地铁隧道盾构施工掘进技术要点

代鹏飞

摘要：近年来各城市加快了地铁建设，在地铁施工过程中，盾构法作为最为重要的施工方法，盾构法施工具有施工速度快、安全、成型质量好等优点，在城市地铁隧道工程建设中得到广泛应用，可以有效的保证地铁施工的质量，确保施工的安全。

关键词：地铁隧道；盾构法；施工

隧道盾构法施工对城市的正常秩序和周围环境影响较小，作为现代城市地铁隧道建设的重要施工方法得到快速发展和广泛应用。但由于各地的地质和水文地质条件不同，在工程施工中往往会遇到不少问题，需要工程施工中结合具体的情况，严格控制施工掘进的技术要点，从而确保城市地铁隧道的施工质量。

一、概述

1、地铁隧道盾构施工的技术特点。地铁隧道施工不但可以适应各区域的不同地质特点，而且能够满足不同水文条件下地铁隧道施工的实际情况。地铁隧道盾构施工技术采用盾构设备通过掘进的方法实现对地铁隧道的土层挖掘，在地铁隧道盾构机械推进的过程中同时进行衬砌、锚固、注浆的操作，能够有效控制地铁隧道施工中的地层沉降和地面移动，具有环境上、效率上和安全上的优势。

2、地铁隧道盾构设备的构成。地铁隧道盾构设备由切割部分、支撑部分和辅助部分组成，切割部分的关键设备是刀盘，支撑部分的主要设备是支撑环，辅助部分主要集中在地铁隧道盾构机的尾部，由各类辅助体系和设备构成。因此，地铁隧道施工中常见的盾构设备主要用于圆形隧道的挖掘，对于城市地铁特殊的椭圆形和半圆形隧道形式也有着良好的适应性，特别在地铁隧道工程进入到黏性土壤、砂石层面、断岩层面、复杂地层等特殊区域，地表建筑物数量多、地下管网复杂的情况可以通过设备结构的附加、减少和优化提升地铁隧道盾构施工的稳定性和效率性。当前地铁隧道盾构施工进入到高难度、全范围的阶段，地铁隧道盾构施工更是在水下地铁隧道建设、大跨度地铁建筑物、复杂隧道、车站有着普遍的适应性。

二、地铁隧道盾构掘进技术

1、盾构始发及初始掘进阶段。盾构始发及初始掘进在地铁隧道工程施工中占有十分重要的位置，而且随着隧道埋深、尺寸的加大和周围施工环境的日趋严峻，这对盾构工程始发和初始掘进的技术要求越来越高，常常需要根据实际情况采用多种技术措施保证开挖面地层的自稳性，利用挡土墙和水泥加固土墙作为构筑物防止开挖面崩塌，在不良地质路段必须对地基进行改良，确保开挖面稳定后再进行施工。为确保施工可靠和安全，在洞口初始掘进后，需对初始掘进段开挖面加压，并采用水泥浆封闭隧道壁，使隧道洞口尽早稳定。在具体施工程施工中，为减少盾构推进阻力，始发前需在基座轨道上涂抹润滑油膏，并在刀头和密封装置上涂抹油脂，减少刀盘上刀头对洞门的破坏。此外，还需严格控制始发基座导轨的标高、间距及中心轴线，防止盾构旋转、上飘，并通过加强监测来及时调整盾构掘进参数，保证盾构的掘进姿态。在盾构初始掘进阶段需要通过试验段掘进获得盾构掘进的各项参数，并通过地表隆陷、地层位移规律的监控量测来对盾构掘进参数进行调整。

2、盾构正常掘进阶段。依据盾构始发及初始掘进阶段确定的盾构掘进各项参数，盾构机就可以进入正常掘进阶段。为使盾构机获得理想的掘进效果，在保证刀盘与刀具的适应性、碴土的流动性和止水性的基础上，还需根据线路沿线的不同地质条件选择不同的掘进模式，通常有土压平衡模式、半敞开式和敞开式掘进三种掘进模式。当盾构通过不同的地层时，应及时改变盾构的掘进工况，并合理设置各种参数，以保证盾构机能够适应地层的变化要求，在保证土体结构稳定的同时，提高掘进施工效率。在具体工程施工中，必须在施工前采用钻探设备对沿线地质情况和土层变化进行测试，以方便盾构机及时调整掘进模式，并保证盾构机在切换到不同地层掘进模式时有10m以上的工况过渡段。此外，还需对螺旋输送机的排土速度、盾构机的掘进姿态及地基变形情况进行检测，确保地铁隧道盾构掘进施工的顺利进行。在坡度段施工时，还应严格控制开挖土量、注浆材料的稳定性、隧道内排水情况等，并在上坡时加大盾构千斤顶推力和稳固后方台车。

