盾构法施工在地铁中的应用

121　科技资讯　ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２０１０ ＮＯ．１５ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ工　业　技　术目前针对隧洞掘进施工方法有两种，一种是利用掘进机掘进，另一种是利用钻爆法形成隧洞。

钻爆法施工主要是采用钻孔爆破方法将破碎岩土，例如鲁布革水电站利用了机械钻爆法进行施工。

随着技术的进步，掘进机开始出现并且体现了自身的许多优点，具有掘进安全、经济效益显著、隧洞洞壁质量高、掘进速度快等。

近年来，掘进机施工工艺已取得较大进步，采用了技术含量较高的盾构技术，能够实现全断面掘进，然后进行放置管道，盾构技术的出现使得施工效率更高，月进尺能够达几百甚至千米，而且盾构技术的适用范围较广，对于岩石较硬和软土等复杂的地质条件均能使用，尤其是针对地下水力压力大的工况下，更能显示出其优点，弥补了其他方法的不足，如图１。

随着经济社会发展，我国的城市建设日程逐渐加快，地铁需要逐渐增加，盾构技术的应用更加广泛。

1 盾构技术所谓“盾构”，是指配有护罩的一种专门用于隧道开挖的专用设备，工作原理是在盾构后面带有衬砌，利用它当做支撑点支撑整套设备前进，然后利用刀盘来将岩土切割，并将切割后的岩土碎屑排除，同时将衬砌拼装。

所谓“盾构技术”是指用盾构设备的盾壳来支撑和保护隧洞，以防出现水侵和坍塌现象，将隧洞中的岩土切削，将管片安装后进行灌浆，保障隧洞洞身的质量。

盾构法施工最早出现在欧洲，随后在美洲和日本发展较快，迄今为止已在世界各地得到广泛应用。

2 地铁施工技术发展概况我国的地铁隧道施工中采用的方法主要有矿山法、盖挖法、明挖法、暗挖法、盾构法进行施工。

（１）矿山法施工的优点是施工场地要求占用小，但是当地下出现有水的情况是无法正常进行作业，必须在作业过程中将地下水排除；在开挖和支护施工中必须人工操作，作业效率低，安全性差；此方法对于地表沉降问题难以得到有效解决，因此对于地下管道和地上建筑物会造成一定程度的破坏。

（２）盖挖法施工过程中优点是施工占用场地也较小，对地面建筑物影响较小，施工作业也较安全，但是施工工序十分复杂，施工条件较差，且存在交叉作业现场。

（３）明挖法施工占用场地较大，在一些交通比较拥挤的地方难以施工，环境污染严重。

（４）暗挖法施工优点是对于地面的情况干扰较小且比较经济，但是施工作业效率低，风险大，劳动强度高。

（５）盾构法施工基本集合了前几种方法的优点，地层适应性强，可以在地下有水情况进行作业，对环境污染较小，全机械化施工，作业效率高，且对地表沉降能够合理控制因此对地面建筑影响较小。

