唐小林

中鐵隧道股份有限公司 河南 鄭州 450001

正文：

引言：伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的日益提高，以及城市化進(jìn)程的不斷加快，高層建筑不斷增加，地上空間的可利用率越來(lái)越小，因此在很多一線城市，陸續(xù)建起了城市地鐵，發(fā)展地下交通，而盾構(gòu)機(jī)則憑借其施工技術(shù)的安全高效性走進(jìn)了城市建設(shè)的方方面面，開始在城市地下空間的建設(shè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

一、盾構(gòu)施工技術(shù)基本原理

近年來(lái)，伴隨我國(guó)盾構(gòu)技術(shù)的飛速發(fā)展，盾構(gòu)施工技術(shù)目前已經(jīng)成為構(gòu)筑地下鐵、電信、電力、上下水道等城市隧道的主要施工方法，為了適應(yīng)不同工程的需要，盾構(gòu)施工技術(shù)還需進(jìn)一步完善。盾構(gòu)施工技術(shù)是指通過使用盾構(gòu)機(jī)，在控制開挖面及圍巖發(fā)生坍塌現(xiàn)象的前提下，對(duì)隧道等建設(shè)工程進(jìn)行掘進(jìn)和出渣，并通過機(jī)內(nèi)的拼裝管片進(jìn)行襯切和壁后注漿，且不擾動(dòng)圍巖的隧道修筑方法。利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)施工，其原理主要是，在不擾動(dòng)圍巖的前提下，完成隧道等工程施工，最大限度的減少對(duì)周圍建筑物的破壞影響，確保施工效率最大化。為達(dá)到這一效果，必須把握盾構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，盾構(gòu)施工技術(shù)作為一種暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法，其主要是運(yùn)用鋼制組件在隧道設(shè)計(jì)的軸線上利用刀盤在開挖面不斷切割土體向前推進(jìn)，再通過鋼制組件的外殼支撐防止隧道內(nèi)部滲水和坍塌。與此同時(shí)，運(yùn)用運(yùn)輸設(shè)備將土渣運(yùn)出洞外，在借助機(jī)內(nèi)的拼裝管片進(jìn)行襯切和壁后注漿，進(jìn)而形成隧道結(jié)構(gòu)。

二、盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)現(xiàn)狀

雖然盾構(gòu)施工技術(shù)近幾年在我國(guó)已有了長(zhǎng)足進(jìn)展，但若要跟上城市發(fā)展腳步還需進(jìn)一步改進(jìn)施工技術(shù)，另外，在盾構(gòu)機(jī)施工作業(yè)過程中也暴露了不少問題，這都需要相關(guān)技術(shù)人員再對(duì)該技術(shù)更深層次的進(jìn)行基礎(chǔ)性、理論性的研究。

1、隧道管片的設(shè)計(jì)問題

盾構(gòu)施工結(jié)束后，隧道內(nèi)部最終結(jié)構(gòu)物的形狀由隧道管片決定，加之管片所形成的結(jié)構(gòu)物是永久性的，因此，管片的設(shè)計(jì)是盾構(gòu)機(jī)施工作業(yè)中非常重要的環(huán)節(jié)。雖然當(dāng)前我國(guó)在隧道施工中已經(jīng)考慮到了管片的設(shè)計(jì)方法，但仍不完善，所以當(dāng)務(wù)之急便是系統(tǒng)的進(jìn)行盾構(gòu)隧道管片設(shè)計(jì)。

隧道管片的設(shè)計(jì)主要根據(jù)隧道斷面上的受力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算斷面受力主要從以下方面考慮：荷載的設(shè)定。對(duì)于垂直土壓力的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)，就較為軟弱的粘土地基或者覆土厚度小魚隧道直徑的工程而言，應(yīng)考慮在隧道開挖后能否在隧道頂部產(chǎn)生拱效應(yīng)，通常不會(huì)考慮松弛土的壓力問題。對(duì)于水平土壓力的設(shè)計(jì)，在不明確水壓力和土壓力應(yīng)分別計(jì)算還是一起計(jì)算的前提下，出于安全考慮，應(yīng)將兩種情況都進(jìn)行計(jì)算，最后選取對(duì)安全不利的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、開挖面的穩(wěn)定問題

盾構(gòu)技術(shù)的主要原理是，在不擾動(dòng)圍巖的前提下，完成隧道等工程施工，最大限度的減少對(duì)周圍建筑物的破壞影響，確保施工效率最大化。因此其施工的關(guān)鍵就是維持開挖面的穩(wěn)定性。通常所用的維持開挖面穩(wěn)定性的盾構(gòu)方式是泥水加壓式盾構(gòu)和土壓平衡式盾構(gòu)。

