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摘要：盾构法是一种先进的现代隧道施工技术，它基于暗挖施工应用并引进全机械化模式，依赖盾构机械在地中推进，盾构外壳、管片对围岩提供支撑作用、避免坍塌，同时前方利用切削装置不断开掘，出土机械向洞外输送废弃物，整体上是一种机械系统化施工方法。考虑到盾构法应用中的疏干和地层稳定需求，“气压法”的引入至关重要，本文中结合实例探讨气压法在小直径盾构隧道施工中的应用。
关键词：气压法；小直径盾构隧道；气压法施工
1、案例介绍
某国内电力工程过海电缆隧道的施工项目，隧道长度2000米、内径3.0米、外径3.5米、环宽1.1m，其规格是目前国内“较小范畴”的盾构法隧道。同时，隧道衬砌是钢筋混凝土管片结构，采取通风拼装工艺，平面图观察隧道呈现直线形态，进洞中心标高为-22.0米，出洞中心标高为-26.5米，纵坡幅度+8‰，属于典型的“小直径盾构”特征。
该项目工程位于汕头港区附近，结合工程初期对现场地质的勘察，全长2000m的隧道基本都处于淤泥土质当中，施工前选定Φ3.54m网格式水力机械盾构机，而随着施工推进，在100环之前地质环境发生了明显变化，地层中开始涌现含量不均的砂砾，这导致网格式水力机械盾构机施工效率、质量大打折扣，进一步勘察发现，在淤泥土质中出现了砂夹层，大范围内砂粒含量从10%-30%不等，局部地区为30%-50%，且中粗砂占主要部分（50%-60%）。
盾构推进达到120环以上，前方地质中涌现出资料中不包含的花岗岩、大型贝壳等，一些块石的尺寸已经超过了网格式水力机械盾构机液压门大小，排除过程十分缓慢，对盾构机的推进稳定性、安全性也产生了影响。盾构推进140环左右，岩层障碍物进一步增加，推进阻力增大，执行方案必须进行修改。
综合分析，该项目工程主要面临的新增岩层阻力及强透水层问题，由于特殊的地理环境，导致地下水层的水压过高，如果继续采取常规盾构推进施工，极容易引发土地喷涌，届时无法清理障碍物，而采取边清理边推进的方式无疑会增加风险，基于此决定采用气压法施工，其优势在于：（1）气压法可以有效平衡正面承受的水土压力，同时气压环境下产生的应力效应，有助于清理盾构推进中的障碍物清理。（2）气压法可以满足平衡水压力的需求，规避或降低发生沙土喷涌的机率，提高盾构推进效率和质量。（3）气压法实施环境下，可选择合理方位实现人工冲砂，减小盾构推进阻力，稳定盾构施工状态，精确控制隧道轴线。
2、气压法在小直径盾构隧道施工中的应用策略
2.1 应用准备工作
第一，在地面建立空气压缩机房，现场配备3台ZA3ME型20m3空压机和1台P600SCU型17m3空压机，使用时可视实际情况选择空压机开启台数，以保证压力稳定，使工作面能连续安全地工作。
第二，空压机房内配有后冷却器、油水分离器、储气罐等设备，以保证在施工时可供给足够的新鲜压缩空气。
第三，机房四周搭设临时的围护结构，用以遮阳、挡雨、消除部分噪音，机房周围配备足够的消防器材。供气总管采用DN150管路，人行闸、材料仓和工作面分别由独立气管供气和独立放气管。随着工作面向前延伸，隧道内始终有1路DN100管路同步延伸，用于向盾构工作面送风，以保证工作面空气的新鲜。
2.2 应用具体方法
第一，盾构实际推进阶段，即气压辅助推进工艺的气压设定值一般维持在0.16MPa。
第二，先将原始气压设定在0.15MPa，气压作业人员进入工作面，然后逐步开启盾构切口环的液压闸门。发现闸门正面有渗漏，无法进行清障，于是进一步加压，以0.02MPa的幅度递增。每次加压完毕后再次开启闸门，观察正面土体是否稳定，最终确定清除障碍物阶段的最佳气压设定值为0.24MPa（有时由于水位变化、覆土厚度变化等因素，设定值会上下略做调整）。该气压值略高于水压力。
