浅谈盾构法地铁施工技术

石燕平张大威

摘要：近几年城市地下轨道交通蓬勃发展。地铁在城市轨道交通中越来越发挥着举足轻重的作用，其很好的承担了城市交通的任务。本文的主要内容是介绍地铁施工中盾构法的施工技术，盾构法施工作为最近兴起的地铁施工方法，极大地加快了地铁施工进度、增强了复杂地质下施工安全系数。针对盾构法对地铁施工的影响，本文提出盾构法地铁施工的若干注意事项。

关键词：地铁施工；盾构法；施工工艺；注意事项

一、盾构法背景及国内外现状介绍

（一）研究背景

伴随着我国经济的高速发展，交通的拥堵化日益严重。这让本来有限的地上空间变得弥足珍贵。因此人们加速了对地下空间的利用。于是城市地下轨道交通出现在人们的视野。地铁作为城市轨道交通的主要形式，很好的承担了城市交通的任务。二十世纪中期，我国第一条地铁在北京开始修建，并于四年后开始运行，这也成为我国地铁运行的开端。

（二）国内外研究现状

九十世纪初期的盾构技术出现在欧洲等地，而这项技术的出现仅仅是由于部分需要横穿江河的轨道，这种隧道的修建对于盾构的运用只是在通过隧道时形成一个保护体起到保护江河的隧道的作用，来应对出现倒塌等类似严重情况。

20世纪80年代初，中国开始利用土压平衡盾构来修建上海地铁1号线和2号线，其后在二十世纪九十年代修建的陕西延安某线越江隧道施工中首次采用泥水加压式盾构。这是第一次使用泥水加压防护罩。此后，盾构施工技术开始在中国得到广泛应用，中等折叠装置和矩形盾构等新技术开始出现。

二、地铁盾构法施工原理

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

在地铁隧道建设中，盾构法施工是在盾构掩护下连续安全地进行地层开挖与管片衬砌支护工作。首先要详细对地铁的整体规划和设计的各个环节进行了解，把盾构机安装到开挖好的基坑当中，之后再安装盾构反力架等设备形成外部支撑，再次，在盾壳支撑下采用千斤顶把切口环向前方入土层进行装配衬砌和地层开挖施工；最后在装配的衬砌环上通过千斤顶的推力推动盾构，克服盾构掘进中的地层阻力，使盾构连续、连续掘进。

三、盾构法施工技术要点

（一）盾构机始发

首先，要严格控制始发台、反力架和负环的安装定位精度，并确保盾构始发状态和设计的线路一致。其次，当第一环负环管片定位时，管片的后端面应垂直于线路中心线。环管片轴线重合于线路的轴线，负环管片拼装方式为通缝拼装；最后，盾构机轴线要跟地铁隧道的设计轴线保持平行。

（二）盾构机掘进

1、掘进：以土压平衡式盾构机来说，采用土压盾构施工时，在保持土压平衡的前提下，总推力应尽可能小，以减少土体的挤压；降低推进速度，控制在10mm/min以内，减小盾构对土体的挤压，另外防止超挖和欠挖；均匀地推进并进行必要的停顿以释放应力；水平与垂直方向尽量要少纠偏，特别是大量值的纠偏，以减少对土体的扰动。勤报、勤测、勤纠，用前一步的监测数据来指导下一步的施工。

2、同步注浆：当管片与盾尾部分离时，会形成一道很宽的环形空隙。而同步注浆的目的就是尽快填补环形缝，以尽早支撑地层，防止地面过度变形，危及周围环境的安全。基本原理就是将有具有长期稳定性及流动性，并能保证适当初凝时间的浆液（流体），通过压力泵注人管片背后的建筑空隙，浆液在压力和自重作用下流向空隙各个部分。它在一定时间内凝固，从而达到充填空隙，阻止土体塌落的效果。注浆时控制注浆压力，保证同步注浆量；视情况尽早进行二次压浆和进行跟踪注浆。

