趙曉巖

（中鐵十四局集團大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 211899）

在城市交通運營中，由于人口的穩(wěn)定增長，城市變得越來越擁擠，為了減少城市交通問題，許多城市開始建設(shè)地鐵項目。在地鐵的建造過程中，盾構(gòu)施工方法是該過程中非常重要的部分，但是由于各種因素，地鐵的盾構(gòu)的建造也存在許多風(fēng)險。通過加強管理和控制與地鐵盾構(gòu)施工方法有關(guān)的風(fēng)險，可以讓地鐵盾構(gòu)施工方法的安全水平得到提高，確保項目的順利進行[1]。

1 地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用

1.1 準備階段

準備階段最重要的技術(shù)工作是盾構(gòu)出洞。在此環(huán)節(jié)上需要完成的工作包括三個方面：首先，安排好盾構(gòu)出洞的前后的設(shè)備和材料，并仔細檢查盾構(gòu)出洞的條件是否符合工業(yè)和勞工標準，確保員工熟悉工藝流程和技術(shù)。為了避免建筑物和地下管道受到地鐵建設(shè)的影響，必須加強盾構(gòu)出洞周圍的地面加固與防護工作，以便可以在安全可靠的環(huán)境中進行盾構(gòu)出洞，并為將來的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。其次，確定盾構(gòu)出洞的基座。基座的精準定位決定了盾構(gòu)出洞的初始位置，因此，在盾構(gòu)出洞之前，必須將盾構(gòu)準確放置在初始基座上，該初始基座對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的軸線，位于底層的施工人員可以沿規(guī)劃軸工作。最后，設(shè)備的驗收，即驗證盾構(gòu)出洞的兩個主要設(shè)備——盾構(gòu)機和輔助設(shè)備[2]。

1.2 掘進階段

地下盾構(gòu)的掘進階段分為兩個方面：測試挖掘和正式挖掘。測試挖掘旨在確定正式挖掘的最佳設(shè)計參數(shù)。首先，假設(shè)工作人員根據(jù)施工計劃和施工要點分析了1000 條隧道的參考數(shù)據(jù)，由此確定正式開挖過程中工程表層的最佳施工參數(shù)。基于此，工作人員使用計算技術(shù)調(diào)整盾構(gòu)機的參數(shù)，包括控制盾構(gòu)機的速度、移動方向和刀頭的速度。此外，在正式開挖過程中進行監(jiān)視非常重要，人員應(yīng)仔細監(jiān)視盾構(gòu)機的運行情況以及周圍土壤層的環(huán)境狀況，并制定預(yù)定的解決方案，以便在出現(xiàn)故障時可以靈活地進行處理。

1.3 封閉洞口

必須關(guān)閉洞口，這對于防止背襯注漿泄漏是必要的。如果在隧道洞口周圍進行施工，則必須分為以下兩個階段：（1）預(yù)先填埋初始洞口。需要注意的是，所有預(yù)埋件必須根據(jù)地鐵站的結(jié)構(gòu)鋼筋的連接狀態(tài)進行固定。（2）為了準備初始盾構(gòu)工作，必須首先清潔保留在隧道入口處的渣土，并在此基礎(chǔ)上進行洞口封閉[3]。

1.4 安裝洞口初始軌道

破除施工完成后，應(yīng)嚴格控制盾構(gòu)初端與周圍巖洞之間的距離，并保持一定距離，以為割頭提供良好的工作環(huán)境，避免盾構(gòu)“低頭”現(xiàn)象出現(xiàn)在盾構(gòu)上。導(dǎo)軌必須安裝在初始洞中，這是確保初始盾構(gòu)穩(wěn)定性的必要基礎(chǔ)。在安裝初始軌道時，請確保導(dǎo)軌末端有可用空間，以使初始導(dǎo)軌不會干擾切割頭的正常運行[4]。

1.5 盾構(gòu)機進出洞技術(shù)

