地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)研究與探索獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)研究與探索獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)地鐵的安全、高效建設(shè)并提高其施工質(zhì)量，盾構(gòu)施工技術(shù)得到了發(fā)展與運(yùn)用，隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善，其在城市地鐵建設(shè)中的作用越來(lái)越不可忽視。因此，對(duì)地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行研究與探索具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，該技術(shù)的有效運(yùn)用不僅能夠提高地鐵的建設(shè)效率，同時(shí)也能夠促進(jìn)城市的交通便捷。

關(guān)鍵詞：城市地鐵;盾構(gòu)法;施工技術(shù)

為了促進(jìn)城市的交通進(jìn)步，適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家近年加強(qiáng)了對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)與運(yùn)用，加大了對(duì)地鐵建設(shè)的投資，地鐵在各大城市的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而盾構(gòu)法是當(dāng)今世界上應(yīng)用與地鐵建設(shè)最為廣泛的施工技術(shù)。本文將介紹地鐵盾構(gòu)發(fā)施工新技術(shù)發(fā)展的歷史、工作的基本原理、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)所在，了解其施工工藝及國(guó)內(nèi)外最新的盾構(gòu)施工技術(shù)。

1.地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用

1.1始發(fā)豎井

盾構(gòu)井的尺寸應(yīng)當(dāng)符合盾構(gòu)機(jī)的拼裝技術(shù)要求，一般來(lái)說(shuō)，井寬必須比盾構(gòu)機(jī)的直徑大兩米左右，而井長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，則應(yīng)當(dāng)將盾構(gòu)設(shè)備的拼裝空間、施工人員作業(yè)空間等考慮在內(nèi)。另外，豎井的尺寸也與盾構(gòu)機(jī)的行進(jìn)方式、隧道土層的厚度等多種原因存在關(guān)系，始發(fā)豎井的壁面通常使用鋼板保護(hù)，或者也可以利用鋼筋混凝土，而起重設(shè)備的運(yùn)用則應(yīng)當(dāng)充分考慮運(yùn)輸條件，可選擇的設(shè)備包括升降機(jī)或者起重機(jī)。自地面將盾構(gòu)機(jī)的零件機(jī)器其他相關(guān)設(shè)備運(yùn)輸至井中，然后進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的組裝，設(shè)計(jì)其盾構(gòu)的反力裝置以及進(jìn)出口。

1.2盾構(gòu)拼裝

目前，我國(guó)在地鐵施工中所運(yùn)用的盾構(gòu)機(jī)，其盾頭由生產(chǎn)產(chǎn)家直接拼裝完畢后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，但是目前在我國(guó)許多地區(qū)，運(yùn)輸條件及運(yùn)輸能力相對(duì)落后，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的盾頭部分都是在生產(chǎn)廠組裝完后整體運(yùn)至工地。但我國(guó)很多城市地處內(nèi)陸，道路運(yùn)輸條件和通過(guò)能力有限，通常只能進(jìn)行分體運(yùn)輸，也就是將盾頭劃分為主機(jī)、上盾殼、下盾殼以及刀盤幾個(gè)部分分別運(yùn)輸，然后于始發(fā)豎井內(nèi)拼裝。在盾頭的幾個(gè)組成部分中，單件重量高達(dá)三十噸，因此，現(xiàn)場(chǎng)起重裝置必須利用門式起重機(jī)。

1.3反力裝置

反力裝置的組成部分包括臨時(shí)支撐墊、固定支撐座，支撐反力架則依靠負(fù)環(huán)管片的安裝，負(fù)環(huán)管片為閉口環(huán)，由十個(gè)隧道管片組裝形成。

1.4進(jìn)發(fā)導(dǎo)口

盾構(gòu)機(jī)在正式運(yùn)行前，應(yīng)當(dāng)在挖掘的各個(gè)位置預(yù)設(shè)進(jìn)發(fā)導(dǎo)口，這一環(huán)節(jié)主要作用為：保障開(kāi)挖面的穩(wěn)定性;預(yù)防地下水滲透;預(yù)防隧道坍塌。在地鐵建設(shè)中，通常利用冷凍法或者注漿法穩(wěn)定壁面，穩(wěn)固范圍應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)超盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度，而其直徑則應(yīng)超過(guò)盾構(gòu)機(jī)直徑的兩倍。

