摘要：盾構(gòu)法是一種先進的現(xiàn)代隧道施工技術(shù)，它基于暗挖施工應(yīng)用并引進全機械化模式，依賴盾構(gòu)機械在地中推進，盾構(gòu)外殼、管片對圍巖提供支撐作用、避免坍塌，同時前方利用切削裝置不斷開掘，出土機械向洞外輸送廢棄物，整體上是一種機械系統(tǒng)化施工方法?？紤]到盾構(gòu)法應(yīng)用中的疏干和地層穩(wěn)定需求，“氣壓法”的引入至關(guān)重要，本文中結(jié)合實例探討氣壓法在小直徑盾構(gòu)隧道施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氣壓法；小直徑盾構(gòu)隧道；氣壓法施工

1、案例介紹

某國內(nèi)電力工程過海電纜隧道的施工項目，隧道長度2000米、內(nèi)徑3.0米、外徑3.5米、環(huán)寬1.1m，其規(guī)格是目前國內(nèi)“較小范疇”的盾構(gòu)法隧道。同時，隧道襯砌是鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)，采取通風(fēng)拼裝工藝，平面圖觀察隧道呈現(xiàn)直線形態(tài)，進洞中心標高為-22.0米，出洞中心標高為-26.5米，縱坡幅度+8‰，屬于典型的“小直徑盾構(gòu)”特征。

該項目工程位于汕頭港區(qū)附近，結(jié)合工程初期對現(xiàn)場地質(zhì)的勘察，全長2000m的隧道基本都處于淤泥土質(zhì)當(dāng)中，施工前選定Φ3.54m網(wǎng)格式水力機械盾構(gòu)機，而隨著施工推進，在100環(huán)之前地質(zhì)環(huán)境發(fā)生了明顯變化，地層中開始涌現(xiàn)含量不均的砂礫，這導(dǎo)致網(wǎng)格式水力機械盾構(gòu)機施工效率、質(zhì)量大打折扣，進一步勘察發(fā)現(xiàn)，在淤泥土質(zhì)中出現(xiàn)了砂夾層，大范圍內(nèi)砂粒含量從10%-30%不等，局部地區(qū)為30%-50%，且中粗砂占主要部分（50%-60%）。

盾構(gòu)推進達到120環(huán)以上，前方地質(zhì)中涌現(xiàn)出資料中不包含的花崗巖、大型貝殼等，一些塊石的尺寸已經(jīng)超過了網(wǎng)格式水力機械盾構(gòu)機液壓門大小，排除過程十分緩慢，對盾構(gòu)機的推進穩(wěn)定性、安全性也產(chǎn)生了影響。盾構(gòu)推進140環(huán)左右，巖層障礙物進一步增加，推進阻力增大，執(zhí)行方案必須進行修改。

綜合分析，該項目工程主要面臨的新增巖層阻力及強透水層問題，由于特殊的地理環(huán)境，導(dǎo)致地下水層的水壓過高，如果繼續(xù)采取常規(guī)盾構(gòu)推進施工，極容易引發(fā)土地噴涌，屆時無法清理障礙物，而采取邊清理邊推進的方式無疑會增加風(fēng)險，基于此決定采用氣壓法施工，其優(yōu)勢在于：（1）氣壓法可以有效平衡正面承受的水土壓力，同時氣壓環(huán)境下產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)，有助于清理盾構(gòu)推進中的障礙物清理。（2）氣壓法可以滿足平衡水壓力的需求，規(guī)避或降低發(fā)生沙土噴涌的機率，提高盾構(gòu)推進效率和質(zhì)量。（3）氣壓法實施環(huán)境下，可選擇合理方位實現(xiàn)人工沖砂，減小盾構(gòu)推進阻力，穩(wěn)定盾構(gòu)施工狀態(tài)，精確控制隧道軸線。

2、氣壓法在小直徑盾構(gòu)隧道施工中的應(yīng)用策略

2.1 應(yīng)用準備工作

第一，在地面建立空氣壓縮機房，現(xiàn)場配備3臺ZA3ME型20m3空壓機和1臺P600SCU型17m3空壓機，使用時可視實際情況選擇空壓機開啟臺數(shù)，以保證壓力穩(wěn)定，使工作面能連續(xù)安全地工作。

