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（中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100027）

1 引言

當(dāng)前，盾構(gòu)法被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通隧道施工中。盾構(gòu)機(jī)作為盾構(gòu)法的關(guān)鍵施工機(jī)械，在挖掘進(jìn)程中可經(jīng)過(guò)外殼與襯砌支撐隧道圍巖，在借助切削裝置開(kāi)挖前方土體后，由出土設(shè)施向外運(yùn)送渣土，利用頂進(jìn)裝置沿著隧道設(shè)計(jì)軸線往前遞推，并同步通過(guò)預(yù)制拼裝管片與注漿工藝構(gòu)建隧道結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)法工序復(fù)雜且施工精確度及技術(shù)含量較高，具有創(chuàng)新性，需在不影響地面交通正常通行的前提下，實(shí)施相應(yīng)的隧道施工。

2 盾構(gòu)法施工特性

利用盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵項(xiàng)目的隧道施工，具體內(nèi)容包括穩(wěn)定開(kāi)挖面、開(kāi)挖與排土、襯砌3 個(gè)部分。與其他類(lèi)型的施工方法相比，盾構(gòu)法具有自動(dòng)化程度高、成本低、施工速度快、不會(huì)受到氣候影響等特點(diǎn)；同時(shí)，還可以有效控制地面塌陷問(wèn)題，極大地降低對(duì)地面建筑物的干擾性?；诖耍貏e是對(duì)于一些埋深大、隧洞長(zhǎng)的地鐵項(xiàng)目的隧道施工，運(yùn)用盾構(gòu)法能獲得較理想的經(jīng)濟(jì)效益。

3 盾構(gòu)法施工原理

運(yùn)用盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵項(xiàng)目隧道施工，不僅可以保證施工過(guò)程的安全性，還可以對(duì)管片支護(hù)起到保護(hù)作用。盾構(gòu)機(jī)基礎(chǔ)構(gòu)造包括盾構(gòu)殼體、刀盤(pán)系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)等不同類(lèi)型的裝置。在實(shí)際施工過(guò)程中，盾構(gòu)法涉及的施工工序通常包括盾構(gòu)機(jī)安裝與拆卸、土體挖掘、襯砌、拼裝和防水等。

選擇盾構(gòu)法進(jìn)行實(shí)際施工，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要先在某一個(gè)路段使用明挖法開(kāi)挖基坑后，在其內(nèi)部裝置盾構(gòu)機(jī)，待盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備就緒后，先向開(kāi)挖面掘進(jìn)一段等同于裝配式襯砌寬度的土體，并在裝置盾構(gòu)反力設(shè)備基礎(chǔ)上形成外力支撐。

另外，要在盾殼掩護(hù)下借助千斤頂將切口環(huán)向前頂入土層進(jìn)行地層挖掘與裝配式襯砌，安裝盾構(gòu)反力架等設(shè)備，形成外部支撐，然后在盾殼的掩護(hù)下利用千斤頂將切口環(huán)向前項(xiàng)入土層進(jìn)行地層開(kāi)挖、裝配襯砌，隨后盾構(gòu)靠頂在已拼裝好的襯砌環(huán)上的千斤頂向前的推力來(lái)克服盾構(gòu)掘進(jìn)中所遇到的地層阻力，從而在有利于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的同時(shí)，確保其能勻速連續(xù)前進(jìn)。

4 盾構(gòu)法施工技術(shù)

4.1 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞口施工

在地鐵項(xiàng)目隧道施工期間，現(xiàn)場(chǎng)工作人員在實(shí)際使用盾構(gòu)機(jī)過(guò)程中，需注意以下施工要點(diǎn)：

1）重點(diǎn)控制盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞問(wèn)題及出洞操作，因?yàn)檫@兩個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)對(duì)整體隧道施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

2）為保證盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)洞，需在施工前確定好線路，以防止發(fā)生與設(shè)計(jì)軸線偏差過(guò)大的問(wèn)題。