泥水加壓式盾構(gòu)方式主要是通過壓力艙內(nèi)泥水的壓力和特性來(lái)控制開挖面的穩(wěn)定。一般來(lái)講，泥漿的比重越大越有利于開挖面的穩(wěn)定性，但是針對(duì)較長(zhǎng)距離的 隧道開挖中，泥漿比重大就會(huì)引起泥漿輸送泵超負(fù)荷做工，同時(shí)泥水處理的難度也會(huì)加大，而泥漿比重過小就會(huì)出現(xiàn)逸泥現(xiàn)象，從而增家泥膜形成的難度。所以在維持開挖面穩(wěn)定中，還應(yīng)研究對(duì)泥漿壓力的控制和泥漿的成膜機(jī)理。

土壓平衡式盾構(gòu)方式是在壓力艙內(nèi)充滿開挖泥土，再對(duì)開挖泥土施加壓力，以此來(lái)平衡開挖面上的土壓力和水壓力。一般來(lái)講，壓力艙內(nèi)開完泥土的狀態(tài)應(yīng)符合土體不易固結(jié)排水、土體處于流塑狀態(tài)、土體具有不透水性這三個(gè)條件，才是最為適合于土壓平衡式盾構(gòu)的圍巖。但在現(xiàn)實(shí)條件下，很多天然的土體難以滿足上述條件，這時(shí)，土體就會(huì)在刀盤、壓力艙內(nèi)形成土餅狀態(tài)，從而造成壓力艙閉塞導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)扭矩上升，排土不便。對(duì)于該種地層，就應(yīng)根據(jù)地層的土質(zhì)條件，采取向刀盤、壓力艙內(nèi)添加泥漿等材料，來(lái)改善土體性質(zhì)，使得土體滿足以上條件。

三、盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)發(fā)展前景展望

1、向微型化和超大化方向發(fā)展

現(xiàn)今，伴隨社會(huì)生產(chǎn)力水平的不斷提高，城市化進(jìn)程不斷加快，城市建設(shè)的飛速發(fā)展對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求，一些站在技術(shù)的前沿的科學(xué)家們也正跟隨時(shí)代發(fā)展腳步，為適應(yīng)當(dāng)前隧道工程項(xiàng)目的變化要求，不斷站在技術(shù)前沿，探索盾構(gòu)技術(shù)的新發(fā)展、新進(jìn)步，當(dāng)前隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，在大批科學(xué)家的共同努力下，力圖打造更具技術(shù)水平的盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)的橫斷面直徑越來(lái)越朝著微型化和超大化方向發(fā)展。

2、向高度自動(dòng)化方向發(fā)展

隨著國(guó)內(nèi)各種技術(shù)智能自動(dòng)化水平的提高，我國(guó)開始在各個(gè)領(lǐng)域開拓自動(dòng)化技術(shù)，盾構(gòu)施工更加需要自動(dòng)化的支撐，借助自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升隧道工程施工效率，保證施工質(zhì)量，同時(shí)還節(jié)省了大量人力資源，為施工作業(yè)人員的生命安全帶來(lái)了保障?，F(xiàn)今，我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感等領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)在使用過程中也完全可以借助高速發(fā)展的自動(dòng)化技術(shù)，利用傳感器檢測(cè)各種數(shù)據(jù)是否正常，并與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，由計(jì)算機(jī)判斷下一步的操作，由此使得盾構(gòu)及時(shí)朝著自動(dòng)化方向發(fā)展。

3、向多樣化方向發(fā)展

科技發(fā)展日新月異，在高速發(fā)展的城市建設(shè)中，各種各樣的軌道交通應(yīng)運(yùn)而生，在隧道盾構(gòu)施工過程中，針對(duì)不同工程橫斷面的不同情況，衍生出了各種形式的盾構(gòu)機(jī)，例如矩形、圓形、橢圓形等，加速了盾構(gòu)技術(shù)對(duì)隧道環(huán)境的適應(yīng)能力，促使盾構(gòu)技術(shù)向多樣化方向發(fā)展。

結(jié)語(yǔ):本文主要介紹了盾構(gòu)技術(shù)的基本原理，分析了盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展前景做出了預(yù)估，也正因?yàn)槎軜?gòu)技術(shù)在隨著科技水平的提高而不斷完善，所以其良好的發(fā)展前景也是毋庸置疑的。