第二，空壓機房內(nèi)配有后冷卻器、油水分離器、儲氣罐等設(shè)備，以保證在施工時可供給足夠的新鮮壓縮空氣。

第三，機房四周搭設(shè)臨時的圍護結(jié)構(gòu)，用以遮陽、擋雨、消除部分噪音，機房周圍配備足夠的消防器材。供氣總管采用DN150管路，人行閘、材料倉和工作面分別由獨立氣管供氣和獨立放氣管。隨著工作面向前延伸，隧道內(nèi)始終有1路DN100管路同步延伸，用于向盾構(gòu)工作面送風(fēng)，以保證工作面空氣的新鮮。

2.2 應(yīng)用具體方法

第一，盾構(gòu)實際推進階段，即氣壓輔助推進工藝的氣壓設(shè)定值一般維持在0.16MPa。

第二，先將原始氣壓設(shè)定在0.15MPa，氣壓作業(yè)人員進入工作面，然后逐步開啟盾構(gòu)切口環(huán)的液壓閘門。發(fā)現(xiàn)閘門正面有滲漏，無法進行清障，于是進一步加壓，以0.02MPa的幅度遞增。每次加壓完畢后再次開啟閘門，觀察正面土體是否穩(wěn)定，最終確定清除障礙物階段的最佳氣壓設(shè)定值為0.24MPa（有時由于水位變化、覆土厚度變化等因素，設(shè)定值會上下略做調(diào)整）。該氣壓值略高于水壓力。

第三，氣壓清除障礙物階段和輔助盾構(gòu)推進階段的氣壓設(shè)定值相差甚大。一方面，清除障礙物時，盾構(gòu)機處于靜止狀態(tài)，而工作面又比較狹小，清除障礙物后土體還必須保持穩(wěn)定，即工作面不能發(fā)生滲漏。因此，氣壓設(shè)定值應(yīng)不低于地下水壓力。施工證明，砂層失水后，土體可以達到一種穩(wěn)定的狀態(tài)；另一方面，在氣壓輔助盾構(gòu)推進時，需通過對前方的土體進行沖刷，以減少盾構(gòu)正面的阻力。此時不需要土體完全直立，以盾構(gòu)推進時土體能通過閘門緩慢涌入土倉為佳，故而氣壓設(shè)定值可相對較低。若氣壓設(shè)定過高，容易造成土體失水后過硬，使盾構(gòu)難以推進，影響施工進度。

2.3 施工安全維護

第一，人行閘照明采用的是安全性能較高的防爆燈；隧道內(nèi)除常規(guī)的照明外，每隔一定距離還設(shè)置了應(yīng)急燈，以便隧道內(nèi)突然斷電時，可組織施工人員從容、有序地撤離隧道。

第二，隧道內(nèi)與外界聯(lián)系主要通過普通電話，而在人行閘內(nèi)、材料倉、空壓機房和閘門操作室等重要位置，加裝了對講電話及報警器。閘門操作室、人行閘、材料倉各設(shè)置1個加減壓信號箱，為加減壓提供直接的聲光信號。工作井及地面上另外配備對講機。

第三，障礙物清除階段，為了加強盾構(gòu)機下部障礙物清除時對上部土體的支護，保證施工人員的安全，結(jié)合液壓閘門的寬度，特別設(shè)計了一種帽檐鋼板（如圖）。將帽檐鋼板按板1、板2、板3的順序，依次由盾構(gòu)液壓閘門1和2中頂入土體，頂入深度為1.5m，依次開啟閘門3、閘門4，進行盾構(gòu)中下部障礙物的清除。此時，帽檐鋼板可以有效提供對上部土體的支護。

第四，為應(yīng)對極端的突發(fā)情況，施工現(xiàn)場采用自動切換的雙電源供電。

3、結(jié)束語

綜上所述，結(jié)合案例的氣壓法在小直徑盾構(gòu)隧道施工中的應(yīng)用具有較大優(yōu)勢，規(guī)避了網(wǎng)格式水力機械盾構(gòu)機在非單一淤泥土質(zhì)中的缺陷，例如在大面積底下砂層施工中，其推進、清理、軸線控制等都存在很多問題，花崗巖及大型貝殼的出現(xiàn)進一步提升了施工難度。引入氣壓法施工，無論從輔助促進角度還是風(fēng)險規(guī)避角度，都取得很好的效果，值得進一步研究和推廣。

參考文獻：

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