3）鑒于盾構(gòu)機(jī)出洞難度高、工作繁雜的特點(diǎn)，必須選擇科學(xué)合理的施工方法來(lái)進(jìn)行系列操作，如預(yù)先加固處理洞口段地層，保證安全性。

4）在施工準(zhǔn)備完成后，為避免土體暴露時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)實(shí)際情況讓切口切入土層。

4.2 風(fēng)井施工

以風(fēng)井處地質(zhì)的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，加固該區(qū)域與盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞有關(guān)的地基，長(zhǎng)度控制在6 m 內(nèi)，其中5.4 m 要采用鉆孔灌注施工。因?yàn)轱L(fēng)井關(guān)鍵點(diǎn)通常都設(shè)置在城鎮(zhèn)居民區(qū)附近，容易受到其他因素干擾，所以，必須要對(duì)其進(jìn)行基坑圍護(hù)操作，同時(shí)，還要加固鉆孔灌注樁施工，而此過(guò)程要保證隧道直徑為7 m、水泥摻量為20%（由于進(jìn)洞口洞圈上3 m 外的地區(qū)主要是弱加固區(qū)，弱加固區(qū)的水泥摻量為7%）。

值得注意的是，要在水泥攪拌樁與鉆孔灌注樁間進(jìn)行加固，該環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于需應(yīng)用旋噴樁來(lái)實(shí)施關(guān)聯(lián)性加固。

4.3 盾構(gòu)機(jī)挖掘施工

在使用盾構(gòu)法對(duì)地鐵項(xiàng)目隧道進(jìn)行整體施工過(guò)程中，由于盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞口環(huán)節(jié)十分關(guān)鍵，因此，工作人員要嚴(yán)格遵循操作準(zhǔn)則來(lái)控制施工全程，從而避免對(duì)四周環(huán)境（尤其是土體）造成干擾。必須保證盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制與盾構(gòu)施工軸線控制均在T/CCMA 0063—2018《盾構(gòu)機(jī)操作、使用規(guī)范》（以下稱(chēng)“規(guī)范”）所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍內(nèi)。

4.4 盾構(gòu)機(jī)穿越粉砂土層施工

與其施工設(shè)備相比，盾構(gòu)機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，可在淤泥質(zhì)土等軟土施工中獲得理想效果，但不適合在粉砂土層中施工，這其中主要有2 個(gè)難度：（1）土體液化；（2）土體流動(dòng)性。

為避免上述狀況，可采用提升正面土體流動(dòng)性與止水性方式。具體操作方法：（1）在規(guī)范所規(guī)定限度內(nèi)提升土倉(cāng)壓力，以保證不發(fā)生土體液化狀況；（2）利用盾構(gòu)機(jī)加泥系統(tǒng)給土倉(cāng)注入膨潤(rùn)土漿液并混合到土倉(cāng)里，從而在改變土倉(cāng)內(nèi)土體性質(zhì)的同時(shí)，起到潤(rùn)滑作用，以最終避免土體液化，改善土體流動(dòng)性。

4.5 盾構(gòu)機(jī)冷凍刀盤(pán)技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)在砂層、淤泥層、斷層等繁雜地質(zhì)環(huán)境行進(jìn)中，若開(kāi)挖至建筑物下方，在刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)掘進(jìn)時(shí)，需使用特別加固方法，因?yàn)橐坏┖雎源藛?wèn)題勢(shì)必會(huì)引發(fā)地面塌陷。一般來(lái)說(shuō)，在地質(zhì)環(huán)境不符合盾構(gòu)機(jī)常壓換刀情況時(shí)，僅采用通常技術(shù)方法無(wú)法保證常壓換刀的安全性，這尤其體現(xiàn)在對(duì)該區(qū)域沉降的把控上。

