赵勇
（中铁二十局集团南方工程有限公司，广东深圳518100）
摘要：结合某城市轨道交通工程，阐述隧道盾构施工技术发展趋势及其施工安全注意事项，并对其设计应用进行说明，主要包括井端头处理、隧道盾构机组装与调试、盾构始发、盾构壁后注浆、盾构监控量测等内容，为盾构施工技术在相关工程中的应用提供参考。
0引言
隧道盾构施工技术属于综合性工程技术，其中包含机械、材料、地质等重要施工要素，借助盾构机械完成地下推进作业，即利用设备外壳支撑作用、刀盘切削作用完成开挖和拼装施工。该种技术具有高效安全、环保稳定的施工特点，可以有效减少施工风险。分析隧道盾构施工技术当前发展趋势，研究其在具体施工作业中的应用要点具有重要意义。
1隧道盾构施工安全注意事项
1.1人员安全
在进行盾构机组装、调试等作业时，安全控制现场人员，确保起重机支腿支撑点的承载力达到设计标准。制订现场安全事故应急预案，避免人员坠落、火灾发生、土体坍塌等工程事故发生[1]。
1.2设备安全
在调试机械设备时，注意检查各个构件的质量与运行情况。例如，检查盾构机刀具是否出现偏磨、崩裂、压块脱落等问题，保证掘进作业的效率[2]。换刀具时，同时检查其他构件的状态，确保机械所有构件处于正常运行状态。
1.3环境安全
禁止施工人员将火种、烟、电子产品等危险物品带入隧道内。进入区间隧道前，全面检查施工人员身体适应性，严格审查人员是否携带危险物品。进场时，施工人员应穿戴防静电工作服、劳保鞋、安全帽等，配备合格的气体检测装置，确保内部施工环境的安全性。
1.4应急预案
施工期间，必须制订可行的应急预案，并在现场配备救援装备。事故发生时，可快速疏散内部人员。应建立应急疏散通道，并定期检查其畅通度，保证紧急事件发生时，施工人员可从疏散通道逃出。
1.5施工规范与资质
由于盾构施工技术具有高专业性特点，且施工期间风险较大，因此施工人员必须持证上岗，具备相应施工资质。进仓作业之前，通过审批后才可开展施工作业。期间做好施工技术交底和技术交接，良好衔接各个施工工艺环节。
2隧道盾构施工技术的实际应用
2.1井端头处理
盾构始发前，需要根据洞口地质情况选择合适的端头处理方法。该研究项目采用了高压旋喷桩法处理端头，其施工原理如下[3]。
利用钻机钻孔将注浆管插入土层预定位置；利用高压设备促使浆液形成高压射流，一般压力值大于20MPa。喷射的浆液会对土体产生破坏，当压力值以及速度值超过土体结构时，土粒会从土体上剥落；细小的涂料会随着浆液喷射冒出水面，剩余土粒则会在喷射流冲击力影响下与浆液发生混合搅拌的现象，重新排列浆土比例；浆液凝固之后，形成复合地基。地基主要构成：浆液固结体、桩间土，该种地基可起到加固效果，提高地基的整体承载力。
主要施工技术流程：测量放线定位—引钻钻机就位—钻进成孔—检查成孔质量—启动空压机送水—下喷射管—浆液配置泵送—高喷作业—观察高喷参数—提升摆动—移位回灌—孔内保持满浆状态—下一个循环。
测量定位桩位时，允许偏差值应小于50mm。试桩作业时，严格按照试桩工艺参数开展试验。注浆管相关工艺参数为：提升速度为12～18m/min；旋转速度为10～20r/min。水相关工艺参数：压力数值为20～25MPa；流量数值为85L/min。浆液压力相关工艺参数：压力数值应大于或等于20MPa；液压流量数值应大于60L/min。空气相关工艺参数为：压力数值在0.5～0.9MPa之间为宜；流量数值为0.7m3/min。水灰比工艺参数：1∶1。
2.2隧道盾构机组装与调试
组装和调试之前，相关施工人员需要了解隧道盾构机构件及其工作原理，以保证后期组装和调试的准确度。
2.2.1盾构机构成及工作原理
（1）刀盘
