故障。(3)盾构试推进:将穿越前100m范围定为穿越风险源的试验段。通过试验段的掘进，总结盾构掘进参数，不断完善施工工艺，将施工后地表变形量控制在最小范围内。(4)提前更换刀具，根据刀具磨损情况，在隧道进入风险区前提前进行换刀作业。
5.2盾构掘进施工控制重点
(1)加强监测:盾构穿越风险源时，适当加密测点数量。具体可根据实际情况作相应调整。(2)严格控制切口土压力等施工参数。(3)推进速度:保证盾构均衡匀速推进、连续性施工，杜绝盾构停滞，以减少盾构对土体的扰动，减少地表沉降。(4)管片拼装:在管片拼装过程中，应减少拼装的时间，缩短盾构停推的时间，减少土体沉降。(5)同步注浆、二次注浆:严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。(6)壁后跟踪注浆:如果隧道变形和沉降变化量大的，可根据实际情况在隧道内进行壁后跟踪注浆，紧急时通过地面注浆进行地层稳固。
结语
总之、随着城市化进程的不断推进，地铁建设的范围不断扩大，而盾构技术的关键作用越来越凸显，相关技术人员只有充分掌握该技术的工作原理、特征，施工工序，才能进一步发挥价值，提高地铁施工的建设效率，进而促进我国城市交通的便捷与发达。
参考文献
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论文作者:王伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/21
标签：盾构论文; 隧道论文; 管片论文; 卵石论文; 地铁论文; 竖井论文; 地层论文; 《基层建设》2017年5期论文;