鐘偉超

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

在機電技術不斷發(fā)展的背景下，盾構機經過不斷更迭，功能日益提高，越來越多型式盾構設備出現(xiàn)并且應用于不同地質條件中，比如常見的有氣壓式盾構機、機械式盾構機和大扭矩盾構機等。盾構機類型和功能的增多從很大程度上促進了工程項目質量和建設效率的提升，促使地下隧道工程可以安全高效地完成施工。相關工作者在具體實踐中應明確盾構施工原理和設備功能，合理選用盾構設備。

1 盾構法施工概述

1.1 工作原理

所謂盾構法施工就是利用盾構機，在盾構鋼殼支護下，完成隧道的挖掘等施工作業(yè)。這種方法有著較高的穩(wěn)定性和安全性，盾構法施工原理圖如圖1所示。

圖1 盾構法施工三維演示圖

1.2 技術特點

在城市軌道交通隧道工程中應用盾構法施工技術有著諸多優(yōu)勢，該技術施工特點總結如下。

第一，干擾小。盾構法施工不會產生過大的噪聲，對周邊環(huán)境和既有構筑物影響小，無需占用過多的場地，對交通、人們的日常生活產生的干擾普遍偏小[1]。

第二，施工精度高。盾構法施工技術采用先進的盾構設備，盾構過程中監(jiān)測系統(tǒng)可以明確隧道盾構的偏差情況，進而對盾構軸線進行嚴格控制。在盾構施工中，使用的襯砌管片按照不超過0.5 mm的誤差進行控制，有著較高的精確度。

第三，設備專用線。交通隧道盾構施工中根據(jù)隧道斷面參數(shù)控制盾構機，施工匯總采用專用的盾構機具，在完成后不會重復使用機械設備。

第四，存在一定的施工風險。雖然盾構施工作業(yè)相比于明挖作業(yè)節(jié)省了很多施工環(huán)節(jié)和設備，可以從一定程度上降低施工安全風險，但是在盾構過程中只能前進無法后退，如果掘進過程中出現(xiàn)問題那么會產生經濟、安全等方面的風險，對工程順利推進產生負面影響。為避免出現(xiàn)這一情況，應提前檢查工程線路和盾構設備等，確保準備工作充分[2]。

1.3 盾構技術發(fā)展歷程

20世紀70年代美國最早提出盾構施工技術，當時美國采用初級盾構機Brunel修建了南達科他州的水壩，顯著提高了施工效率和質量，同時使用成本是傳統(tǒng)施工方法的70%左右。建設工程單位認識到該技術的優(yōu)勢，開始加大對該技術的應用和研究，尤其是隧道工程中，該技術備受青睞。當前很多國家已經紛紛采用這一技術建設地鐵隧道工程[3]。

近些年，信息技術的發(fā)展促使人們對盾構技術有著更加深刻的了解，各種自動化、智能化技術開始逐漸應用于盾構設備中，加上該技術綠色環(huán)保等特點，促使隧道工程廣泛地推廣應用盾構技術。

地下隧道工程建設中首先要詳細勘測施工區(qū)域周圍地質條件，巖土類型決定了盾構機械設備的選型和施工工藝流程，技術人員可以根據(jù)實際需求搭配使用各種型號的設備。我國有著較多類型的地形地貌，各個地區(qū)地質條件差異性較大，有的城市為砂卵、巖層地質，有的城市為軟弱地質，針對不同的地質條件，可以選擇明挖法、礦山法、盾構法等施工方式，如果條件允許，可以優(yōu)先選擇盾構施工方式[4]。

2 盾構隧道施工測量

施工測量是交通隧道盾構施工前的必要工作，并且施工測量應貫穿設計、施工和運營等多個環(huán)節(jié)，是一項持續(xù)性工作。經過細致的測量后可以及時向技術人員反饋工程實際情況，進而保證調整措施科學合理，確保隧道施工質量[5]。