第三，气压清除障碍物阶段和辅助盾构推进阶段的气压设定值相差甚大。一方面，清除障碍物时，盾构机处于静止状态，而工作面又比较狭小，清除障碍物后土体还必须保持稳定，即工作面不能发生渗漏。因此，气压设定值应不低于地下水压力。施工证明，砂层失水后，土体可以达到一种稳定的状态；另一方面，在气压辅助盾构推进时，需通过对前方的土体进行冲刷，以减少盾构正面的阻力。此时不需要土体完全直立，以盾构推进时土体能通过闸门缓慢涌入土仓为佳，故而气压设定值可相对较低。若气压设定过高，容易造成土体失水后过硬，使盾构难以推进，影响施工进度。
2.3 施工安全维护
第一，人行闸照明采用的是安全性能较高的防爆灯；隧道内除常规的照明外，每隔一定距離还设置了应急灯，以便隧道内突然断电时，可组织施工人员从容、有序地撤离隧道。
第二，隧道内与外界联系主要通过普通电话，而在人行闸内、材料仓、空压机房和闸门操作室等重要位置，加装了对讲电话及报警器。闸门操作室、人行闸、材料仓各设置1个加减压信号箱，为加减压提供直接的声光信号。工作井及地面上另外配备对讲机。
第三，障碍物清除阶段，为了加强盾构机下部障碍物清除时对上部土体的支护，保证施工人员的安全，结合液压闸门的宽度，特别设计了一种帽檐钢板（如图）。将帽檐钢板按板1、板2、板3的顺序，依次由盾构液压闸门1和2中顶入土体，顶入深度为1.5m，依次开启闸门3、闸门4，进行盾构中下部障碍物的清除。此时，帽檐钢板可以有效提供对上部土体的支护。
第四，为应对极端的突发情况，施工现场采用自动切换的双电源供电。
3、结束语
综上所述，结合案例的气压法在小直径盾构隧道施工中的应用具有较大优势，规避了网格式水力机械盾构机在非单一淤泥土质中的缺陷，例如在大面积底下砂层施工中，其推进、清理、轴线控制等都存在很多问题，花岗岩及大型贝壳的出现进一步提升了施工难度。引入气压法施工，无论从辅助促进角度还是风险规避角度，都取得很好的效果，值得进一步研究和推广。
参考文献：
[1]竺维彬，钟长平，黄威然，贺婷，张部令，祝思然. 盾构掘进辅助气压平衡的关键技术研究[J]. 现代隧道技术，2017，54（01）：1-8.
[2]张治国，白乔木，赵其华，王卫东. 考虑气压效应的浅埋隧道开挖影响解析解答[J/OL]. 岩石力学与工程学报，2017，36（03）：650-664.
关键词：气压法；小直径盾构隧道；气压法施工
1、案例介绍
某国内电力工程过海电缆隧道的施工项目，隧道长度2000米、内径3.0米、外径3.5米、环宽1.1m，其规格是目前国内“较小范畴”的盾构法隧道。同时，隧道衬砌是钢筋混凝土管片结构，采取通风拼装工艺，平面图观察隧道呈现直线形态，进洞中心标高为-22.0米，出洞中心标高为-26.5米，纵坡幅度+8‰，属于典型的“小直径盾构”特征。
该项目工程位于汕头港区附近，结合工程初期对现场地质的勘察，全长2000m的隧道基本都处于淤泥土质当中，施工前选定Φ3.54m网格式水力机械盾构机，而随着施工推进，在100环之前地质环境发生了明显变化，地层中开始涌现含量不均的砂砾，这导致网格式水力机械盾构机施工效率、质量大打折扣，进一步勘察发现，在淤泥土质中出现了砂夹层，大范围内砂粒含量从10%-30%不等，局部地区为30%-50%，且中粗砂占主要部分（50%-60%）。
盾构推进达到120环以上，前方地质中涌现出资料中不包含的花岗岩、大型贝壳等，一些块石的尺寸已经超过了网格式水力机械盾构机液压门大小，排除过程十分缓慢，对盾构机的推进稳定性、安全性也产生了影响。盾构推进140环左右，岩层障碍物进一步增加，推进阻力增大，执行方案必须进行修改。
综合分析，该项目工程主要面临的新增岩层阻力及强透水层问题，由于特殊的地理环境，导致地下水层的水压过高，如果继续采取常规盾构推进施工，极容易引发土地喷涌，届时无法清理障碍物，而采取边清理边推进的方式无疑会增加风险，基于此决定采用气压法施工，其优势在于：（1）气压法可以有效平衡正面承受的水土压力，同时气压环境下产生的应力效应，有助于清理盾构推进中的障碍物清理。（2）气压法可以满足平衡水压力的需求，规避或降低发生沙土喷涌的机率，提高盾构推进效率和质量。（3）气压法实施环境下，可选择合理方位实现人工冲砂，减小盾构推进阻力，稳定盾构施工状态，精确控制隧道轴线。
