城市轨道交通盾构法隧道施工技术分析

孙福双

中交一公局第八工程有限公司，天津 300170

1 工程概况

成都轨道交通17号线一期工程TJO8标线路全长6.02km，线路沿香榭大道、永康路东西方向布置，包含2站3区间，从西往东依次为九江北站到白佛桥站区间、白佛桥站、白佛桥站到机投桥站盾构区间、机投桥站、机投桥站到终点接收井盾构区间。其中，九江北站到白佛桥站区间明挖段位于双流区，九江北站到白佛桥站盾构区间依次穿越双流区、武侯区；其他结构位于武侯区。

2 盾构法隧道施工技术及其应用

2.1 前期准备

首先，在正式开始施工之前，需要对场地进行科学规划。场地规划主要包括临建设施和临时设施两个部分。临建设施需要结合政府要求，进行围挡等设施建设，并将施工线程生活区、生产区等进行科学划分，设置好相应的安全生产标语。临时设施包括碴坑、管片堆放场、砂浆拌和站、充电间、材料堆放场等，要确保区域划分清楚明确，为后续施工提供保障[1]。

其次，做好人力资源配置，在实际施工过程中需要根据施工组织管理、工程量等各方面信息合理配置施工人员。在该工程中一共设置了4个盾构施工班组，其中2个班组为施工工班，1个是临工班，1个是注浆班，此外还包括机电维修班组、技术测量班组以及渣土运输队。

最后，做好盾构机的选型、进场工作。需要结合实际施工情况科学合理地选择可靠的盾构机，与可靠的供应商合作，保障盾构机的基本功能符合要求，并具备在成都这种复合地层长距离挖掘的能力，能够精准地控制方向等。根据该工程实际项目需求，选用的盾构机为中交天和盾构机。盾构机盾体外径为8580mm，刀盘外径为8634mm，设备包括主体（由刀盘、前体、中体、盾尾4大件组成）和后置配套设备（由连接桥、管片拼装机、螺旋机、拖车等组成）。其主体设备部分大而重，根据中交天和盾构机设备参数和吊装井口平面尺寸图，并结合以往盾构机的吊装经验，拟采用300t履带吊或200t汽车吊作为主力吊机进行吊装作业，200t汽车吊作为辅助吊机配合300t履带吊进行翻身作业，入井作业顺序是先将拖车、连接桥等后配套（含螺旋机）设备吊装入井，再将中体、前体、拼装机、盾尾、刀盘依次吊装入井。

2.2 盾构机的调试

盾构机的调试方法主要包括空载调试和负载调试。在实际施工过程中，为保障盾构机的性能和施工效果，需要进行这两种调试。在盾构机组装连接工作完成之后，就需要进行空载调试，检查盾构机是否能够正常使用和运行，主要包括配电、润滑、控制、注浆等系统的调整以及相关仪表的校准。在空载调试完成之后，需要进行负载调试，检查设备负载能力，并进一步完善设备调试工作，确保设备能够满足其工作需求，且处于正常状态。该工程中负载调试试掘距离为200m。

2.3 掘进施工

（1）参数选取。在进行挖掘施工之前，需要先结合实际情况确定好掘进参数。区间最小曲线半径为600m，最大纵坡为27.5‰；隧道外径为8.3m、内径额外7.5m；管片长度为1.5m，厚度为0.4m。该工程中，结合实际需求和施工现场特点选用了土压平衡式盾构掘进模式。

（2）施工步骤。①先使用切刀和挂刀削切土层，在此过程中，不仅要控制盾构转速，还需要以大扭矩推进。②在实际掘进的过程中，需要合理控制土仓内土的压力值，确保其稍高于静水压力以及地层土的压力和，土压力值应为二者之和的1～1.3倍，并且在实际施工掘进的过程中还需要结合实际情况不断进行合理的调整。③在实际施工过程中，土仓压力是通过对掘进速度以及排土量的调整和设定而控制的，此外，为保障土仓压力始终处于一个相对稳定的状态，需要控制好切削土量和排土量，保障二者之间的平衡。④为保障掘进施工的顺利性以及流畅性，需要在实际作业的过程中及时调整掘进的速度和方向，通常，可以通过控制盾构推进力、扭矩等实现对于掘进速度的控制和调整，通过控制螺旋输送机的转速控制设备的排土量。在实际施工的过程中，需要结合现场实际情况，及地质情况、渣土的性质和当下盾构机的状态等，及时合理地调整相关参数。除此之外，在使用土压平衡模式进行掘进施工的过程中，还需要采取相应的碴土改良方法，对现场挖出的土层进行取样筛分，为盾构渣土改良的优化提供数据支持。