1.5洞口止水

隧道直徑與盾構(gòu)機(jī)直徑存在一定差距，在兩者之間存在空隙，為了避免水自其中流出，預(yù)防地表沉降，保障盾構(gòu)機(jī)的順利進(jìn)出，在盾構(gòu)機(jī)接近隧道口前，應(yīng)當(dāng)設(shè)置止水帶，利用環(huán)形設(shè)備封住空隙，而在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入隧道后，則應(yīng)完全封住隧道口。

1.6始發(fā)

以上準(zhǔn)備工作結(jié)束后，盾構(gòu)機(jī)便可以開(kāi)始行進(jìn)，將千斤頂頂在反力裝置上，啟動(dòng)機(jī)器即可推動(dòng)機(jī)器前進(jìn)。在切削刀盤進(jìn)入土體之前，為了避免隧道土體被突然削切而發(fā)生土體坍塌，施工人員應(yīng)當(dāng)利用螺旋器注入粘土，保障土壓艙的滿載，才可啟動(dòng)機(jī)器挖掘土體和排土。

1.7盾構(gòu)的掘進(jìn)

在盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入后，必須按照挖掘方案行進(jìn)，這一環(huán)節(jié)的工作由信息化系統(tǒng)進(jìn)行控制。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)器設(shè)備在掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)誤差時(shí)，可以利用信息化系統(tǒng)控制其油缸，保障盾構(gòu)機(jī)行進(jìn)方向的準(zhǔn)確性，同時(shí)，在確保土壓平衡的前提下，通過(guò)對(duì)刀盤轉(zhuǎn)速、螺旋輸送速度的調(diào)整，進(jìn)而保障挖掘與排土的速率基本一致。

1.8襯砌與進(jìn)洞

在盾構(gòu)機(jī)挖掘一定距離后，則可開(kāi)始襯徹，由運(yùn)輸設(shè)備將管片送至隧道，再將管片送至拼裝位置即可進(jìn)行拼裝，在拼裝結(jié)束后則進(jìn)行另一環(huán)節(jié)的挖掘與行進(jìn)，至工程結(jié)束為止。在盾構(gòu)施工結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)處理隧道管片，對(duì)洞口進(jìn)行止水。

2.地鐵盾構(gòu)施工新技術(shù)

2.1地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)要點(diǎn)

地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)要點(diǎn)包括：控制特殊條件沉降;制造耐久性、高強(qiáng)度管片;比較錯(cuò)縫、通縫拼裝，分析總線形變;砂質(zhì)粉土、流砂給設(shè)備帶來(lái)的危害和影響;進(jìn)出工作難題和措施;糾偏;施工中如果發(fā)現(xiàn)大石塊、高壓水、樁、超淺覆土等存在災(zāi)難性的實(shí)際地質(zhì)情況解決措施。

2.2闡述地鐵盾構(gòu)法施工新技術(shù)

（1）特殊斷面盾構(gòu)施工技術(shù)。特殊斷面盾構(gòu)分為兩大類：非圓形盾構(gòu)、復(fù)圓形盾構(gòu)。復(fù)圓形盾構(gòu)包括兩種，是三圓形和雙圓形盾構(gòu)。三圓形盾構(gòu)適合應(yīng)用在地鐵車站建設(shè)中;雙圓形盾構(gòu)技術(shù)適合使用在地鐵共同溝、下水道、隧道中。非圓形盾構(gòu)包括以下幾種：半圓形盾構(gòu)、馬蹄形盾構(gòu)、橢圓形盾構(gòu)、矩形盾構(gòu)等，依據(jù)隧道實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)以及作用合理地進(jìn)行選擇。使用特殊斷面盾構(gòu)技術(shù)中三圓技術(shù)主要工程就是經(jīng)地鐵環(huán)線橋車站，在地下鐵路中應(yīng)用雙圓形盾構(gòu)技術(shù)。應(yīng)用特殊斷面盾構(gòu)技術(shù)的過(guò)程中，不但需要分析使用設(shè)備中斷面形狀特點(diǎn)的影響，還應(yīng)該考慮工程實(shí)際情況。掘進(jìn)時(shí)候應(yīng)該密切注意盾構(gòu)設(shè)備。施工中分析斷面形狀以后，需要詳細(xì)規(guī)劃管片組裝的順序、分割數(shù)、精度等，也就是需要能夠正確組裝管片，嚴(yán)格控制以及管理盾構(gòu)姿勢(shì)，如果出現(xiàn)偏離的時(shí)候，應(yīng)該利用千斤頂、超挖設(shè)備及時(shí)修正。

