王方剑
（中交一公局集团有限公司，广东深圳518000）
摘要：地铁作为城市交通的动脉，其扩展对于缓解交通拥堵和提高城市功能有着至关重要的作用。随着城市化进程加快，对地下空间的利用日益增多，地铁隧道建设逐渐成为常态。盾构技术因其在艰难地质条件下保持施工安全性和效率性而被广泛采用。然而，盾构施工的技术研究和实践应用是确保工程品质和施工安全的关键，因为它不仅关联工程进度，还涉及对城市基础设施的保护。地下工程条件的多样性和不确定性使得盾构施工充满挑战。因此，深化对盾构施工关键技术的探讨，并将之应用于实际项目，对于提升施工过程的可靠性、降低对环境的负面影响具有十分重要的意义。
城市化的快速发展使得交通拥堵问题也日益严重。地铁成为关键的解决方案，提供了高容量和效能的交通服务。然而，在开展地铁隧道工程时，施工团队常遭遇地质复杂性、安全隐患以及施工效能不足等多重难题，这些难题直接影响到工程的品质及进程。因此，本研究深入探讨了盾构法在建设地铁隧道中必须面对的技术核心问题，着重于提升建设品质与工作效率。通过数值模拟研究，本文分析了盾构施工的各项参数如何影响工程质量与施工速度，提供了理论分析与实际操作的指导，为我国城市地铁隧道建设的技术进步和工程实践提供了宝贵的理论基础和指导策略。
一、地铁盾构法施工技术控制要点分析
（一）管片安装
管片安装对地铁隧道结构和安全至关重要。制作时要严格遵守设计规范确保尺寸与品质，减少安装偏差。安装前要进行管片的检查与适当存储，并小心运输。施工使用专门吊装设备以维持稳定，防止损伤。过程中细心调整管片确保正确安放，遵循特定顺序以确保接缝的平整和紧密。接缝处使用密封材料预防渗水。同时监控姿态调整和注浆，利用全站仪等工具进行定位。完成后立即检查，必要时调整，保障安装精度和施工品质，为隧道稳定性提供基础[1]。
（二）隧道盾构始发
隧道盾构始发前，要在地铁车站端头井洞门周边范围内进行地层加固，为洞门凿除和密封做准备。地层的加固是为保证洞门破除后保证土体的强度和稳定性，盾构始发掘进前不能坍塌，地质条件差的地方，还会采用冷冻土体、改良土质使其具有稳定性质，还会采取钢套筒填料始发，确保隧道洞内外的土体内的水土压的平衡，有效地降低了洞门在始发阶段的土体坍塌和漏水的风险。后续反力架安装、盾构机组装、导航系统安装，盾构机进行一系列的调配调试，各项参数达到标准后，先进行试推进，掘进过程中根据实际情况，改进掘进参数。
（三）盾构机的推进
盾构机推进是地铁隧道施工的关键步骤，直接关联工程质量及进度。从地质勘探开始，确保选择适配的盾构机型和刀具，导向的准确性及液压系统的稳定性是推进中必须精密控制的因素。导向系统配合实时监控，确保轨迹和姿态校正。推进力的均匀分配防止结构损伤，速度要因地制宜，确保安全高效。同步注浆和土石清运是必不可少的步骤，以避免地面沉降和设备损害。最后，持续的设备维护是防止故障的重要措施。通过这些控制措施，能够应对地下工程的挑战，保障工程的顺利完成。
（四）壁后注浆
壁后注浆在地铁盾构建设中扮演关键角色，它的主要目的是保证隧道的密封性和稳固性，杜绝地面沉降风险。随着盾构机前行，必然产生管片与土壁间的空隙，此时需及时采取注浆措施。注浆策略应基于土壤特性、隧道尺寸及施工速度等多方面考量。选用的注浆材料，如水泥或特种化学浆料，需依据土壤类型和固化周期来确定。注浆过程要利用高度精确的监控系统，细致监督压力与流量，确保浆液顺利填补空隙，同时防止过高压力导致的负面影响。浆液的散布与固化过程也需实时追踪，以确保最终形成坚实支撑。有效的壁后注浆措施对于维护盾构隧道施工品质至关重要，它能显著降低对环境的影响并延长隧道的使用年限。因而，在盾构施工中，对注浆流程的精确把控和品质监督是确保施工安全和提高工效的重要环节[2]。
（五）盾构接收阶段