地鐵盾構(gòu)機掘進的基本原理是圓柱體的鋼構(gòu)件沿著土方工程隧道的預(yù)制軸連續(xù)運動。圓柱形組件的外殼是一個防護罩，可承受周圍土壤層的壓力和低水壓，并在一定程度上阻擋外殼外部的地下水。同時，它在挖洞中扮演臨時角色，但在鋪砌的隧道中起支撐作用。由此可見，盾構(gòu)機進出洞技術(shù)對于隧道挖掘非常重要。為確保軸誤差在指定范圍內(nèi)，應(yīng)按計劃進行施工并減少成本，施工團隊和技術(shù)檢查專家密切合作以完成適當(dāng)?shù)捻椖坎氐讬z查盾構(gòu)機的施工路線。在盾構(gòu)機的施工過程中，沿著發(fā)射底軌的軌道向前移動，設(shè)備外殼完全切入隧道，以減少暴露于地面的時間。盾構(gòu)機出洞必須事先檢查隧道條件，并根據(jù)周圍的土壤和環(huán)境特性預(yù)先設(shè)定最合適的出洞方法[5]。

2 地鐵盾構(gòu)建設(shè)中存在的問題

2.1 土壤沉降

開挖過程中暴露的土壤可能導(dǎo)致沉降。通常，挖掘一環(huán)中的出土量是固定的并且不會改變，但是松動系數(shù)會根據(jù)層的不同而變化，如果在挖掘過程中發(fā)生過大的行程而出土量太大，則會導(dǎo)致在表面上形成不同厚度的沉積物。通常，在面對襯砌環(huán)壁后，應(yīng)同步灌漿以控制表面沉降。然而，如果在開挖期間的出土量太大而灌漿太小，則不能及時有效地控制地面的沉陷。灌漿量太大也會導(dǎo)致地面凸起。

2.2 在盾構(gòu)施工中的盾構(gòu)尾部泄漏

盾構(gòu)尾部泄漏的原因：（1）盾構(gòu)尾部刷和盾構(gòu)尾部油脂分開，導(dǎo)致盾構(gòu)尾部刷失效，從而影響其性能。（2）盾構(gòu)尾部油脂注射質(zhì)量差。（3）管片組裝完成后，缺乏有效的潤滑可能會給盾構(gòu)尾部帶來潛在危害。同時，施工時的注射壓力過高，盾構(gòu)尾部刷的性能降低，這也造成了污泥泄漏的問題。

2.3 盾構(gòu)施工中穿過河流的危險

在修建地鐵的過程中，地鐵有時會穿過河流所在的區(qū)域。如果在河邊進行盾構(gòu)施工，河床的結(jié)構(gòu)將不穩(wěn)定。與其他土壤結(jié)構(gòu)相比，河流結(jié)構(gòu)距離盾構(gòu)施工環(huán)境距離也將更短。由于向上壓縮力的影響，在盾構(gòu)施工過程中，河床的基本結(jié)構(gòu)和拱形地面結(jié)構(gòu)的位置可能會出現(xiàn)問題。為了防止河流進入隧道，施工人員必須填充水泥結(jié)構(gòu)，如果不使用該技術(shù)對結(jié)構(gòu)下層進行預(yù)處理，河水很容易倒入隧道，從而造成嚴重破壞，造成安全事故[6]。

2.4 建筑物和地下管線的風(fēng)險

在地鐵盾構(gòu)施工期間，盾構(gòu)機是最常用的建筑設(shè)備。在盾構(gòu)機上連續(xù)進行挖掘作業(yè)時，由于刀頭的切割，下層結(jié)構(gòu)的切割力發(fā)生變化，因此如果土層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部張力不能很好地適應(yīng)，那么一旦應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，就很容易破壞土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致不均勻沉降。如果更嚴重的話，還很容易破壞土壤的結(jié)構(gòu)帶。同時，建筑物和地下管線、周圍的土壤層會形成一個有機的整體，如果負載發(fā)生變化，兩個結(jié)構(gòu)也會受到嚴重損壞。這時，如果無法正確控制它們，建筑物的管道和結(jié)構(gòu)就可能直接破碎，出現(xiàn)受力不平衡的情況。

2.5 開挖面的失穩(wěn)

開挖表面的不穩(wěn)定性是由開挖前遇到的流沙或管涌，盾構(gòu)機的跌落和突然下降以及表層出現(xiàn)空洞引起的，其容易導(dǎo)致盾構(gòu)機偏移軸線和沉降，出現(xiàn)隧道的滑坡和冒頂問題。當(dāng)盾構(gòu)機向前移動時，會出現(xiàn)導(dǎo)致冒頂問題的原因是超淺的覆土的出現(xiàn)。另外，隨著盾構(gòu)機的前進，如果突然遇到涌水，就有可能在盾構(gòu)機前造成大規(guī)模破壞。

