特急曲线地铁隧道盾构法掘进技术研究
马文帅+王鑫
摘 要：地铁建设可以有效分担交通压力，提高人们的生活质量，在我国很多大中型城市都开展了地铁工程建设。为了提高工程质量，有必要根据实际工程采取科学的施工方案。盾构法施工是一种安全、高效、快捷隧道施工技术，本文就此展开了探讨。
关键词：地铁施工；盾构法；应用
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0110-02
社会经济在快速地发展，促进了社会建设水平的提高，地铁的施工技术也有了很大的进步和发展，修建地铁区间隧道数量也在逐步地增加，致使地下空间开发的力度加大了。
1 地铁建设工程施工特点
近十数年来，地铁项目的建设工作开始在我国城市中逐渐出现，其施工技术和运行技术已经逐渐成熟。地铁项目在我国城市中广泛应用能够有效缓解城市地面交通运输压力过大这一问题，但是地铁项目的施工工作十分繁杂，而且工程建设规模大、工期长，对施工技术的选用和应用都有着极高的要求，同时，在施工的时候，地铁项目的施工安全风险也是比一般的城市交通建设项目高出很多。所以必须要选择合适的施工方法，确保地铁项目施工的安全、质量都得到保障。经过长期的实际施工经验所得，在地铁建设工程中应用盾构施工技术是最为合适的。
2 盾构法施工概述
2.1 工作原理
盾构施工使用的机械是盾构机，指的是利用盾构钢壳的支护作用，进行挖掘、出渣等流程，同时在尾部进行衬砌、注浆，从而保证围岩的稳定性。从字面上理解，盾是指钢壳，作用是支护围岩，保证掘进工作的安全性；构是指衬砌管片、注浆体的构成，作用是保证开挖后隧道断面的稳定性[1]。
2.2 技术特点
城市地铁施工和普通地铁施工相比，最大的不同就在于施工条件，因此盾构法施工期间，技术特点如下：对周边建筑和环境的影响小。在竖井施工、基坑施工中，需要占用地面施工场地，其余施工阶段不会占用地面场地，而且不会产生噪音和公害，不影响正常的交通状况；施工精度高：一方面，盾构的掘进采用先进设备进行测量观测，对隧道轴线的偏差控制严格；另一方面，衬砌管片在制作时，误差控制在0.5mm以内；设备专用性：盾构机的制造，是依据隧道的断面参数进行的，包括埋深、直径大小、地质条件等，因此盾构机具有专用性，隧道完工后，机械不会重复使用；具有一定风险：盾构机在施工期间只可前进、不可后退，成为施工中的一大风险。如果掘进期间发生重大故障，会直接影响施工进行，甚至造成严重的经济损失。
3 盾构法施工技术分析
盾构法施工的精度要求相当的高，例如：制作管片的误差要控制在0.5mm之内。盾构施工的横向和高程的精度要求最为重要，盾构施工只能前进不能后退，存在一定的风险。盾构机头与预留洞门中心的偏差称为贯通误差，通过测量应尽量控制贯通误差。
3.1 盾构出洞准备阶段
“盾构始发出洞”为盾构由始发基座向前推进，使盾构从切口切入土层的过程。盾构的出洞准备阶段应充分做好人员、技术、设备和材料的检查与准备工作，确保盾构可以安全、可靠的出洞。盾构出洞前首先要对洞口的出洞区域进行加固，无论是水泥搅拌桩还是旋喷桩加固，均应达到设计标准。始发基座的定位对始发姿态有直接影响，应着重对始发基座的轴线和位置、洞口的尺寸和位置进行复核。然后，应对盾构机、后盾支撑系统进行试运行和检测。最后，应进行盾构出洞装置的安装和检查，防止盾构出洞后发生注浆泄漏现象。
3.2 盾构始发出洞
盾构始发出洞为盾构施工的关键环节，盾构机切入土层后应观察后盾构机能否迅速靠上洞口的正面土体，洞口若出现渗漏要及时进行封堵。检查前仓土压及土仓内是否有砼块。检查第一环和最后一环的管片拼装位置是否准确。检查千斤顶工作情况，防止盾构姿态出现问题。
3.3 试掘进和正式掘进
