盾构施工技术及其应用的分析

盾构施工技术及其应用的分析

陈朝阳

陈朝阳

中铁四局集团第二工程有限公司江苏苏州

摘要：随着我国经济的快速发展,我国铁路工程事业得到了极大的发展。本文主要介绍盾构技术的种类及施工情况和施工特点，通过对盾构机械的有关结构和分类以及工作原理分析，研究了盾构机的相关施工技术和运用寿命进行了探讨。

关键词：盾构机；掘进机；施工技术；衬砌

在工程项目施工过程中会受许多因素的影响，其中基础地质与工程地质特点最为重要，由于其是盾构机械选型和利用盾构施工技术以及工艺的主要先决条件。在进行实践时对于地质特点的研究通常被忽略。另外，盾构施工技术和以往的地下工程项目施工技术相同，主要目的就是有效完成地下项目施工。

一、地质概况

本文主要江苏省常州市地铁1号线作为参考对象，常州市北临长江，南濒太湖，区内地表水系极为发育，为太湖上游高水网区。境内河流纵横，湖荡棋布，连江通海。盾构隧道基本位于⑤1粉土、粉砂夹粉土、⑤2粉砂层第Ⅰ1层承压水层中。

图1隧道区间地质纵剖面图

二、盾构机的种类与施工技术

（一）土压平衡式的盾构机

其和泥水加压形式的盾构机存在的差异就是没有泥浆渗入工作面，而且切削的岩土碴可以由螺旋输送设备连续取出，然后送至皮带输送设备，最后装入斗车完成运出。土压平衡式盾构机的工作面要想保持稳定，其主要由本身与堆土的压力平衡决定，因此螺旋输送设备的取土速度一定要调节合理，基本上可以和切削的速度保持一致[1]。这样，土压平衡式盾构机比较适用在地层稳定性相对较好和地下水位相对较低的区域中。

（二）混合式盾构机

在相同的隧洞中，常常因为地质情况的差异较大和地层变化的复杂，在进行施工时会遭遇很多不同问题，因此就一定要对许多类型盾构机进行相互转换，从而满足地质条件对于机械的有关要求。如果隧洞的尺寸相对较小，对于洞身而言可以不将其分为许多个管片，可以把整体管段从竖井位置顶进。当前，通常情况下3m内径之下的深埋有关输排水系统管路，全可以运用顶管机进行实施[2]。而顶管机在实质上讲是直径相对较小的盾构机，其与盾构机相同，主要利用各种各样的刀盘旋转完成开挖工作，如果挖进的长度在3-4米的时，就能够在竖井中撤出液压千斤顶，并且向竖井中设置一节管段，通过对中之后可以其中千斤顶进行持续顶进。反复操作之后，洞身就会不断延长。当前，通常一个竖井中最长的可顶管是3000米，其主要由地质条件和管壁及地层摩擦力等决定。

（三）泥水加压式盾构机

其通常针对缺少粘聚力的相关滞水砂层和软塑性及流动性等相对松软的地层，可以有效完成隧洞的挖掘[3]。当前，泥水加压式盾构机普遍运用在各式各样的软弱地层方面的施工，该盾构机的工作原理就是把依据有关要求配置出的膨润土或是粘土浆，利用泥浆泵和输浆管在盾头的上部送至开挖的工作面，而有压泥浆能够充分发挥出固壁的作用，如果地下水位相对较高要平衡水压力，从而确保开挖平面始终维持稳定。另外，刀盘从工作平面所切削下来的部分岩石碴可以和泥浆混合成为一体，然后利用盾头下部有关吸泥管输送至泥碴的分离场，通过分离过后形成的废碴要运出场地，同时分离之后的工作泥浆要重复循环应用，在某些时候要进行适宜的新工作泥浆的合理补充。

三、盾构施工的技术特点

（一）针对常州市区域的砂层施工，选取土压平衡式盾构机进行施工，施工时充分考虑地下水具备的渗透性能。对此，一定要完成土体改进，例如应用泡沫和膨润土等相关外加剂改进土体流塑性与渗透性，进而彻底改进开挖隧洞内部土体的容重，从而满足土压平衡式的盾构土体相关要求。改进的土体流塑性与渗透性。

（二）针对粉砂含水地层，位于承压水层中，运用土压平衡式的盾构机进行施工时，展现的技术特点就是怎样保持隧洞内土压与避免喷涌问题的发生。虽然土体改进是比较重要的方式之一，可是某些时候并不是十分有效。另外，刀具的磨损也比较大。在施工过程中会必然会出现许多问题。因此，在技术方面而言，针对此种地层条件，需要注意刀具的选择，施工时的土压力、盾构机推力及姿态的控制。

（三）地面沉降控制和信息化的施工管理技术

地面沉降控制通常是盾构机施工过程中必须处理的问题。因为该市的地面条件相对复杂，对于地面的沉降控制有着严格要求。对此，盾构机在进行施工时选取合理、有效的地面和地层沉降控制措施十分重要。比如同步注浆相关材料的选取，二次注浆过程中时机的选取，科学、有效开挖隧洞内土压力的选取和控制等方面，要依据地层的主要特点与地面条件确定。盾构机施工比较容易完成信息化管理，把盾构机的施工参数与地层移动的监测参数同步到管理中即可。

结束语：

综上所述，由于盾构施工技术并不完善，工程地质状况的不同，必须根据详细的地面、地层与地下水位状况选择合理盾构施工技术。同时在未来的研究中，一定要加大研究和开发力度，在运用与发展过程中要不断提高盾构施工技术。还要创建盾构施工技术信息化的同步管理系统和环境影响的预警体系。只有这样才可以有效促进盾构施工技术的发展与运用。

参考文献：

[1]王浩.敞开式全断面岩石掘进机连续掘进原理的研究《华北电力大学(北京)》2006

[2]张晓峰.基于神经网络的盾构土压平衡控制模型的研究《大连理工大学》2009

[3]陈烘陶.盾构土压平衡系统的建模与仿真研究《广东工业大学》2007