在地铁盾构工程施工中，接收盾构机是一项关键步骤，它直接关联到工程质量和后续的安全运营。首先，施工团队需确保盾构机顺利抵达特定的接收井或目标位置，并确保盾构机与隧道的精确衔接。这需要对盾构机行进速度和方向进行细致的控制，防止过快移动或偏离轨道引发的损害。对盾构机的全方位检测和保养是不可或缺的一环，确保其各项功能在接收期间正常运作。尤其是切削部分，在接近接收井时必须保持精确的切削能力，以免损坏接收井周边构造。同时，重点检查盾构机的密封性能，防止渗水造成的安全隐患。盾构机临近接收井时，周边地质条件可能会发生变化，这可能会影响盾构机的正常作业以及隧道结构的安全，因此，持续的地质监控和及时的风险评估非常关键，确保能够在地质情况发生变化时迅速做出反应。
二、重难点位置施工措施
（一）穿越既有建筑物安全措施控制要点
在城市地铁盾构施工穿越现有建筑物时，实施严格的安全控制措施至关重要。这些控制措施包括彻底的地质和建筑物状况调查，这有助于确定潜在的危险，并策划避免这些风险的对策。对隧道路径进行仔细规划以避免不必要的压力和变形对建筑物带来的影响至关重要。精确控制盾构机的运行参数，如土压力、注浆量和压力，能够最小化对周围结构的干扰。进一步，持续监测建筑物的响应，通过位移和倾斜监测，确保在任何潜在问题成为风险之前能够被识别并加以应对。当监测到超过预定阈值的数据时，应迅速采取补救措施，包括但不限于施工调整、地面加固或结构加固。确保施工团队由经验丰富的专业人员组成，他们能够对施工过程中的变化作出快速而有效的响应。维持与邻近建筑物所有者和占用者的透明沟通，以使他们了解施工情况，并在必要时采取适当的安全措施。这样的综合安全策略将保障施工的安全性和周围环境的稳定性，从而确保地铁隧道盾构穿越现有建筑物时的风险降至最低[3]。
（二）侧穿铁路安全措施控制要点
在城市地铁盾构工程中，侧穿现有铁路时，安全性的确保是一项极具挑战性的任务。这要求深入分析地质条件及铁路基础结构的稳定性。针对铁路底下的土质、地下水情况以及潜在的地质风险，详细勘查是不可忽视的步骤。此外，铁路的承载能力、对振动的敏感程度也需评估，以避免施工对其产生不利影响。施工计划的制定需兼顾铁路正常运营的安全，利用高精度控制技术来保持盾构机土压的平衡，同时，注浆工艺需要精确控制，既保障隧道稳定也防止对铁路基础设施产生负面影响。实施全方位的实时监测系统，对关键参数如地面变形、轨道位移、振动幅度进行持续追踪，确保能及时发现问题并采取措施。对此，须建立高效的信息回传和分析机制，强化预警和应急响应能力。加强与铁路管理方面的沟通合作，保证施工计划与列车运行的有效配合，避免互相干扰。同时，制定周密的应急预案，确保在紧急状况下能快速应对和处理。在接近和穿越铁路时，盾构施工应降低推进速度，严格控制操作，确保施工的顺利进行。工程结束后，对铁路基础设施进行综合检验，确保其稳定性和安全性未受施工影响。
（三）盾构穿越断裂层技术措施
1.超前地质雷达的检测与预加固技术
在城市地铁盾构施工时，侧穿铁路区域是一大挑战。超前地质雷达检测技术的运用和预加固措施在这一过程中起着至关重要的作用，超前地质雷达应用的原理如下图。通过高频电磁波探测，超前地质雷达能够精确识别盾构路径前方的地质条件，如土层性质、障碍物位置、裂隙发展等，帮助施工团队提前掌握潜在风险，为后续施工决策提供依据。利用这项技术所获取的地质信息，施工团队可以制定相应的预加固方案。例如，在弱质土层或裂隙密集区域实施注浆加固，或在地质结构复杂区域采取冻结法改善土体强度，这些措施均有助于在盾构机接近铁路时减少地层移动和沉降，保护铁路基础设施的稳定性。超前地质雷达系统在整个盾构施工期间需持续运作，确保能够实时监测到任何地质变化，及时更新风险评估。这种持续监控对于及时调整施工策略至关重要，如发现异常，可以立即采取措施，诸如调整推进速度或加强特定区域预加固[4]。
2.断裂层的围岩中采取的施工方法
