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杭州市地铁集团有限责任公司
摘要：随着城市化进程的不断加快，交通压力与日俱增，在此背景下，城市轨道迎来了良好的发展机遇。在地铁施工中，盾构法施工技术以其诸多优势获得了广泛应用，并发挥出了相当重要的作用。本文基于地铁施工中盾构法施工技术进行相关探讨，希望能够促进该项技术的不断完善，使其在地铁施工中发挥出更大的作用。
关键词：地铁施工；盾构法施工技术；应用
盾构法施工技术具有诸多优势，不仅环境影响小，而且安全快速，同时还具有适用范围广的特点，因而在我国城市地铁施工中得以广泛应用。
1.地铁施工盾构法概述
1.1盾构法工作原理
盾构法施工技术的工作原理是：借助盾构机壳体强有力的支护功能，围岩不在暴露，大幅度提高了施工的安全系数；盾构机前端有刀盘开挖系统，在盾构推进时边开挖边前进；盾构机内部有管片拼装系统，在掘进过程中完成管片拼装，隧道衬砌完成；另外，还可以通过盾构机尾部系统进行注浆施工，有效地保证了围岩稳定性。
1.2盾构法施工特点
盾构法施工技术属于一种新兴的、高效的现代施工方法，其施工特点主要表现在以下几个方面：1）对地面建筑以及周边环境影响小。施工过程中，噪声和振动及其负面影响得到了有效控制，不会妨碍地面交通[1]。2）盾构法施工技术在管片制作时就表现出了良好的精度，即采用盾构法施工能够保证隧道精度符合设计和使用要求，一般不会造成浪费。3）在盾构施工过程中，盾构机仅支持单向前进施工，不支持后退，一旦施工完成将不可逆转。所以，在施工每一环上，都应做好充分准备，规避不当操作，才能保证施工的正常开展。4）盾构机属于一种专用设备，每一条隧道有不同的地质状况，不同城市的地铁衬砌断面也不尽相同，则需要对盾构机进行必要的调整和改造，才能更好地服务于地铁建设。
2.地铁盾构法施工技术的应用
以杭州地铁1号线某区间施工为例。该盾构区间采用单圆隧道，隧道内径5.5m外径6.2m，衬砌管片环宽1.2m，厚35cm，每环6块，采用错缝拼装。左右线间距6～12m。区间盾构采用加泥式土压平衡盾构机（日本小松株式会社制造，型号为TM634PMX）掘进施工。地质状况：盾构穿越地层有⑥1淤泥质粉质粘土、⑥2淤泥质粉质粘土夹粉砂层、③5粉砂层、③6粉砂土层，含水量都在40%～60%之间，属极易发生触变、不稳定的软弱围岩。
2.1盾构始发
2.1.1始发竖井及盾构组装
为便于盾构机安装，在车站端头需设置盾构始发竖井，井宽一般超过盾构直径1.6～2.0m[2]，确定盾构井长度时应考虑两大因素，一是便于安装，二是便于始发作业，一般大于盾构壳体长度2～3m。对于始发竖井而言，其井壁通常采用钢筋砼结构，借助龙门式起重机以完成相应的起重作业，将盾构机分解件陆续搬入始发井就位、组装、调试。尤其要保证的一是反力装置的稳固性，二是盾构始发导口的密闭性。盾构机后配套设备根据站内条件一般都可全部组装完成。
2.1.2盾构始发端加固区
为保证盾构始发安全，透水性较好的软弱围岩和地下水丰富的地层，都需要在始发点前端，设置加固区。主要目的就是要防止泥、水进入还没有完全封闭能力的盾构机尾部。其作用如下：1）使开挖面具有足够的稳定性，避免土体坍塌。2）阻断透水通道，避免地下水渗入。一般采用高压旋喷和三轴搅拌设备，向土体内加入一定比例的水泥。加固区长度一般大于盾构机壳体长度3～4m，宽度为盾体机直径2倍以上。
2.1.3洞口止水
由于洞口外径大于盾构管片外径，两者之间有一个环形空隙。为避免地下水通过该空隙涌出，在盾构靠上洞门体前，须在洞门处设置一条环形橡胶止水带和一道环形钢板以实现对空隙的有效封堵。盾构机壳体进入洞体，管片拼装到洞口后，将橡胶止水带用环形钢板与预埋在洞口上的预埋件进行有效的焊接固定，从而实现洞口与管片空隙彻底密闭的目的。如有渗漏可采用注浆止水等措施进一步封堵。