（三）渣土运输

土压形式的盾构机出渣并不是简单将挖掘下的土壤排出，土压式盾构机的圆形切削刀片的工作面同施工后部受力压力板构成泥土空间，刀盘切削下的土层经刀盘上的开口进入机器后方的泥土空间内与砂浆混合，在盾构机设备中的千斤顶的作用下平衡开挖面的土压和水压。螺旋运输机通过承压板的开口进入泥土室进行排渣，盾构机掘进时，电机车牵引渣土车向前移动，将渣土车牵引至出闸口，由起重机械吊出，并倒入渣土池内。但是盾构机是俱进速度和排渣量之间的关系会对泥土室的压力造成影响，所以排渣速度需要与盾构机掘进速度想匹配，否则泥土室的压力可能导致地面塌陷或者隆起。而渣土外运主要安排在晚上，挖掘机将渣土装人运输车辆，并按照业主的路线运输到指定区域，在现场设置洗车场对运输车辆和施工现场的清洁，以免影响区域环境建设。

四、盾构法优缺点

盾构法优点及其明显，主要是对人群聚集的城市地区影响较小，不会影响市民的正常生活。在施工中，只有竖井将在地面上设置施工现场，其余的不需要设置任何地面工地。它对城市交通和居民生活的影响较小。同时，没有必要拆除地面建筑物，没有噪声和其他污染，总结如下：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通，河下施工不影响河道航行；③施工作业不受气候条件的影响；④振动和噪声等环境危害很小；⑤对地面建筑物和地下管道的影响很小；⑥盾机的结构灵活，可根据项目的具体情况进行设计。

盾构法的缺点：①盾构机不同常用的施工机械，对施工精度要求很高；②盾构机无法后退。盾构机只要启动了机器就不允许后行，这是基于盾构机外径大于已安装材料的隧道的直径，如果反向行驶需要拆除已安装管片这是非常危险的；③对断面尺寸多变的区段适应能力差；④新型盾构采购成本昂贵，对施工区段短的工程不太经济；⑤工人的工作环境较差。

五、盾构法施工过程注意事项

（一）开挖前盾构施工参数的计算

在开挖盾构隧道之前，必须进行高精度的勘探工作，通过计算参数来尽快建立土压力平衡。在开挖过程中，必须建立试验段，严格采集、分析、控制数据。及时总结和开发合同施工技术参数。

（二）控制掘进速度

为了保证盾构机和土壤的稳定性，加强切割孔后的土壤，保护刀具，初始速度一般控制在10mm/min以内。

（三）留意管片拼装

在洞段拼装管片时，应注意在管片之间的间隙变化，保持一定的间隙，必须保证装配质量，把控拼装时间，严格按照规定紧固管片螺栓接头，并且应该确保已经安装好的管片的完整。由于盾构推进时推力传递的影响，在盾构推力影响消失后应该再次紧固螺栓管片连接螺栓安装到位并拧紧。

（四）严格把控出土量

严格控制开挖初期的挖掘量，在土体加固范围内，以控制挖掘量为核心，合理配置各种参数，严格保证提前填写出土记录。

（五）注浆量

当盾构机尾部进人土体第一环到第三环的时，需采用较强注浆材料进行注浆，同时加大注浆量，以确保洞口地面不会发生沉降。盾构到终端工作区后就可以拆除设备，并根据实际需要也可以通过施工区域继续施工。同时，为了避免土体的坍塌，可以对土体进行加固处理。

六、展望与发展

随着信息化在当今社会的不断发展，地下工程施工信息化要求迫在眉睫，将地下施工技术与原有的计算模型、计算方法相结合，充分发挥各自的长处，构成以施工监测和信息为显著特征的地下工程信息化施工，是地下工程施工的发展趋势之一，盾构法施工是符合时代需求的施工工法，不断提高设备创新、不断优化施工工法是加快施工进度、提高资源利用效率的重要方法。

参考文献

[1]冯卫星.浅谈隧道及地下工程施工安全.河北交通科技出版社，2009.

[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术.人民交通出版社，2010.