在进行城市地铁隧道盾构施工时，遭遇断裂层围岩这一复杂地质条件，对施工安全构成了巨大挑战。为了应对这一问题，需采用多种工程技术手段，确保施工顺利进行。地质勘探是首要步骤，需要借助高精度的物探设备，如地质雷达，深入了解断裂层的分布、围岩的性质及地下水状况。这些信息为选择合适的施工策略提供了科学依据。在施工策略上，通常会采取预支护技术（如图2），例如应用钢筋网和喷射混凝土形成初期防护层，增强围岩稳定性，抑制盾构推进时可能发生的围岩崩塌。同时，注浆技术也是常用的加固方法，通过向裂隙中注入固化材料，提升围岩整体的稳定性和承载能力。管棚法是一种重要的预支护技术，通过在隧道掘进面上方预先设置钢管拱架，为盾构机提供可靠的顶部支护，有效地控制地层沉降，确保施工的顺利进行。
3.盾构工程的监测和控制盾构施工
在地铁隧道建设中扮演着至关重要的角色，其过程中的监控与调控直接关系到作业的安全性与工程的精度。实施有效的监测体系是确保施工顺利进行的基础，它涵盖对盾构机动态性能的跟踪、隧道结构的稳固性评估及对邻近环境的连续观测。具体来说，位移监测负责追踪隧道周围土壤和已有建筑物的位置变化，以防超出预定的安全边界。此类监测通常依赖于地面和土层内的测量点。与此同时，压力监测关注的是盾构机前端土压力和尾部注浆压力的变化，以维持推进过程中的土层平衡，并阻止不平均沉降或隧道结构的损害。为了保证隧道轨迹的准确性，姿态监测则实时检测盾构机在水平和竖直方向上的偏移。环境监测则着重于施工活动对地下水流、噪声和震动等可能带来的影响，通过设立阈值来防范对周遭环境造成的负面效应。
4.地面沉降控制控制
地面沉降是实施城市地铁隧道盾构施工的核心技术之一。此过程涉及预先的地质勘查、土体预支护、推进参数的精确控制、注浆策略以及全面的监测预警系统，旨在最小化施工期间可能发生的地面沉降，确保邻近建筑和设施的安全。在施工前，深入的地质勘察为了解地下条件提供了必要的数据，包括土层类型、物理及力学性质，以及地下水情况。这些信息对于盾构机的选择、确定盾构推进的速度和方向、制定注浆计划等方面至关重要。通过改善土体性能的预支护技术，例如使用冻结法或化学注浆，可以有效预防地面沉降。盾构机操作时，调节刀盘转速和推进速度至关重要以防止土体过度移动或塌陷。盾构机配备的自动控制系统允许实时监测和调整这些参数，确保盾构机的平稳和连续推进，同时最小化对土体的扰动。注浆操作通过填补盾构推进过程中形成的空隙，对控制地面稳定性起到关键作用。注浆策略的制定需要综合考虑土体的注浆性、选用的材料特性以及与地下水的相互作用，以达到既定的地面稳定目标。
（四）盾构穿越江河的主要技术和措施
穿越江河前，做好各项准备工作，制定应急预案，备好排水设备应急设备和应急物资，检查盾尾密封性，调整同步注浆的配合比参数，缩短凝结时间，同时增大注浆量和注浆压力。二次注浆调整水泥和水玻璃的配比参数，控制注浆凝结速度，加快凝结土体的防水作用。
穿越江河过程中，做到人、机、料配合规范有序，达到标准化，加强对导航系统的关注，掘进过程中的姿态的控制，做到信息化管理，保持土仓压力与开挖面水土压力平衡，保持注浆压力与水土压平衡，保持注浆量与进尺的平衡，保持各项参数的平稳，保持盾构姿态平稳，保持管片姿态平稳，保持进速度平稳。管片拖出盾尾后螺栓进行二次到三次复紧，并检查。
三、结语
综上所述，盾构法作为隧道施工的先进技术，其在地铁隧道工程中的运用，既提升了建设速度，又减轻了对都市交通及周围建筑的干扰，展现了现代城市建设对高新技术的依赖。通过研究和实践关键技术，如盾构机械的改进、施工参数的精准调节、隧道衬砌的质量控制等，有效克服了这些技术难题，保障了项目的安全性、高效率和环境友好性。在今后的发展中，持续技术革新和经验累积对于适应更复杂的地质状况和环境要求至关重要，还要注重多学科交叉研究、智能化施工水平提高、绿色施工技术发展等方面的建议，为地铁隧道建造技术的进步提供动力。
转载文献来源：中国知网-产业创新研究
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