（2）復(fù)合盾構(gòu)施工技術(shù)。盾構(gòu)是存在很強(qiáng)針對(duì)性的專用設(shè)備，依據(jù)不同的水文地質(zhì)實(shí)際情況建立符合規(guī)范的盾構(gòu)機(jī)，每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)都不同。在復(fù)雜地質(zhì)基礎(chǔ)上，如果使用常規(guī)方式不能合理完成施工。那么，就應(yīng)該使用一種合理的并且符合實(shí)際情況的施工技術(shù)，如復(fù)合盾構(gòu)技術(shù)。復(fù)合盾構(gòu)技術(shù)包括兩種復(fù)合刀具———滾刀和齒刀，處理硬巖程度時(shí)候使用滾刀，分析軟巖層的時(shí)候使用齒刀。背裝方式互換兩種刀具。

（3）球體盾構(gòu)施工技術(shù)。球體盾構(gòu)施工技術(shù)依據(jù)不同的變換分為兩種：橫、橫連續(xù)掘進(jìn)和縱、橫連續(xù)掘進(jìn)。橫、橫連續(xù)掘進(jìn)主要是說(shuō)豎井不旋轉(zhuǎn)，對(duì)著地面直角位置進(jìn)行挖掘的方式;縱、橫連續(xù)掘進(jìn)實(shí)際上是連續(xù)從地面開(kāi)始以直角方向開(kāi)外豎井和隧道的施工方式。應(yīng)用球體盾構(gòu)技術(shù)的時(shí)候，需要在主盾構(gòu)中合理安裝次盾構(gòu)的球體。實(shí)際施工的時(shí)候，合理分析推進(jìn)反力、開(kāi)挖反力、盾構(gòu)自重的關(guān)系。施工中如果應(yīng)用縱、橫掘進(jìn)盾構(gòu)技術(shù)，應(yīng)該合理改變方向，旋轉(zhuǎn)次盾構(gòu)球體90°，會(huì)導(dǎo)致形成涌砂、涌水的問(wèn)題，所以應(yīng)該合理分析防水結(jié)構(gòu)，避免由于地下水、砂土導(dǎo)致堵塞。狹窄的施工場(chǎng)地中盾構(gòu)技術(shù)能夠在地下隧道中直接掘進(jìn)，最大限度降低時(shí)間、場(chǎng)地限制，所以使用上述施工技術(shù)上能夠盡可能縮短周期，屬于新興的施工技術(shù)。

（4）盾構(gòu)穿越粉砂層施工技術(shù)。地質(zhì)條件會(huì)極大程度上影響盾構(gòu)施工實(shí)際難度，穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土等土層的時(shí)候十分理想，但是因?yàn)榇嬖诜凵皩?，?huì)提高應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)的難度，因此，在實(shí)際施工的過(guò)程中需要應(yīng)用一些比較特殊的方式來(lái)避免施工中出現(xiàn)穿越粉砂的不利現(xiàn)象，如出土口噴砂、土體液化問(wèn)題。所以，最關(guān)鍵的施工就是保證具備一定止水性、流動(dòng)性的正面土體，一是在土艙內(nèi)部適當(dāng)添加泥，避免出現(xiàn)噴砂現(xiàn)象，依據(jù)螺旋出土器出土能夠有效增加流動(dòng)性;二是合理增加土艙壓力，避免土體液化。

3.結(jié)語(yǔ)