根據(jù)盾構法施工特點在測量中對如下幾方面加強考慮分析：

第一，平面控制網和高程控制網的創(chuàng)建；

第二，做好地面坐標、方向、高程的測量，保證有序地完成地下坐標系統(tǒng)的構建；

第三，測量并且控制開挖過程和襯砌施工過程，準確地完成襯砌結構的施工，嚴格控制開挖量。

測量部署中重點做好如下要點控制：

第一，測量得到地下建筑物控制中心線、高程等基準線，為后續(xù)開挖、襯砌施工提供參照；

第二，掘進施工中根據(jù)要求貫通中線，在設定要求內進行開挖；

第三，按照圖紙安裝設備；

第四，測量數(shù)據(jù)的采集、記錄和匯總分析，為設計部門、管理部門開展后續(xù)活動提供參考。

盾構施工測量可以指導盾構設備沿著設計軸線方向穩(wěn)定掘進，技術人員根據(jù)測量結果完成盾構機參數(shù)的調整，安裝隧道襯砌環(huán)。貫通測量是盾構測量中的關鍵環(huán)節(jié)，施工單位可以使用激光指示方式將作業(yè)方向明確，有序推進掘進活動。在掘進過程中，盾構機上配置的光電接收靶可指引挖掘方向，如果挖掘方向發(fā)生偏移那么會顯現(xiàn)出激光束，隨機接收靶接收到光電信號向盾構機控制室傳遞，操作人員調整設備達到糾偏效果。

盾構貫穿后主要測量3方面內容：第一，水平面。將隧道中心線延長，接通隧道結合面位置后用全站儀對中心線間距進行測量，得到的數(shù)值即為水平面隧道誤差情況。聯(lián)測隧道兩端導線將坐標方位差和閉合差確定，將水平面測量精度關鍵依據(jù)反映出來。第二，豎直面偏差。用水準儀對結合面兩端腰線高度差進行測量，得到豎直面偏差結果。此外，可以利用其他測量方式將兩端隧道高程控制點距離確定，然后完成高程閉合差的計算。第三，調整中腰線。計算施工期間測量數(shù)據(jù)后明確隧道坡度情況，如果在6%以上需要進行中腰線適當調整，保證其恢復原狀[6]。

最后，貫通測量時應對2個工作面位置關系加強重視，保證其間距在50 m以上。隧道貫穿工程落實到位后全面檢查各項要點，測量中線基柱、縱斷面，生成報告指導后續(xù)施工活動。

3 盾構法在城市交通隧道施工項目中的應用

某地鐵工程建設中共包括2個部分，盾構始發(fā)里程為YDK35+284.255，終點里程為YDK34+664.889，最小曲線半徑R=1 000 m。

3.1 盾構始發(fā)

地鐵隧道盾構掘進始發(fā)施工是整個工程的關鍵所在，根據(jù)該工程施工條件，在風機房基坑周圍設置8口降水井，隧道盾構始發(fā)加固里程為Y（Z）DK35+836.290～Y（Z）DK35+844.290，在加固處理后利用水平探孔觀察洞門位置的地下水位高度，然后破除洞門。在布置檢測孔后在洞圈外搭設腳手架，結合實際情況鑿除周圍雜質。在破樁完成后結合施工經驗將托架抬高2 cm，用175 H型鋼支撐始發(fā)架。按照如下流程安裝始發(fā)托架。

第一，按照兩縱兩橫的防護法在始發(fā)井擴大端將托架水平位置精確定位。

第二，用汽車吊配合組裝始發(fā)端頭托架。

第三，用汽車吊吊裝始發(fā)托架并在安裝位置擺放。

第四，用水準儀對托架高程進行復核并且調整。

第五，安裝始發(fā)托架。

3.2 盾構掘進施工

在盾構掘進施工中首先要進行注漿作業(yè)。該工程綜合使用同步注漿和二次注漿結合方式，由技術人員利用公式計算注漿量，每環(huán)注漿量在5.3 m3以上，根據(jù)地面沉降情況略微調整注漿量。在注漿過程中如果發(fā)生墻面輕微滲水可以直接用環(huán)氧樹脂密封處理，如果存在較大滲水量可以二次注漿。該工程施工中先將管片清理干凈，用鋼絲刷將水槽混凝土斑點、泥點刷干凈，用毛刷將止水條中毛刷刷干凈，用黏合劑均勻地涂刷止水條和止水槽表面，將密封墊牢固地黏貼，用橡膠錘敲打進一步提高其黏合度，經過上述方式處理后，管片結構防水性較高。施工現(xiàn)場為保證隧道內安全地完成運輸工作，由專業(yè)人員操作機車在洞內完成運輸工作。操作人員啟動機車前需要對各節(jié)連接穩(wěn)固性進行檢查，確認設備運行穩(wěn)定后統(tǒng)一運輸機車組。在機車達到卸料點時還要在車輛前后軌道上放置防溜器械，確保運輸安全[7]。