3 盾构法地铁应用技术参数针对土压平衡式盾构机来进行分析相关的技术参数，其主要是靠压力仓的土压力来支撑隧道壁面。

（１）平衡压力值。

根据经验公式有：Ｐ＝ＫＲＨ。

其中：Ｐ为平衡总压力；Ｒ为土体平均重度，ｋＮ／ｍ３；Ｈ为隧道埋深，ｍ；Ｋ取０．６～０．８。

（２）出土量。

每环理论出土量：Ｖ１＝（πＤ２）／４。

其中：Ｄ为最大直径。

实际出土量取理论值９８％～１００％。

（３）推进速度。

一般取３ｃｍ／ｍｉｎ～５ｃｍ／ｍｉｎ，当有建筑物时，取１ｃｍ／ｍｉｎ。

（４）盾构轴线。

与设计偏离不得大于５０ｍｍ。

（５）地面变形量。

一般控制在＋１０～３０ｍｍ内。

（６）同步注浆。

每环空隙Ｖ２＝π（Ｄ２－ｄ２）／４其中：Ｄ为盾构外径；ｄ为管片外径。

压浆量为空隙的１５０％～２５０％。

（７）壁后压浆。

当需特殊保护时，根据地层变形监测的信息来进行操作。

4 盾构法地铁应用实例分析一般情况下对于盾构法施工作业来说包括以下几项内容：一是首先搞清楚盾构隧道的地质条件，包括岩石指标、地质构、地下水以及地层渗透性等方面；二是搞清楚隧道的几何尺寸，包括隧洞直径、长度、隧洞端面形状、转弯处的曲率半径以及纵向坡度等方面；三是必须搞清楚隧洞的外界条件，包括隧洞上面的建筑物分布情况、隧洞埋深、环境保护要求和标准等方面；四是针对以上条件来进行合理选择盾构机械；五是必须要制定出地铁盾构法施工的总体布置、包括出碴系统布置、管片的运输与制作、通风、供水和换气系统等必须的工厂；六是针对特殊情况要多加考虑，例如是否需要超前加固地层等。

已建成的某市的地铁也是采用盾构法穿越铁路区间隧道，左线里程为：ＺＤＫ２１＋７７７．０５１－ＺＤＫＣＫ２３＋８１９．４８７，盾构右线长１９９１．４３６ｍ，右线历程为：ＹＤＫ２１＋８２８．０５１－ＹＤＫ２３＋９６６．７。

针对已建成的地铁盾构段为例进行详细介绍盾构法在地铁施工作业过程中的施工工艺过程。

4.1盾构法施工地质情况在盾构机施工作业过程中，需要穿越砂层、全风化花岗岩、砾质茹上、砾砂和球风化弧石，在ＤＫ２３＋３３０处的地铁隧道的底部且存在含量不是很多的中风化和强风化的花岗岩材料，按照前面所述，一方面需要搞清楚地层岩土性质，另外还需要搞清楚的内容主要有地下水位的埋深为１．２ｍ～８．０ｍ之间，水位的高程为５８．２ｍ～７７．０ｍ之间，地铁隧道的底板的标高大约是５７．７５ｍ，地下的水位变化幅度为０．５ｍ～３．０ｍ之间，而且在施工过程中地下水有可能对对施工带来一些影响。

4.2总体施工方案前面搞清楚地铁盾构施工的地质条件，然后需要制定出一个总体施工方案，以更加安全高效实现地铁隧洞。

在施工过程中，由两台土压平衡盾构机先后从明治站出发，并且实行专门负责，其中１号盾构机主要是用来在本区间内的左线进行施工，在此期间的盾构的里程ＤＫ２２＋５３５．０过风井。

总体施工目标是实现这２台盾构机能够①作者简介：全雪勇（１９７６，１０，２２），男，籍贯：江西省南城县，单位：中铁十六局集团有限公司、北京市、邮编１０００１８，研究方向：市政轨道 交通，职称：中级工程师，职位：项目副经理。

盾构法施工在地铁中的应用①全雪勇(中铁十六局集团有限公司北京 100018)摘 要：随着技术的进步，盾构技术的出现使得掘进效率更高，且盾构技术的适用范围较广，在国内得到了广泛地应用。

本文首先简要介绍了盾构技术，并对我国地铁隧道施工所采取的矿山法、盖挖法、明挖法、暗挖法和盾构法五种方法进行了对比分析，针对土压平衡式盾构机介绍了盾构法施工的主要技术参数，并以已建成的深圳地铁５号线盾构法穿越铁路区间隧道为例详细介绍了盾构法施工在地铁中的应用。

本文为盾构法在地铁中的应用具有一定的参考价值。

关键词：盾构法 地铁 土压平衡式 应用中图分类号：Ｕ２３１文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－３７９１（２０１０）０５（ｃ）－０１２１－０３图1 盾构法施工地铁隧道122科技资讯　ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２０１０ ＮＯ．１５ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ工　业　技　术在相差一个月的时间进行出洞，且两台盾构机的距离保持在５０ｍ以上，以便能够减小对地层的影响。

