地铁盾构机施工技术及过站方法

徐雁云

【摘 要】 笔者结合实际工作，对盾构机概述及施工技术进行了系统的介绍，并对盾构机过站的施工方法进行了深入的阐述，使盾构机过站快速安全地完成，同时促进地铁隧道建设的卓越发展。

【关键词】 地铁盾构；施工技术；过站方法

前言：

近年来，我国地铁建设蓬勃发展，多个城市开始或者继续进行地铁建设，如北京、上海、广州、沈阳、深圳等。盾构机是现代城市轨道交通和隧道建设工程中主流的施工设备，在盾构机完成一个区间后要经过车站结构，从而进入下一个区间的掘进。如何快速、经济、有效的实现盾构机过站是保证工期、保证设备安全的一个值得探讨的问题。

一、盾构机过站方法介绍

（一）千斤顶顶推法

（1）方法特点，当今，盾构机过站技术已经发展的比较成熟，在我国已经被广泛应用，过站的形式和方法比较多，因为千斤顶顶推法拥有许多明显的特点，因此被广泛采用。其一安装作业简便易行，使用千斤顶动力系统，只需要在盾构基座上面焊接千斤顶，按照钢支撑中心高度来就位，其次再制作用来支撑千斤顶的托架。其二稳定性优良，使用钢支撑作为反力支撑其有很好的稳定性。其三由于千斤顶推进速度稳定，因此可一保证基座与盾构在工作时可以保持平稳。并且两台顶管千斤顶采用连通油管，由一台动力站驱动，可保持良好的同步性。

（2）使用方法，使用千斤顶动力系统，在盾构基座上面直接焊接千斤顶，采用钢支撑进行反力支撑，在进行盾构平移过程中，利用四台盾构推进千斤顶的推力作为动力，将钢支撑杆系撑在端头井洞门圈上，一般在推进时，利用焊接在盾构基座上的两台顶管千斤顶提供动力，利用车站底板上的预埋件制作钢支撑反力后靠。

（二）卷扬机牵引法

（1）方法优势，卷扬机牵引法，在实际使用中存在下面几个问题，由于在盾构基座上固定卷扬机，盾构两鼻尖与其处于同一竖直面上，牵引用的钢丝绳一端绕经滑轮组后固定在基座或盾构机本体上，另外一端固定在卷扬机的卷轴上。在对两台卷扬机同时进行牵引盾构的工作时，而两台卷扬机的牵引速度肯定会存在相对的偏差，很难控制它的同步协调性，这样很容易导致基座与盾构发生偏转，或者盾构的单边受力及位移过大。这时，若不及时处理，在相关滑轮组与卷扬机等配件在安装方面会存在很大难度，并且极易产生盾构基座上的滚轮出轨与使钢丝绳受到损坏等事故。

（2）使用方法，盾构平移的动力源应使用一定额定功率的卷扬机，把卷扬机固定在可移动的盾构基座上，再在车站底板的预埋件上进行定滑轮的安装，拉动盾构平移，根据滑轮组来产生相应的牵引力，在盾构机本体上与经滑轮组或者卷扬机的卷轴上固定上牵引所用的钢丝绳，通常为了使牵引力满足需求，双圆盾构都是使用两台卷扬机。

二、地铁盾机构施工技术

2.1加泥及加泡沫系统

在施工过程中，盾构切削的部分砂土和黏质黄土混合在土仓中被搅拌，可能会在刀盘上造成“糊刀“或“泥饼”等情况，因此，有必要在盾构机施工时采用加泥或泡沫系统。对于不同地质条件，这种系统通过添加塑流化的改性材料，进而起到改善盾构机密封舱内切削土体的塑流性的作用。这种方法能有效地平衡开挖面水与土的压力，使盾构机向外顺利排土，有效拓宽了盾构对不同地层的适应能力。

2.2曲线施工

由于城市交通网的规划状况以及城市地铁的使用状况，地铁隧道必然存在曲线部分。另外，地铁隧道在设计或实际施工时，难免会遇到或避开原有的构筑物，从而不得不改变地铁线形，由此也会出现曲线。这就为盾构施工提出了新的要求。因些，盾构机所装备的功能，应当满足曲线推进的要求。在實际施工过程中，为减少曲线施工对土层的干扰，一般情况下，通常在曲线段在盾机上采用楔形管片施工。笔者认为除了采用楔形管片施工外，还可以考虑采用油压分区控制，实现千斤顶可自由编组；或采用仿形刀装置、铰接机构等功能综合解决盾构机曲线施工时遇到的困难。

2.3减少盾构机推进阻力

根据不同地质条件以及标准惯入锤击数值的大小，刀盘盘圈外径、切削刀最大切削轨迹外径及盾构机外径这三个外径的尺寸之间存在细微的差别，倘若处理方式不合理，会增大推进阻力，给盾构机整机推进性带来较大程度的影响。因此，在设计主切削刀最大切削轨迹外径时，应当使它略大于盾构机外径；应选择合适的刀具切削深度，合理设置刀盘盘圈刀具。这样既减少盾构机刀盘盘圈和盾构机外周的磨擦阻力，减少了推进阻力、切削噪声和切削时产生的振动，又不会过多的影响盾构机控制土体沉降的能力和整体掘进效果。