針對(duì)此，2017 年，我國(guó)中鐵華隧聯(lián)合重型裝備有限公司創(chuàng)新研制出了世界第一臺(tái)具備冷凍刀盤(pán)和復(fù)合注漿系統(tǒng)的雙模式盾構(gòu)機(jī)，其將冷凍法施工與盾構(gòu)機(jī)相結(jié)合，在常壓換刀流程中可保證刀盤(pán)四周被冷凍與穩(wěn)固，從而凍結(jié)圓盤(pán)；與此同時(shí)，該設(shè)備還能提升土層強(qiáng)度與穩(wěn)固性，并隔絕地下水，以進(jìn)一步高效降低盾構(gòu)機(jī)穿越特殊區(qū)域時(shí)發(fā)生地面沉降的概率。

4.6 聯(lián)絡(luò)通道機(jī)械化施工技術(shù)

聯(lián)絡(luò)通道是關(guān)聯(lián)地下空間與地上空間的重要紐帶。通常情況下，聯(lián)絡(luò)通道一般在主空間施工完畢后才實(shí)施，所以極易被忽略。但是，現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)通道施工重點(diǎn)是在經(jīng)地層加固后采用礦山法來(lái)挖掘，而加固方法通常采用凍結(jié)法。凍結(jié)法在實(shí)踐中已被廣泛應(yīng)用，但其存在一定的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，且施工時(shí)間長(zhǎng)、成本高、施工效果一般。

對(duì)此，以微加固、可切削、嚴(yán)密封、強(qiáng)支護(hù)為基礎(chǔ)特性的聯(lián)絡(luò)通道微加固機(jī)械法T 接施工技術(shù)是較理想的解決方案。該技術(shù)主要在狹小封閉的隧道空間中實(shí)施盾構(gòu)機(jī)開(kāi)發(fā)與接收工作，并通過(guò)止水注漿施工技術(shù)和改變支護(hù)結(jié)構(gòu)形狀完成微加固情況下對(duì)T 接隧道的施工。聯(lián)絡(luò)通道機(jī)械法見(jiàn)圖1。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道機(jī)械法

聯(lián)絡(luò)通道微加固機(jī)械法T 接施工技術(shù)成功應(yīng)用于寧波軌道交通3 號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道工程實(shí)踐中。其十分符合城市地下空間研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，可降低聯(lián)絡(luò)通道施工干擾。此外，其還能縮減施工投入費(fèi)用與減少施工周期，進(jìn)而助力將聯(lián)絡(luò)通道達(dá)成機(jī)械化。

4.7 應(yīng)用克泥效工法實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)法施工沉降控制

盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn)過(guò)程中往往會(huì)擾動(dòng)地層而引發(fā)變形。對(duì)此，可同步應(yīng)用注漿技術(shù)將漿液注入盾尾后方，以補(bǔ)充盾體外殼與管片間的環(huán)形空隙，從而有效解決地面沉降問(wèn)題。然而，由于盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)外徑通常大于盾體外殼，因此，在盾構(gòu)機(jī)盾體范圍內(nèi)會(huì)在開(kāi)挖輪廓與盾體間形成一個(gè)環(huán)形空隙，導(dǎo)致對(duì)盾尾進(jìn)行同步注漿也無(wú)法抑制盾體四周土體發(fā)生變形[1]。

當(dāng)?shù)罔F項(xiàng)目隧道施工需穿過(guò)既有線或重大危險(xiǎn)源時(shí)，針對(duì)地面沉降所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求十分嚴(yán)格，故而一定要采取針對(duì)性策略來(lái)確保施工安全，以防止地層變形程度加深。對(duì)此，可采用克泥效工法。

克泥效工法基本原理：將黏土和強(qiáng)塑劑根據(jù)相應(yīng)比例融合之后，二者可迅速變成高黏度、不硬化、變化性、抗稀釋性與擋水性強(qiáng)、抗沉陷性高的可塑性黏土，即黏度經(jīng)過(guò)二者配合比方法發(fā)生變動(dòng)。

在使用盾構(gòu)法過(guò)程中，克泥效工法使用范圍較廣、普及度高，因?yàn)槠洳粌H具備土壓平衡盾構(gòu)的效果，還能滿足空隙填充和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制問(wèn)題，能夠給地鐵項(xiàng)目隧道施工帶來(lái)積極影響。