4.3实现盾构端头井加固工艺首先针对该市铁路进行加固，在铁路的路基进行加固时采用了预应力锚索对拉的方法，锚墩作为桩板墙。

锚墩桩作为挖孔其中桩长为８ｍ，用到的是１．０ｍ×１．５ｍ的钢筋混凝土板，将钢筋混凝土板沿铁路的路基的两侧按照对称分布原则进行布置，保证纵向的间距约为３ｍ左右。

锚墩桩与锚墩桩之间采用０．２ｍ厚的钢筋混凝土板进行连接。

采用预应力锚索将铁路两侧的锚墩桩进行对拉，其中锚索就是１×７的钢绞线，并且在竖向上已设置３道，采用预应力锚索桩进行板墙加固，如图２（ａ）（ｂ）所示。

采用预应力锚索桩进行板墙加固的施工顺序为：一是进行挖孔桩。

采用人工操作进行挖孔，采用厚１５ｃｍ的混凝土进行护壁，在护壁时保证高出地面约３０ｃｍ，目的是不让其他的杂物落到井内，保证安全。

在人工挖孔后的井口周围需要设置一个护栏，在护栏上挂安全网，并且在护栏的上面需要标上安全警示标志，在不开挖的时候将其盖上保护起来。

在地下水位以下的地方每节护壁长约０．５ｍ，水位以上时每节护壁长约１．０ｍ，并且在两节护壁之间的位置处需要设置直径１６ｍｍ、拉筋长４０ｃｍ的钢筋拉杆，环向间距约为３０ｃｍ左右，采用３ｍｍ厚的组合钢材料的模版来作为护壁的模版，并且用１０ｃｍ×１０ｃｍ的方型木块来对撑住。

当人工挖孔出现水量较大的情况时，需用１．５ｋＷ的潜水泵抽水使水位降到一定位置然后进行施工。

将板桩的钢筋笼进行集中加工，在下笼时需采用履带吊进行吊装，当放置到设计的高度时，然后用槽钢扁担放置到护壁上面来进行控制其标高。

采用Ｃ２Ｏ商品混凝土来作为桩身使用的混凝土。

在井口位置处设料斗，然后在其下面悬挂串筒，保证串筒底与孔底的距离不大于１．０ｍ，用汽车泵输送混凝土，混凝土用汽车泵水平输送，采用插入式振动棒进行振捣。

二是预应力锚索。

将３道预应力锚索以竖向方式设置在挖孔桩桩身，保证预应力锚索的竖向间距为２ｍ，纵向间距为３ｍ，每道锚索是通过１７根钢绞线而制成，钢绞线的强度高达１８６０ＭＰａ，采用张拉油泵、油压千斤顶进行张拉，在使用张拉机具前须标定。

在张拉操作后采用高压注浆泵将浆体进行注入。

三是安装桩间钢筋混凝土板。

钢筋混凝土板制成桩间板，并且在板顶处设置吊环，方便汽车整体吊装。

在挖孔桩作业时在桩侧面留槽口，用方木成槽，且保证桩间混凝土板与槽口尺寸小５ｃｍ，以便于安装预制板，桩身与混凝土板之间的间隙用水泥浆填充。

4.4穿越平南铁路方案如图３所示，在ＤＫ２３＋１０７－ＤＫ２２＋６８３段，该市铁路和盾构隧道大致平行，从ＤＫ２３＋１０７段隧道左转曲线与铁路交叉，隧道穿过铁路后向右拐弯下穿铁路，到ＤＫ２３＋６７０时穿出铁路。

盾构机在下穿铁路时，存在砾砂层，由于理深较浅且，距离较近，此时盾构掘进需采取加固措施，采用超前钻进打眼注浆。

确定出注浆的范围在隧道外侧的３ｍ内。

4.5盾构机掘进措施（１）调整盾构机，当地质地段相类似时，需进行模拟掘进工作，在盾构机靠近铁路前，需将盾构机掘进参数和状态调整好。

（２）在工作时需保证盾构机运转良好，尽量减少或避免盾构机发生故障的次数，以免造成时间拖延，降低工作效率。

在施工过程中采用土压平衡施工方法保障沉降量较小。

（３）选择了加泥土压平衡盾构机，跟好地保证了施工安全和进度。

通过改良地层减小地表沉降。

（４）采取错缝拼装进行隧道衬砌，目的是可以发挥管片环间螺栓的纵向加强作用，从而加强了管片间接头处的薄弱部位，使得管片环整体刚度有所增加，从根本上控制了砂层地段管片的结构变形、结构受力和防水方面的问题，使得地铁施工过程中出现的大变形和渗漏问题得到有效地解决和控制。

质量控制中管片拼装关键环节之一。

必须严格把关管片的制作，杜绝投入使用不合格管片；采用高强度螺栓作为连接螺栓；施工管片接头的防水必须严格按设计要求进行，确保接头防水的效果和管片拼装的质量，防止地下水的渗入。