3 解決地鐵盾構(gòu)施工的建設(shè)問題

3.1 地表沉降的解決方案

（1）根據(jù)特定地層檢查泥漿的壓力和質(zhì)量，并增加泥漿的壓力，使其始終與施工坑道中的地下水壓力匹配，并檢查出土量。（2）根據(jù)層數(shù)的不同選擇混合比例，調(diào)整固化時間，并采用同步壓縮方式，使?jié){液及時填滿盾構(gòu)尾部的縫隙，以彌補盾構(gòu)施工造成的水土流失，確保充分的壓力并增加注射次數(shù)以控制沉降。（3）施工過程中，應(yīng)根據(jù)實際地質(zhì)情況和經(jīng)驗對沉降進行監(jiān)測和控制。將測量點放在隧道的中心線和兩側(cè)以測量水位，結(jié)果應(yīng)盡快返饋回現(xiàn)場并進行管理[7]。

3.2 盾構(gòu)施工中盾構(gòu)尾部的泄漏解決措施

（1）使用可靠的油脂和油脂泵有效保護盾構(gòu)尾部刷。（2）仔細監(jiān)控盾構(gòu)尾部油脂的注射過程，以確保注射的油量合適且有效。（3）結(jié)合現(xiàn)場操作條件，進行糾正工作以落實盾構(gòu)尾部油脂注射。同時，需要對注入量、壓力和盾尾間的距離進行有效控制。

3.3 避免過河的風(fēng)險的措施

首先，在盾構(gòu)穿過河流之前，有必要仔細研究盾構(gòu)通過的層中河流與地下水之間的關(guān)系，測量河流中的實際水深，并計算從河底到隧道頂部的掩埋深度數(shù)據(jù)。其次，為盾構(gòu)越過河流開發(fā)特殊設(shè)計，以確保盾構(gòu)越過河流安全可靠。由于盾構(gòu)的底部在進入河段之前和之后突然發(fā)生覆土變化，因此應(yīng)基于覆土深度、地質(zhì)條件以及盾構(gòu)開挖前的河道條件的變化平衡盾構(gòu)切口處的壓力。

3.4 減少管片上浮的對策

選擇漿液時，必須確保漿液的填充性，并且將初始凝固時間以及早期強度有機地結(jié)合在一起，以使保護性隧道的各個部分和周圍的巖石共同作用，以形成穩(wěn)定而一體的物體。隨著工程地質(zhì)和水文學(xué)以及隧道中溝槽深度的變化，動態(tài)調(diào)整漿液比以確保管片穩(wěn)定性[8]。

3.5 預(yù)防建筑物和地下管線的風(fēng)險

首先，在施工開始之前，對建筑物的使用年限、地基的形狀以及盾構(gòu)下穿建筑物的現(xiàn)狀進行詳細研究。其次，有必要加強觀測和測量，并為鄰近建筑物和地下管線建立控制點。再次，必須在建筑物和地下管線進入前對盾構(gòu)機進行全面維修，以確保連續(xù)穿越和隧道掘進施工過程中設(shè)備無誤。最后，執(zhí)行嚴格的管線控制和定向，姿態(tài)調(diào)整不應(yīng)太大或太頻繁以減少偏差校正，位置控制在±4mm，以避免超挖和土壤擾動。

3.6 應(yīng)對開挖面不穩(wěn)的措施

檢查挖掘速度，以保持排土量和開挖量的平衡；仔細控制壓力室中的壓力，以防止開挖面不穩(wěn)定；挖下的渣土必須是可塑性流體，確保渣土完全填充在壓力容器中，并且挖出的渣土必須是防水的；如果在近地表土壤保護區(qū)形成了冒頂和冒漿，應(yīng)立即啟動氣壓平衡系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

由于盾構(gòu)施工方法廣泛用于鐵路、公路、水電等隧道工程項目的施工中，因此其應(yīng)用范圍和數(shù)量增加了。這也暴露出了其在施工中存在的一些問題，需要引起重視，并采取適當(dāng)?shù)膶Σ咭苑乐拱l(fā)生事故，造成不必要的損失。