盾构顺利出洞后要进行试掘进，检查盾构姿态、管片拼装和注浆情况，观测地面沉降和仪表数据对掘进进行分析和控制，寻找最佳的施工参数确保施工的质量和周边的安全。掘进过程中要始终对盾构姿态进行控制，使盾构的轴线误差保持在设计偏差之内，盾构姿态控制是掘进的关键技术。管片的拼装和注浆对隧道的稳定和安全有着重要的影响，因此要十分重视管片的拼装和注浆的施工质量。
3.4 盾构（进洞）接收
盾构接收是盾构施工的最后一个环节，关系到隧道施工的成败，应充分做好盾构的进洞准备工作，确保进洞的良好姿态并准确就位在接收基座。盾构进洞区域的土体应进行加固，加固方法与时间同出洞时一致。进洞前一百环应布置导线控制点，对高程和横向要进行复核测量确保盾构进洞姿态良好。
4 盾构法施工中的技术难点
4.1 地铁工程的施工安全防技术
在地铁工程施工过程中，施工空间比较狭小的，施工人员的交叉作业情况较为频繁，所以必须要做好地铁工程的施工安全防护工作，避免出现物体打击以及高空坠物的安全事故，例如在电梯口、预留洞口以及楼梯口等临口地方设置安全网、盖板或是栏杆，正处于施工中的建筑物，在其出入口也应当设置防护棚，以及挡叫板、防护立网和防护栏杆，这些防护装置的高度都应是不小于1.2m的。而施工人员在这些地方进行施工作业时，必须佩戴必备的劳动保护用品，如防滑鞋、安全帽、安全网以及安全带等，同时还需要固定好安全带，避免物体从高空坠落[2]。
4.2 防水技术
在盾构开挖期间，利用盾构机把压力施加在工作面上，促使土压力和水压力保持平衡，控制土层内的水，防止渗进隧道内，以此实现防水。此工程所选择使用的盾构机，钢制机壳长度为6.5m、厚度为4m，而且管片连接在盾壳的位置，有钢刷密封盾构机，所以可以确定盾构机的结构，能够有效阻止地下水渗入。但是由于隧道开挖前会出现涌水现象，因此应该用预注浆的方式，控制开挖面的涌水量。在经过含水地层时，还需要借助注浆技术进行堵水，尤其是软土地层。另外，将PVE防水塑料板挂在模筑衬砌的后面，同样能够防水。
4.3 地表沉降控制技术
地铁位于城市的交通主干道和建筑密集地区，如果出现地表沉降，非常容易引发极大的工程事故。工程在盾构施工时，为了避免对周围围岩造成影响，并引发地层应力场变化，需要借助地表沉降控制技术，控制隧道周围切向应力的位移增大。利用岩层的承载力，按照既定标准严格控制围岩变化，尤其是针对地质条件相对较差的盾构区域，地表沉降值必须控制在30mm以内，并且在开挖工作面的位置，可以通过维持土压力和水压力的盾构平衡性，避免土层发生位移，减少土层损失。对于超挖引起的地表沉降，需要填充开挖部位，以此释放围岩应力。
4.4 地下管线、地表建筑保护技术
控制地表沉降，会对地下管线和地表建筑物起到一定的保护作用，但是根据工程现场的实际情况，地下管管线和地表建筑物的保护，需要构建健全的盾构支护系统，也就是在开挖面位置，通过增减压力调节控制的方式，灵活调整地层应力，把地表沉降值控制在最低状态，并进行壁后注浆加固，尤其是在地表建筑物的下方区域，提高围岩的强度水平，并将管片作为止浆岩墙壁，解决注浆压力问题，实现预期注浆效果，才能够更好地保护工程盾构施工区域内的地下管线和地表建筑物。
5 结语
盾构法涉及到自动化控制、机械工程、岩土工程、测量工程和液压传动等多个学科，是一项综合性很强的施工技術。盾构法以其独特的优点被广泛的应用在城市的地铁建设施工当中，大大地提升了我国地铁建设施工的水平和质量。
参考文献
[1]张子新，胡文，刘超，滕丽.地面出入式盾构法隧道新技术大型模型试验与工程应用研究[J].岩石力学与工程学报，2013（32）：2161-2169.
[2]蔡正.地铁隧道盾构法施工安全风险管理研究[D].中国矿业大学，2016.