2、气压法在小直径盾构隧道施工中的应用策略
2.1 应用准备工作
第一，在地面建立空气压缩机房，现场配备3台ZA3ME型20m3空压机和1台P600SCU型17m3空压机，使用时可视实际情况选择空压机开启台数，以保证压力稳定，使工作面能连续安全地工作。
第二，空压机房内配有后冷却器、油水分离器、储气罐等设备，以保证在施工时可供给足够的新鲜压缩空气。
第三，机房四周搭设临时的围护结构，用以遮阳、挡雨、消除部分噪音，机房周围配备足够的消防器材。供气总管采用DN150管路，人行闸、材料仓和工作面分别由独立气管供气和独立放气管。随着工作面向前延伸，隧道内始终有1路DN100管路同步延伸，用于向盾构工作面送风，以保证工作面空气的新鲜。
2.2 应用具体方法
第一，盾构实际推进阶段，即气压辅助推进工艺的气压设定值一般维持在0.16MPa。
第二，先将原始气压设定在0.15MPa，气压作业人员进入工作面，然后逐步开启盾构切口环的液压闸门。发现闸门正面有渗漏，无法进行清障，于是进一步加压，以0.02MPa的幅度递增。每次加压完毕后再次开启闸门，观察正面土体是否稳定，最终确定清除障碍物阶段的最佳气压设定值为0.24MPa（有时由于水位变化、覆土厚度变化等因素，设定值会上下略做调整）。该气压值略高于水压力。
第三，气压清除障碍物阶段和辅助盾构推进阶段的气压设定值相差甚大。一方面，清除障碍物时，盾构机处于静止状态，而工作面又比较狭小，清除障碍物后土体还必须保持稳定，即工作面不能发生渗漏。因此，气压设定值应不低于地下水压力。施工证明，砂层失水后，土体可以达到一种稳定的状态；另一方面，在气压辅助盾构推进时，需通过对前方的土体进行冲刷，以减少盾构正面的阻力。此时不需要土体完全直立，以盾构推进时土体能通过闸门缓慢涌入土仓为佳，故而气压设定值可相对较低。若气压设定过高，容易造成土体失水后过硬，使盾构难以推进，影响施工进度。
2.3 施工安全维护
第一，人行闸照明采用的是安全性能较高的防爆灯；隧道内除常规的照明外，每隔一定距離还设置了应急灯，以便隧道内突然断电时，可组织施工人员从容、有序地撤离隧道。
第二，隧道内与外界联系主要通过普通电话，而在人行闸内、材料仓、空压机房和闸门操作室等重要位置，加装了对讲电话及报警器。闸门操作室、人行闸、材料仓各设置1个加减压信号箱，为加减压提供直接的声光信号。工作井及地面上另外配备对讲机。
第三，障碍物清除阶段，为了加强盾构机下部障碍物清除时对上部土体的支护，保证施工人员的安全，结合液压闸门的宽度，特别设计了一种帽檐钢板（如图）。将帽檐钢板按板1、板2、板3的顺序，依次由盾构液压闸门1和2中顶入土体，顶入深度为1.5m，依次开启闸门3、闸门4，进行盾构中下部障碍物的清除。此时，帽檐钢板可以有效提供对上部土体的支护。
第四，为应对极端的突发情况，施工现场采用自动切换的双电源供电。
3、结束语
综上所述，结合案例的气压法在小直径盾构隧道施工中的应用具有较大优势，规避了网格式水力机械盾构机在非单一淤泥土质中的缺陷，例如在大面积底下砂层施工中，其推进、清理、轴线控制等都存在很多问题，花岗岩及大型贝壳的出现进一步提升了施工难度。引入气压法施工，无论从辅助促进角度还是风险规避角度，都取得很好的效果，值得进一步研究和推广。
参考文献：
[1]竺维彬，钟长平，黄威然，贺婷，张部令，祝思然. 盾构掘进辅助气压平衡的关键技术研究[J]. 现代隧道技术，2017，54（01）：1-8.
[2]张治国，白乔木，赵其华，王卫东. 考虑气压效应的浅埋隧道开挖影响解析解答[J/OL]. 岩石力学与工程学报，2017，36（03）：650-664.