盾构法输水隧洞设计与施工要点分析

2019-02-17刘德辉

四川水泥 2019年6期

刘德辉

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳 421001）

0 引言

上世纪90年代始，我国建筑领域对盾构法的研究逐渐增多，盾构法呈现出蓬勃发展之势。目前，盾构法已经成为了我国输水隧洞设计与施工的主要方法，在城市输水工程中得到广泛应用，比如说在南水北调项目建设期间就应用了盾构法。研究盾构法输水隧洞设计及施工在隧道工程项目日益增多的今天意义非凡。

1 基于盾构法输水隧洞设计分析

1.1 隧洞断面与形状设计

现阶段，我国隧洞断面的常见形状有圆形、半圆形、矩形等。其中圆形的隧洞断面应用盾构法施工相对容易，施工效果极为显著，且圆形也较为常见，新时期，我国大陆相继建成多个断面为圆形的隧洞，具有一定经验。就输水隧洞断面为圆形的进行探究更具指导意义。一般而言，可作如下设计，顺着地铁直径线衬砌管片外径挖掘一定距离，具体参照施工要求规定距离。需要注意的是在设计过程中做好控制工作，保证衬砌结构稳定牢固，充分发挥衬砌结构、围岩的承载力，以提高对水压的承受能力。在设计过程中，要求衬砌结构均匀，长期处于相对稳定状态，以保证该结构的稳固程度。在应用盾构法时一般会用到盾构设备，市场该设备为非定型产品。因此，在设计时应结合输水隧洞施工条件明确尺寸、供水量、直径大小等。另外，设计期间应当结合相关文件标准，为后期的维护、整改、调节留出弹性空间。

1.2 隧洞平面线形的设计

应当坚持经济性、高效性、安全性原则展开隧洞平面线形设计工作。若施工现场条件复杂，为了提高施工可操作性，可以将其设计为直线或者大曲率半径曲线。若隧洞位于城市内部，鉴于道路交通、城市建筑物等的影响，在设计直线或者大曲率半径曲线的基础上还可以引入小曲率半径曲线[1]。同时结合施工条件合理设计转弯处。需要注意的是推进反力容易引发管片变形、位移等问题，对此应当设计相应的管控措施，例如，加强注浆、施工监测等。

1.3 隧洞覆土深度的设计

设计覆土深度需要综合考量施工效率、质量、管理、维护等影响因素，一般而言，覆土不宜设计得过深。结合应用盾构法技术需求会发现设计过深容易引起沉陷、冒顶等事故。设计输水隧洞覆土深度需要考量断面尺寸形状、地表建筑物、地质条件、地下构筑物等布局状态继而进行合理设计。若隧洞施工条件良好，便于控制沉降可以适当缩减覆土深度。若地表建筑物、地下构筑物相对复杂则为了施工安全考虑，可以将覆土深度设计为1D左右。同时，为了防止在施工期间出现安全事故，可以设计相应的加固措施，有效控制沉降。

1.4 隧洞纵坡纵断的设计

输水隧洞纵断设计期间应当考量坡度因素，必须保证坡度能够达到施工标。目前，在施工方面对输水隧洞的纵向转弯与纵坡无严格要求，在设计时结合盾构法应用要求与施工实际情况进行合理控制即可。若隧洞水流情况为重力流输水，则所设计的纵断应当能够满足各个部位均处于有压流的条件下进行，同时满足应用盾构法边坡的竖曲线连接需求。另外，在纵断设计方面还需要考虑排水设计，采取相应的措施提高排水效率，在部分区域可以增设安防措施。

2 基于盾构法输水隧洞施工要点分析

2.1 盾构区间划分

在相同盾构输水隧洞内需要做好盾构区间长度以及盾构井数目管理工作。一般而言，缩短区间长度则应当增加盾构井，但增加盾构井代表着施工成本提高、工期延长。因此，从经济与效率的角度考量，所划分的区间不应当过短，应当在能够保证质量的同时适当延长区间，提高施工效率，降低工程造价[2]。但也并非区间越长越好，过长的区间亦会增加工程量，若管理检修不足就有可能引发运行问题，延长工期，且难以保证施工质量。另外，长盾构区间也会导致材料、运输等成本增加，这些同样会影响施工进度。鉴于此，在进行盾构区间划分时应当综合考虑下述因素，第一，经济性，过长的区间会减少盾构井成本、盾构机组装、调试等成本，但运输距离延长，不确定因素增加，施工期间应当针对各项影响经济的因素进行综合计算，拟定最佳区间。第二，效率性，在划分时应当参照施工工期，要使其与工期相符，避免延误工期。一般而言应用盾构法施工包括施工准备、设备组装、盾构井施工等流程，应当结合施工各个流程及其影响因素明确区间长度。第三，施工条件，包括地面建筑、地下管线、构筑物等，根据这些条件科学选定盾构井施工位置，提高施工效率。

2.2 衬砌工作面布置

输水隧洞需要负载一定的内水压力，不仅包括管片衬砌，还包括现浇钢筋砼二次衬砌所产生的内压。鉴于经济性考量，一般情况下，盾构区间的长度要大于地铁区间，仅凭借盾构井施工，工期较长，不利于高效完工。因此，应当适当布置衬砌工作面，例如，盾构井之间相距2.1千米，衬砌施工最长可达1.05千米，依据月进尺75米进行计算，仅衬砌施工时间就需要14个月。从盾构机检修、砼运输难度、工期等各个角度看均欠缺合理性。因此，有必要在区间中添置竖井工作面。遵循设计标准输水隧洞内包含永久阀井。在布置竖井时应当尽量与永久阀井联合布置，以有效控制成本。

2.3 施工作业控制

基于盾构机进出作业。该环节引发任何问题都容易给整个输水隧道工程带来致命损害。因此务必做好该环节操作控制工作，在进洞前科学、合理规划施工作业线路，避免出现轴线偏离等问题。同时结合考量施工线路附近环境，提前采取防范措施并制定处理方案，控制好重难点施工环节，进行安全防护，避免出现安全事故。另外，还应当保障进出洞条件适宜。

基于盾构机挖掘前进作业。在挖据期间应尽可能避免挖掘期间破坏附近土体，继而保障挖掘面规范、稳定，同时注意保障施工人员安全。施工人员必须重视盾构机前进过程中的施工，必须严格按照相关规定进行施工，可以采取轴线、盾构轴线偏差设计的方法进行。需要注意的是，盾构机前进与管片组装之间存在较为密切的联系，因此应当注意把控注浆方式与注浆量。

基于盾构穿越粉砂层作业。应用盾构法施工容易受到施工地质条件的影响，特别是粉砂层会提升施工作业的难度，只有按照科学、规范的流程进行施工才可能实现顺利挖掘前进。于粉砂层土体而言，其中土体液化、出土口喷砂对于应用盾构法影响最大，应当保障土体流通性，可以适当用泥沙施压土舱，即是说将泥沙注入土舱内，以保障施工正常进行。