3.3 盾構機到達與接收

盾構達到端土體時加固處理該部位，該工程接收端加固里程為Y（Z）DK36+823.733～Y（Z）DK36+831.733，加固處理方法為三重旋噴樁，按照0.6 m間距呈梅花形布置旋噴樁，樁直徑為0.8 m。接收端盾構施工流程如圖2所示。

圖2 盾構到達施工流程

盾構到達施工中刀盤進展后管片反推力消失，此時容易出現(xiàn)管片連接不牢固的情況，導致防水材料壓實度不夠，為保證盾構到達施工順利完成，可以在到達端最后10環(huán)管片中利用槽鋼縱向連接3、6、9、12點位，用管片拼裝頭牢固地處理槽鋼兩端管片注漿孔位置，擰緊螺栓[8]。

4 盾構施工技術應用優(yōu)化建議

4.1 監(jiān)測監(jiān)控措施

為提高盾構施工現(xiàn)場安全可以加大監(jiān)測力度，根據(jù)工程施工進展情況完成施工測量方案的編制，并且向上級主管部門提交申請，在獲得批準后根據(jù)規(guī)范和設計要求控制地表沉降值和地表構筑物沉降值。該工程建設中，根據(jù)實際情況按照70%的預警值、85%的報警值設置具體參數(shù)，具體監(jiān)測監(jiān)控數(shù)值見表1。

表1 監(jiān)測控制標準值

4.2 盾構機密封

盾尾密封處理主要是避免盾構機內部流入水體、沙土等雜質。通常采用多層密封方式密封處理盾尾部分，將油脂注入到各個密封層之間。通過盾尾密封不但可以達到潤滑的效果，還可以有效避免地下水入侵損害盾構設備零部件?，F(xiàn)代盾構機通常采用自動方式進行盾尾密封層油脂的注入，也就是按照設定的工作程序將油脂自動注入到密封層中，如果在盾構掘進過程中遇到漏水的情況，技術人員應當及時暫停掘進施工活動，可以采取人工方式將油脂注入其中，完成油脂注入檢查其密封性達標后方可繼續(xù)盾構。施工人員嚴禁在突發(fā)漏水情況下繼續(xù)施工，避免損壞盾構機械。盾尾密封如圖3所示。

圖3 盾尾密封示意圖

4.3 盾構機油壓驅動裝置檢查

按照1～2個月1次的頻率采集液壓油，由專業(yè)的檢測機構檢測液壓油的質量，及時進行液壓油更換，避免損傷設備。有的盾構機會用過濾網處理主油箱進出油口，將液壓油中的雜質篩除。為了監(jiān)測過濾網工作狀態(tài)，還可以設置壓力表、壓力傳感器，每個班組在正式施工前都要細致地檢查過濾網的工作情況，如果壓力值達到一定范圍應及時將液壓系統(tǒng)中的過濾網更換。只有保證驅動裝置清潔度和額定壓力，才能保證在具體盾構施工中設備處理安全可靠的運行狀態(tài)，進而保證順利高效地完成盾構施工任務。

4.4 嚴把施工材料質量

施工材料關系著交通隧道工程最終施工效果，為此，可以重點從如下方面加大材料控制力度。

第一，水泥。地下交通隧道工程對防水防滲性能有著較高的要求，為此，應選擇具有較高抗?jié)B性能的水泥材料，并且做好混凝土用水量的控制，選用抗壓能力、細度和安定性等參數(shù)在標準要求范圍內的水泥材料，提高混凝土結構的防水防滲能力。

第二，加強檢查材料質量，尤其是管片，確認其受力能力，避免施工階段發(fā)生管片裂縫問題。

第三，外加劑。為提高混凝土材料的整體性能，優(yōu)化交通隧道施工質量安全，可以適當添加混凝土早強劑、減水劑等提高混凝土結構的性能，優(yōu)化工程建設質量。

5 結束語

總而言之，盾構施工技術在城市軌道交通隧道施工中發(fā)揮越來越重要的作用，該技術的應用可以有效提升施工效率，優(yōu)化工程建設質量。在未來發(fā)展中，相關技術人員應不斷總結經驗，不斷改進創(chuàng)新，提高盾構施工技術的應用范圍和應用水平。