2.1.4盾构始发
盾构始发与推进是依靠自身的液压推进系统进行，将推进油缸顶在反力架上（或负环管片上），启动刀盘，推进油缸便可开始挖掘推进。
2.2盾构掘进
2.2.1盾构姿态控制
盾构偏向是指，盾构机平面或高程偏离既定轴线，且大于允许范围。盾构推进的过程中，受以地质条件为代表的诸多条件的影响，盾构有可能出现偏向问题。可采用导向仪、陀螺仪或高精度经纬仪等高精度仪器以实现对盾构方向的有效监控。盾构姿态控制主要依靠推进千斤顶、配重、注浆等方式实现。
2.2.2土仓压力控制
为实现对地面沉陷以及隆起的有效控制，必须保证开挖面水土压力处于平衡状态。对于土压舱内计划土压力而言，其设定值可通过如下公式进行计算[3]：
P=P1+P2+P3+0.02MPa
式中：P1指的是孔隙水压力；P2指的是地下水位以上土层对应的侧向土压力；P3指的是地下水位以下土层对应的侧向土压力；0.02MPa为经验参数。
利用土压计对土压舱内的土压力值进行收集，并传输给计算机以实现对该值的实时监控。假若实测值、计算值有偏差时，应对出土量进行及时而有效的调整，与此同时，还需要参考地面隆陷信息、土层变化、地下水位变化等诸多信息以实现对计划土压力积极有效调整，从而避免涌砂或者坍塌的发生。假若盾构需要穿过砂质土层，为保证土压舱中的泥土能够正常流动，建议在盾构推进的过程中，注入一定的粘土或膨润土。
2.2.3出土量的控制
工作面土体被切削之后，将会经由土压舱借助螺旋出土运输器将其排出，同时部分泥土将会被截留在出土器中，保持一定压力，从而为开挖面的稳定性提供保障。对土压舱内的土压力进行监测，如果超过设计土压力，则需要加大出土量；如果小于设计土压力，则需要减少出土量，从而保障对工作面水土压力的动态平衡。
2.2.4盾构的掘进
盾构设备整个进入隧道之后，按照设计方向进行掘进，该掘进操作由盾构设备配套的计算机系统控制。盾构设备如果发生偏差，控制系统则会通过调节推进油缸以完成相应的调整，保障掘进的正常进行。与此同时，不仅要保证开挖面土压始终处于平衡状态，还应控制好刀盘转速和推进速度等，从而实现开挖工作和排土工作的有机配合。见图2-1盾构机初期掘进示意图
图2-1盾构机初期掘进示意图
盾构进入正常掘进阶段，控制好盾构掘进参数，需一段时间探索、调试、磨合。盾构前行推力、刀盘扭矩、土仓压力、推进速度、出土量、注浆量等，要达到和谐统一，掘进工作才能顺利。衡量掘进质量标准有地表沉降、轴线偏移、水平偏移、管片拼装平顺度等。不同的地质条件、不同的设备有不同的掘进参数，杭州地铁该区间的推进参数见表2-1。
杭州地铁某区间隧道盾构推进参数 表2-1
环号 开挖时间 结束时间 土仓压力（上） MPa 推力
T 扭矩
KN.M 速度
CM/min 注浆量M3 注浆压力MPa 出土量M3
137 23：05 23：53 0.23 1287 1350 2.5 0.35 4 47
138 00：46 01：35 0.23 1275 1389 2.4 0.35 4 48
139 05：00 05：49 0.23 1283 1235 2.4 0.34 4 48
140 06：37 07：25 0.23 1293 1425 2.4 0.34 4 47
141 12：26 13：15 0.23 1285 1420 2.4 0.34 4 47
142 15：26 16：21 0.23 1265 1319 2.2 0.35 4 47
2.3管片拼装
2.3.1管片拼装
管片拼装是盾构法隧道施工的重要环节。管片拼装的质量直接影响到隧道寿命及长久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重要。按设计该项目区间工程管片均采用错缝拼装方式，拼装时先拼装底部标准块，然