3、盾构到达掘进阶段。盾构机到达掘进是完成正常掘进后接近到达端头竖井时改变掘进姿态，在采取多种保护地铁隧道土体稳定措施后，按所定路线将盾构机推进竖井的过程。通常盾构到达掘进施工可以采用盾构机到达后拆除挡土墙再推进和盾构机到达前拆除挡土墙再到达两种方法，前者具有工种少、施工性好的优点，被广泛用于地层稳定性好的中小断面盾构工程中；而盾构机到达前拆除挡土墙再到达的方法需要对地基进行高强度的改良加固，可以提高洞口防渗性和防止地基坍塌，有利于地层稳定，主要用于大断面盾构工程中。在具体工程施工中，为确保盾构机能够准确到达端头竖井，需在离端头100m和50m时采用自动导向与人工测量相结合的方法及时调整盾构姿态和纠偏，并逐渐降低掘进速度、减少掘进推力，但此过程中由于盾构推力的减少会造成管片反力的降低，使得管片的接缝出容易产生漏水现象，需在每环管片安装固定板。

三、地铁隧道盾构施工的技术

1、做好地铁隧道的结构技术计算。目前，盾构法地铁隧道施工设计在国内的使用，取得了不错的成绩，拥有丰富的经验，技术和理论经验日趋成熟，但对于隧道开挖技术仍需要进一步改进，应注意从实际问题施工过程中围岩应力的复杂变化和调整形式，充分考虑建筑内部结构的变化和结构承载。

2、强化地铁隧道盾构施工的支护技术。首先要确立地铁隧道盾构管片的连接方式和支护形式，做到对管线技术参数和工程性能的有效保障。一方面，要严格做好支护结构的技术规划，既要强调支护结构形成的技术规范性，同时也要讲求管线的再利用性能，特别对于特殊材料和复合工程管片，更应该在确保地铁隧道支护效果的同时，提升支护效率，进而为安全、成本、进度等高层次目标的达成提供技术基础。另一方面，要做好地铁隧道盾构施工中支护技术的具体应用，规范使用初期支护技术，对于特殊部位要采用双衬砌支护的方式，实现技术上对地铁隧道主体部位、功能结构和其他部位的结构加强，以有效的支护操作提升地铁隧道盾构施工的安全性和效率性。

3、地铁隧道盾构施工的关键参数和细节控制。盾构施工中要强化对盾构机运行参数和细节的管控，一方面，要严格规范盾构施工的出土量，一般控制盾构施工的土仓压力大小，避免盾构施工产生超挖或欠挖的问题，确保盾构施工的效率，提升盾构施工的经济性。另一方面，盾构施工中盾构设备不能频繁变化姿态，要确保运行的连续性，其中纵坡的变化范围要严格标定在2‰，以做到对盾构施工设备的有效利用与持续工作的保障。此外，盾构施工还要做好注浆环节的细节控制，要通过注浆量和混凝土比例控制的方式及时进行注浆操作，提升盾构施工的适当性和合理性。最后，要注意盾构机、注浆机、配套设备的日常养护和故障处理工作，提升机械和设备运行的稳定性，预防小故障的积累而产生的停机、停工大事故，提高盾构施工的效率性和经济性。

随着我国城市大规模基础设施建设潮的兴起，城市地铁隧道建设得到快速发展，隧道盾构施工技术具有施工速度快、安全、成型质量好等优点，成为现代城市向地下发展的重要施工方法。在具体的工程施工中，由于各地的地质和水文地质条件不同，导致隧道盾构施工中屡屡出现质量事故，需要工程技术人员严格按照施工掘进的技术要点控制盾构机的掘进状态，并通过加强监测及时调整掘进模式，从而确保城市地铁隧道的施工质量。

参考文献：

[1]王立峰，祝江鸿.地铁盾构施工中地表位移及变化规律研究[J].科技通报，2015，（9）.

[2]罗劲鸿，杨帆.深层地铁盾构施工地层水平位移动态分析[J].民营科技，2016，（9）.

[3]竺维彬，鞠世健，吴小燕.浅析地铁盾构施工中的测量方法[J].河南科技，2015，（6）.