5 地鐵盾構(gòu)法隧道采用盾構(gòu)法施工的注意事項(xiàng)

5.1 創(chuàng)建施工安全生產(chǎn)保障制度

以安全生產(chǎn)各項(xiàng)規(guī)章制度為基礎(chǔ)，需進(jìn)行的系列施工管理操作主要包括以下內(nèi)容：

1）結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況完善安全生產(chǎn)管理方案。

2）現(xiàn)場(chǎng)工作人員除需執(zhí)行安全生產(chǎn)責(zé)任制度外，還要根據(jù)企業(yè)需求完成培訓(xùn)工作，并創(chuàng)設(shè)安全生產(chǎn)教育的培訓(xùn)檔案。

3）施工前，相關(guān)管理人員要確保施工現(xiàn)場(chǎng)符合安全生產(chǎn)管理規(guī)范與生產(chǎn)開(kāi)工標(biāo)準(zhǔn)。

4）在施工進(jìn)程中，需按期組織整體安全大排查工作，且記錄存檔。

5.2 告知事前風(fēng)險(xiǎn)與篩查潛在風(fēng)險(xiǎn)

施工前，需編制完備、可靠、高效的施工方案，務(wù)必遵循施工單位內(nèi)部、監(jiān)理單位、建設(shè)單位與建設(shè)主管職能部門(mén)的審批流程，且務(wù)必將每項(xiàng)施工計(jì)劃交底工作落實(shí)到位。

另外，施工單位需通過(guò)告知事前風(fēng)險(xiǎn)的方式使工作人員了解項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)事故、風(fēng)險(xiǎn)成因、注意事項(xiàng)、事故預(yù)兆及處理措施等內(nèi)容，并加強(qiáng)對(duì)施工場(chǎng)地四周環(huán)境與人員潛在風(fēng)險(xiǎn)的篩查，確保施工的安全性。

5.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)管與評(píng)價(jià)事中風(fēng)險(xiǎn)源

針對(duì)施工過(guò)程中的重大風(fēng)險(xiǎn)源頭，需應(yīng)用工程監(jiān)測(cè)、場(chǎng)內(nèi)巡檢與監(jiān)控等方式，并遵照整體監(jiān)視、兩類(lèi)預(yù)警、險(xiǎn)情直達(dá)模式來(lái)對(duì)事中風(fēng)險(xiǎn)源實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。

5.4 完善事后突發(fā)危險(xiǎn)事件應(yīng)急對(duì)應(yīng)方法

從項(xiàng)目整體出發(fā)，綜合其施工特性在全面預(yù)測(cè)施工過(guò)程中潛在危險(xiǎn)事件后，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行推斷、解析與評(píng)估，并匯總常見(jiàn)事故種類(lèi)。完成該環(huán)節(jié)后，要從根本上分辨風(fēng)險(xiǎn)源，編制事故綜合應(yīng)對(duì)救援預(yù)案，嚴(yán)密遵照施工單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位與建設(shè)主管職能部門(mén)的審批流程，同時(shí)，將應(yīng)急預(yù)案交底工作落實(shí)到位。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用盾構(gòu)法對(duì)地鐵項(xiàng)目隧道施工可發(fā)揮積極作用，與傳統(tǒng)的施工方式相比，盾構(gòu)法雖工序復(fù)雜，但施工精度及技術(shù)含量都很高，具有自動(dòng)化程度高、對(duì)環(huán)境干擾較少等優(yōu)勢(shì)，且呈現(xiàn)出作業(yè)時(shí)間短、施工效率高等經(jīng)濟(jì)效益。且隨著盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展、成熟，盾構(gòu)施工方法越來(lái)越受到重視和青睞，逐步成為地鐵隧道的主要施工方法，特別適用于大直徑、大埋深以及斷面復(fù)雜的施工現(xiàn)場(chǎng)。