2.4盾构机机体接收

施工过程中，为避免发生地下水沿开挖间隙涌入作业井内。当坍塌土体清理工作结束后，盾构机应该立即加快推进速度；刀盘通过防水帘幕后，应当立即拉紧水帘幕压板上的钢丝绳，使防水帘幕压在盾构机前盾的盾体外；随后，保持盾构机匀速缓慢地前进，当同步注浆结束浆液凝固，封水管片安装完成之后，盾构机应当按照正常挖掘速度前进；盾体全部出洞门后，盾构机接收成功。

2.1加泥及加泡沫系统

在施工过程中，盾构切削的部分砂土和黏质黄土混合在土仓中被搅拌，可能会在刀盘上造成“糊刀“或“泥饼”等情况，因此，有必要在盾构机施工时采用加泥或泡沫系统。对于不同地质条件，这种系统通过添加塑流化的改性材料，进而起到改善盾构机密封舱内切削土体的塑流性的作用。这种方法能有效地平衡开挖面水与土的压力，使盾构机向外顺利排土，有效拓宽了盾构对不同地层的适应能力。

三、盾构机过站施工方法

3.1盾构机破洞前的掘进

为了使盾构机以良好的姿态准确出洞，盾构机在破洞前约30m开始就必须谨慎控制掘进参数并加强对隧道测量监测。其目的主要是凋整盾构机的姿态，使盾构机能够顺利从预埋的洞门环中破洞而出。一般情况下，破洞前盾构机允许偏差为±10mm，仰角允许偏差范围2m/m，而且要避免出现俯角姿态。此外，从破洞前30m开始就要尽量减小对土体的扰动，使破洞时不会造成大面积土体塌方。

3.2洞门凿除

洞门应该在盾构机到达之前预先凿除，但要严格控制凿除维护结构后洞门掌子面的露空时间，一般情况下露空时间应≤48h，否则容易造成掌子面坍塌。凿除洞门时应由上至下凿除，可保留最后一层钢筋网，待盾构机破洞时刀盘渐进刮磨钢筋网，然后停机割断钢筋，这样可以有效防止土体塌方。

3.3始发架定位

依据隧道高程和始发架结构尺寸，计算始发架的安装高程。测量地面及洞门的标高，对比判断需要凿低地面还是垫高始发架。

3.4盾体上始发架

将盾体推上始发架时需特别留意以下几个关键工艺：（1）盾构机破洞前直先在洞门底部铺垫上碎石以防盾体离开洞门时发生头部下沉；（2）将刀盘转到合适位置，防止边刮刀碰撞始发架；（3）与始发架接触的前体耐磨层需用薄钢板衬垫，以减少摩擦力并避免磨伤始发架。

3.5盾体横向平移

用钢丝绳将盾体与过站拖车捆绑牢固，在过站拖车的一侧安装两个液压千斤顶，然后横向推移始发架，使始发架连同盾体达到平移的工艺要求。盾体横向平移需注意两个关键点：1）两个千斤顶的推进速度必须一致：2）始发架承受千斤顶推力的部位需加焊筋板补强。

3.6盾体纵向平移

平移到位后，拆开右边两台千斤顶，安装在始发架后部，在始发架底部放置好钢板或者滚轮，用千斤顶推动始发架前移。盾体纵向平移之前必须做好两项准备工作：1）用钢板加工4件活动底板，铺放在始发架前。2）在前体、中体焊临时牛腿，用于将盾体顶升。

3.7盾体再平移及定位

考虑盾构机将直接在始发架上安装负环管片进行二次始发，铺的钢板将无法拉出。平移时地面将铺方钢而不铺设钢板，当前推要斜向推进，使刀盘对中洞门，以减少平移量。推进到位后，用两千斤顶将盾体单边顶起，取出底板，同时单边放入方钢密排于始发架底部。两侧各放约2O条2m长的方钢，摆放时方钢全部向盾体平移方向偏，以使盾体平移时不致脱离方钢。放好千斤顶于中后部，水平将盾体移正。最后进行测量定位后固定。

四、结束语

综上所述，目前，地铁成了人们出行使用最多的交通工具，许多城市对于地铁的建设也更是加大了力度，虽然地铁有着许多方面的优势，但由于各地区的地质情况和环境情况的不同，其所遇到的困难也不同，例如，地铁在投入使用以后，轨道和车辆系统的振动时所发出的噪音会让邻近的居民产生心理、生理的不舒服。并且在对地铁进行施工时极易使地表产生沉降的现象，这种沉降会导致邻近公用设施与建筑发生扭曲、倾斜等的现象，并且大的地表沉降还会致使房屋倒塌，最后产生巨大的影响。需要对地铁线路经过的地方把邻近建筑物进行加固处理，对原来的地下设施改道，例如地下电缆线路、给排水管道等都要进行重新整修。所以，地铁在运营与施工中产生的不利因素越来越明显，相关的专家学者应对此高度重视。

参考文献：

[1]路美丽.盾构先行条件下拓展地铁车站的方案研究及风险分析[D].北京交通大学，2008.

[2]白云，戴志仁，吴惠明.地铁盾构机过站方法适应性分析[J].地下空间与工程学报，2010，01：144-150.

[3]馬书红.盾构机的地铁过站施工技术[J].山西建筑，2009