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摘要：随着城市化进程的不断加快，交通压力与日俱增，在此背景下，城市轨道迎来了良好的发展机遇。在地铁施工中，盾构法施工技术以其诸多优势获得了广泛应用，并发挥出了相当重要的作用。本文基于地铁施工中盾构法施工技术进行相关探讨，希望能够促进该项技术的不断完善，使其在地铁施工中发挥出更大的作用。
关键词：地铁施工；盾构法施工技术；应用
盾构法施工技术具有诸多优势，不仅环境影响小，而且安全快速，同时还具有适用范围广的特点，因而在我国城市地铁施工中得以广泛应用。
1.地铁施工盾构法概述
1.1盾构法工作原理
盾构法施工技术的工作原理是：借助盾构机壳体强有力的支护功能，围岩不在暴露，大幅度提高了施工的安全系数；盾构机前端有刀盘开挖系统，在盾构推进时边开挖边前进；盾构机内部有管片拼装系统，在掘进过程中完成管片拼装，隧道衬砌完成；另外，还可以通过盾构机尾部系统进行注浆施工，有效地保证了围岩稳定性。
1.2盾构法施工特点
盾构法施工技术属于一种新兴的、高效的现代施工方法，其施工特点主要表现在以下几个方面：1）对地面建筑以及周边环境影响小。施工过程中，噪声和振动及其负面影响得到了有效控制，不会妨碍地面交通[1]。2）盾构法施工技术在管片制作时就表现出了良好的精度，即采用盾构法施工能够保证隧道精度符合设计和使用要求，一般不会造成浪费。3）在盾构施工过程中，盾构机仅支持单向前进施工，不支持后退，一旦施工完成将不可逆转。所以，在施工每一环上，都应做好充分准备，规避不当操作，才能保证施工的正常开展。4）盾构机属于一种专用设备，每一条隧道有不同的地质状况，不同城市的地铁衬砌断面也不尽相同，则需要对盾构机进行必要的调整和改造，才能更好地服务于地铁建设。
2.地铁盾构法施工技术的应用
以杭州地铁1号线某区间施工为例。该盾构区间采用单圆隧道，隧道内径5.5m外径6.2m，衬砌管片环宽1.2m，厚35cm，每环6块，采用错缝拼装。左右线间距6～12m。区间盾构采用加泥式土压平衡盾构机（日本小松株式会社制造，型号为TM634PMX）掘进施工。地质状况：盾构穿越地层有⑥1淤泥质粉质粘土、⑥2淤泥质粉质粘土夹粉砂层、③5粉砂层、③6粉砂土层，含水量都在40%～60%之间，属极易发生触变、不稳定的软弱围岩。
2.1盾构始发
2.1.1始发竖井及盾构组装
为便于盾构机安装，在车站端头需设置盾构始发竖井，井宽一般超过盾构直径1.6～2.0m[2]，确定盾构井长度时应考虑两大因素，一是便于安装，二是便于始发作业，一般大于盾构壳体长度2～3m。对于始发竖井而言，其井壁通常采用钢筋砼结构，借助龙门式起重机以完成相应的起重作业，将盾构机分解件陆续搬入始发井就位、组装、调试。尤其要保证的一是反力装置的稳固性，二是盾构始发导口的密闭性。盾构机后配套设备根据站内条件一般都可全部组装完成。
2.1.2盾构始发端加固区
为保证盾构始发安全，透水性较好的软弱围岩和地下水丰富的地层，都需要在始发点前端，设置加固区。主要目的就是要防止泥、水进入还没有完全封闭能力的盾构机尾部。其作用如下：1）使开挖面具有足够的稳定性，避免土体坍塌。2）阻断透水通道，避免地下水渗入。一般采用高压旋喷和三轴搅拌设备，向土体内加入一定比例的水泥。加固区长度一般大于盾构机壳体长度3～4m，宽度为盾体机直径2倍以上。
2.1.3洞口止水
由于洞口外径大于盾构管片外径，两者之间有一个环形空隙。为避免地下水通过该空隙涌出，在盾构靠上洞门体前，须在洞门处设置一条环形橡胶止水带和一道环形钢板以实现对空隙的有效封堵。盾构机壳体进入洞体，管片拼装到洞口后，将橡胶止水带用环形钢板与预埋在洞口上的预埋件进行有效的焊接固定，从而实现洞口与管片空隙彻底密闭的目的。如有渗漏可采用注浆止水等措施进一步封堵。
2.1.4盾构始发
