地铁盾构隧道设计探讨

郑海

摘要：伴随着经济总量提升，人民对活动空间需求量不断增大，修建地铁已成为缓解人口数量增长造成的交通压力的有效对策之一。利用盾构法修建地铁隧道具有高效、高自动化、高质量的优点，基于此，盾构法隧道施工将成为修建地铁工程的首选方法。文章首先对地铁盾构隧道施工的原理进行阐述，然后提出施工过程中的重点质量控制环节，并对其提出了相应的处理措施，希望为地铁盾构隧道施工提供参考价值。

关键词：盾构隧道施工；地铁；设计；质量控制

随着社会经济的发展、人们生活结构与水平的改变与提升，修建地铁已成为解决交通压力、提高交通效率、保障人们生活质量的有效措施之一。盾构法是一种安全快捷的修建隧道方法，也是修建地铁隧道的主要工程环节。此外，盾构法施工还是高自动化、高安全性能、低劳动强度的现代机械化施工作业方式。

一、地铁盾构隧道施工的原理阐述

地铁盾构法施工是一种历史久远的隧道施工方法。盾构法进行地铁隧道施工主要是利用有特定形状的钢制构件性能来维持土体稳定、保护作业人员安全施工，如图1所示，与此同时，按照设计的隧道轴线通过挖掘土体向前掘进。

地铁盾构隧道施工由安装和拆卸、地层开挖和推进、衬砌支护拼装以及防水五道工序组成。具体步骤：首先利用地下连续墙修建地铁车站，然后通过车站两端竖井将盾构组件吊入站内进行安装，接着从车站一端竖井的洞门处开始挖掘土体，并按照着既定的设计路线掘进到达下一车站的端口处。此外，为了确保开挖坑道（采煤、采矿或隧道工程中）不断向前推进的工作面维持稳固，防止该面出现土地塌方，通常采用盾构机进行隧道土地开挖工序，并安装盾构反力架等设备，使盾构架构成一个稳定的外部支撑环境。与此同时，在进行地层开挖工作以及衬砌装配等工序时，借助千斤顶的自身推力来克服盾构架在掘进过程中的土层阻力，以此保持盾构架的前进速度。采用盾构进行开挖隧道主要具有挖掘速度快、工程干扰因素小、信息化程度高、以及施工作业相对安全等优点。

二、地铁盾构隧道施工的质量控制要素

地铁盾构隧道施工质量控制是为了保障施3-T程质量水平的一种监控活动。地铁要求的使用寿命很长，是关系国计民生政府重点工程，是城市交通建设的门面之一。因此，必须严格把控质量标准，在参建过程中要有“精品意识”，盾构结构隧道施工的质量控制主要分三个方面的严格把控。首先，管片生产。管片生产的精度要求高，对混凝土抗压程度和抗渗程度要求也很高，盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，它的质量直接关系到隧道整体的质量与安全；其次，盾构结构掘进与管片拼装。控制好盾构掘进与管片拼装的质量是保障整个地铁隧道工程能够有效率前进以及整体质量的重要防线，其质量的好坏与盾构机姿态、管片选型、拼装工人自身的素质水平有很大关系；最后，防水工程。因此，做好地铁防水工程的质量控制，就是给地铁的生命安全提供保障。

三、地铁盾构隧道施工设计

（一）盾构机选型

盾构隧道施工作业是否可以顺利进行，很大程度上决定于盾构机选型是否合理。对于地铁所处地区为中、粗砂与砾砂层，地下水位埋深较大，基本可以达到7m左右，最终确定选择应用土压平衡盾构。另外，下穿河流段时水头比较高，含水层厚度大，为保证施工效率和质量，确定选择应用泥水加压平衡盾构机施工。

（二）管片结构设计

在对管片结构进行设计时，需要遵循一定原则，即要求结构安全等级为一级，按照7度设计结构抗震，人防则按照6级设计。另外，基于工程施工环境，确定隧道防水等级为二级。以及迎土面侧裂缝宽度应控制在0.2mm以内，结构内侧裂缝则应控制在0.3mm以内。地表沉降量一般可控制在30mm以内，隆起量控制在10mm左右。为保证施工作业顺利进行，要求管片衬砌结构直径变形为隧道外径1‰以内。应用盾构法进行地铁隧道施工，一般可分为单层和双层两种形式，其中单层衬砌施3-3-艺简单，施工周期较短且成本小，可保证在规定时间内完成所有施工作业，且衬砌圆环变形、管片接缝张开亮以及混凝土裂缝防水性等均不会受到影响，可控制在设计标准内，减少质量隐患的存在。

（三）衬砌结构设计

1.计算模型

在对衬砌结构进行设计时，选择应用“荷载一结构”模型，即地层除了会对衬砌结构产生主动荷载以外，还会对其产生被动弹性动力，通过弹性地基梁理论课确定弹性抗力，并通过受压弹簧来模拟结构与地层间相互作用力。另外，对管片接缝位置刚度远小于正常断面刚度的特点进行分析，需要对管片刚度进行折减计算，同时还要兼顾错缝拼装对内里带来的影响，计算时需要向结果内引入弯矩增大率对内力进行修正。

2.荷载计算

隧道结构所承受的主要荷载为地层压力，包括竖向压力和水平压力两种。在进行浅埋处理时，可按照全土柱重量来对计算竖向压力；深埋处理時，则应按照泰沙基公式计算竖向压力。另外，基于结构受力特点，确定受力时墙体位移与地层间相互作用，根据静止土压力、主动土压力以及被动土压力进行计算得到结果。

（四）工程防水设计

在对管片防水设计时，可以利用高精度、高强度的C50防水混凝土对管片自身进行处理，且结合抗渗标号来确定埋深参数。另外，还需要对衬砌进行外注浆防水处理，通过同步注浆与二次注浆对空隙进行填充。

四、结束语

盾构隧道施工方法已经被广泛的应用到我国各大城市的地铁隧道施工中，盾构技术在国外和国内长期应用中已经逐渐积累了大量的经验，但是想要充分发挥出施工技术优势，还需要基于盾构施工技术特点，做好施工过程设计，提高施工综合质量。还需要从大量的技术资料和经验中总结出详尽的技术标准，争取使其施工技术可以量产化，为更多的城市地铁工程设计提供技术保障。

参考文献：

[1]袁伟，张慧.地铁盾构侧穿建筑物变形分析[J].天津建设科技，2017，27（01）：60-63.

[2]高文华，李晓冬，程康，李硕.沈阳地铁盾构隧道下穿桥梁影响因素及施工方法[J].城市住宅，2017，24（02）：97—100.