案例工程中，针对盾构刀盘结构、地层情况、盾构推进情况，以渣土改良为施工控制重点，多次调整改良方式及添加剂种类，并邀请专家及添加剂厂商进行现场指导沟通，经历膨润土+水、膨润土+泡沫、膨润土+泡沫+水、泡沫+水等多种方式，逐渐摸索出了适合施工区间的泡沫+水的渣土改良方式，以及添加剂种类和注入量。即将刀盘加泥管路全部改为加水管路，确保盾构在每环（1.5m）加水量不小于8m³；采用进口优质巴斯夫+分散剂泡沫原液，加大泡沫发泡倍率，将泡沫发泡倍率由1～8倍提高到12～13倍，单根泡沫管液体流量不小于30L/min，气体流量为360～450L/min。掘进过程中再利用水辅助改良，且控制每环加水量不小于8m³。掘进过程中注意对渣温的监测，正常情况下渣温应小于30℃。在盾构掘进过程中严格控制同步注浆量与注浆压力，砂卵石地层中环宽1.5m按照12m³控制，注浆压力控制在200～400kPa，保证管片壁后注浆饱满。在做好同步注浆的同时，在盾尾脱出管片5～10环开始进行二次注浆。

（3）掘进方向控制。实际施工过程中，在土壤性质、隧道地形等的影响下，盾构机作业并不一定会按照原有计划推进，会存在偏差，如果偏差超过允许范围就会导致各种问题，甚至造成大面积地表沉降，严重影响施工质量和进度。因此，在实际施工过程中，及时对盾构掘进方向进行控制和调整是十分重要的。常见的方向监测方法是在使用VMT自动导向系统的同时辅以人工测量进行盾构方向的监控，调整盾构机姿态方向时，可以采用分区操作盾构机推进油缸的方式。此外，还需要加强注意不同掘进位置对于盾构机姿态有着不同的影响，因此需要针对不同情况采取合适的调整方法，如在急转弯以及变坡段位置，可根据实际情况借助盾构机的超挖刀进行局部调整。另外，在实际操作的过程中，调整刀盘转向时不要过快地进行转换，以避免管片破损[2]。

2.4 管片拼装

（1）拼装工艺。在实际进行管片拼装施工的过程中需要注意以下要点：①为保障管片的有效应用，在进行管片选型之前需要对隧道线型进行充分了解，结合施工现场实际需求选择合适的管片，并且要充分考虑实际安装过程中盾尾间隙的问题，保障其能够满足后续掘进要求，避免盾尾与管片的直接接触。②实际安装时要从隧道底部开始，最后进行封顶安装。③在最后安装顶块之前，需要处理好止水条，保障其插入和调整的顺畅性。④在安装好管片之后，需要使推进油缸与管片之间紧密接触，并且确保顶推力比固定管片需要的力大。⑤在安装好管片之后要进行整圆操作，在分离管片和盾尾后，还需要再次进行紧固操作。管片拼装工艺的主要技术流程如图1所示。

图1 管片拼装工艺流程

（2）技术措施。①加强对管片质量的检查，严禁有质量问题的管片入场，并在运输和吊装的过程中加强对管片的保护，避免其破损。②需要先将管片清洁干净之后，再粘贴止水条等，使粘贴稳固。另外，还需要在材料保管区域采取相应的防雨措施。③由于管片和安装区的衔接质量会受到脏污影响，在安装之前需要对这两处进行清理。④在安装管片的过程中需要加强对待装管片与已装管片之间的控制，保障衔接良好。⑤在实际注浆的过程中，为进一步保障施工质量效果，需要控制好注浆的压力。通过上述操作确保管片安装的质量，保障其符合设计要求和相关规范[3]。

3 结束语

综上所述，由于盾构法对于地面交通以及周围环境的影响都相对较小，而且对于各种环境和气候都有着较强的适应性，该施工工艺得到了进一步的发展，在城市轨道交通建设工程中有着广泛应用，相信随着对盾构施工技术的不懈研究和深入应用，该施工方法在我国建筑工程领域将会有更广阔的发展前景。