盾构始发与推进是依靠自身的液压推进系统进行，将推进油缸顶在反力架上（或负环管片上），启动刀盘，推进油缸便可开始挖掘推进。
2.2盾构掘进
2.2.1盾构姿态控制
盾构偏向是指，盾构机平面或高程偏离既定轴线，且大于允许范围。盾构推进的过程中，受以地质条件为代表的诸多条件的影响，盾构有可能出现偏向问题。可采用导向仪、陀螺仪或高精度经纬仪等高精度仪器以实现对盾构方向的有效监控。盾构姿态控制主要依靠推进千斤顶、配重、注浆等方式实现。
2.2.2土仓压力控制
为实现对地面沉陷以及隆起的有效控制，必须保证开挖面水土压力处于平衡状态。对于土压舱内计划土压力而言，其设定值可通过如下公式进行计算[3]：
P=P1+P2+P3+0.02MPa
式中：P1指的是孔隙水压力；P2指的是地下水位以上土层对应的侧向土压力；P3指的是地下水位以下土层对应的侧向土压力；0.02MPa为经验参数。
利用土压计对土压舱内的土压力值进行收集，并传输给计算机以实现对该值的实时监控。假若实测值、计算值有偏差时，应对出土量进行及时而有效的调整，与此同时，还需要参考地面隆陷信息、土层变化、地下水位变化等诸多信息以实现对计划土压力积极有效调整，从而避免涌砂或者坍塌的发生。假若盾构需要穿过砂质土层，为保证土压舱中的泥土能够正常流动，建议在盾构推进的过程中，注入一定的粘土或膨润土。
2.2.3出土量的控制
工作面土体被切削之后，将会经由土压舱借助螺旋出土运输器将其排出，同时部分泥土将会被截留在出土器中，保持一定压力，从而为开挖面的稳定性提供保障。对土压舱内的土压力进行监测，如果超过设计土压力，则需要加大出土量；如果小于设计土压力，则需要减少出土量，从而保障对工作面水土压力的动态平衡。
2.2.4盾构的掘进
盾构设备整个进入隧道之后，按照设计方向进行掘进，该掘进操作由盾构设备配套的计算机系统控制。盾构设备如果发生偏差，控制系统则会通过调节推进油缸以完成相应的调整，保障掘进的正常进行。与此同时，不仅要保证开挖面土压始终处于平衡状态，还应控制好刀盘转速和推进速度等，从而实现开挖工作和排土工作的有机配合。见图2-1盾构机初期掘进示意图
图2-1盾构机初期掘进示意图
盾构进入正常掘进阶段，控制好盾构掘进参数，需一段时间探索、调试、磨合。盾构前行推力、刀盘扭矩、土仓压力、推进速度、出土量、注浆量等，要达到和谐统一，掘进工作才能顺利。衡量掘进质量标准有地表沉降、轴线偏移、水平偏移、管片拼装平顺度等。不同的地质条件、不同的设备有不同的掘进参数，杭州地铁该区间的推进参数见表2-1。
杭州地铁某区间隧道盾构推进参数 表2-1
环号 开挖时间 结束时间 土仓压力（上） MPa 推力
T 扭矩
KN.M 速度
CM/min 注浆量M3 注浆压力MPa 出土量M3
137 23：05 23：53 0.23 1287 1350 2.5 0.35 4 47
138 00：46 01：35 0.23 1275 1389 2.4 0.35 4 48
139 05：00 05：49 0.23 1283 1235 2.4 0.34 4 48
140 06：37 07：25 0.23 1293 1425 2.4 0.34 4 47
141 12：26 13：15 0.23 1285 1420 2.4 0.34 4 47
142 15：26 16：21 0.23 1265 1319 2.2 0.35 4 47
2.3管片拼装
2.3.1管片拼装
管片拼装是盾构法隧道施工的重要环节。管片拼装的质量直接影响到隧道寿命及长久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重要。按设计该项目区间工程管片均采用错缝拼装方式，拼装时先拼装底部标准块，然
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