机械心脏为刀盘，主要作用为切削掌子面，让土石顺利流入土仓中，其由刀盘面板与辐条焊接组装而成。利用主传动系统带动刀盘轴进行转动作业，刀齿贴地壳发生旋转作用后，结合多种运动方式将岩石以及土层破碎后，推至螺旋板处。该构件具有扭矩和提升作用，可再次推动松散物料至输送泥浆管道中，实现隧道建设。
（2）掘进机构
利用管片与土体间的摩擦力给油缸提供反作用力，以支持盾构机前行。掘进头进入工作面后，启动切削设备掘进挤进岩石，将穿越岩层的泥浆浮土掀起后，泥浆直接从设备后端流出。设备前部处，钻孔车辆持续完成钻孔作业，促使拱形钢筋塞入岩层。之后跟进提前预制好的混凝土拱桥，对薄弱土层进行加固处理，使整个隧道结构连续。
（3）支撑机械
主要完成结构支撑，促进掘进作业的安全性与稳定性。结合尾部支撑系统，支撑与固定钻进隧道，传输推力至盾构机前部后，加固隧道顶部部分，防止土体出现坍塌情况。推进时，主要采用液压缸等设备对钻头、盾构机壳体进行向前移动。
（4）输送机械
主要输送挖掘出的土体和构件，至机盘后方车厢内开展后续处理作业。以螺旋输送机为例，这种类型的输送设备工作原理如下：利用电机带动输送器后，促使其在齿轮箱作用下发生转动。转动过程中，螺旋输送器将砂浆等物料从一端输送至另一端，基于挤压、集料等作用，提升物料运输品质与工序安全性。使用该种输送机械时，需要严格控制物料类型，及时处理现场岩渣提高施工效率。
（5）控制系统
主要协调不同部件的工作运行，以提升运行安全性。以单轨梁控制系统为例，主要借助激光测距系统对设备轨道位置、方向进行明确，结合真实测量数据，指导设备单轨梁发生运动。通过轨道控制系统控制设备单轨梁行进方向与速度。实时监测运行状态，发生故障后反馈至系统后台，方便技术人员进行设备维修与参数调整。
2.2.2隧道盾构机组装与调试
充分考虑吊车放置位置的承载力，承载力未达到设计要求时，则应进行加固。通过踏勘作业，了解现场地质条件以及周边的环境情况，同时复核盾构结构尺寸，为机械组装提供合适的场地。
铺设轨道时，注意保证轨道间距的均匀性和牢固性。先组装拖车，按照拖车序号依次下井，第一节拖车下井后，可借助外力将其移动至指定区域。固定第一节拖车位置后，再进行其他拖车的下井固定作业。
组装完毕后，需要对机械进行空载调试，确定机械是否可以正常运转。空载调试结束且各类构件、系统运行合格，即可开展负载调试。针对不同管线、密封设备的负载能力，完善调试工作内容。
2.3盾构始发
盾构始发属于隧道盾构施工技术的关键内容，其施工结果会直接影响项目进度、质量及其经济效益。因此，在开展该项施工内容时，必须做好质量控制和安全控制。盾构始发施工要点如下：
安装洞门防水装置时，保证连接螺栓的牢固性。基于现场情况，合理调整扇形压板位置，以免帘布橡胶板出现外翻现象，使防水效果变差。在进行其他施工作业时，应注意保护帘布橡胶板，清除干净洞门圈外的钢筋以及混凝土，以便开展掘进作业。
拆除洞口后，即可推进盾构完成掘进施工。刀盘切入土层推进过程中，应尽量避免土体暴露时间过长。严格检查改良后的土体质量，达到合格标准后才可凿除洞门。采取科学的密封措施，提高盾构始发施工的安全性。
向前推进的过程中，施工人员需要保护反力架。结合反力架强度及其推力限制情况，保证油缸均匀推动。掘进时，对机械推进姿态以及推力进行严格控制，实时监测相关掘进数据参数，发现异常参数时应及时调整掘进推力。
严格控制扭矩，避免管片发生旋转现象。扭矩值控制：低于正常掘进的70%[4]。
机械掘进参数为：出渣量的参数控制主要根据地质条件和管片宽度确定，一般在98%为宜；推进速度：正常速度维持在20～40mm/min；轴线：小于±50mm；地面沉降：+10～30mm之间。
2.4盾构壁后注浆
盾构壁后注浆施工流程如下：
2.4.1材料准备
注浆应用的细砂参数为1.6～2.3，并注意检查内部是否存在杂物，应避免出现5mm以上的杂质。借助过筛方式，提高材料精细度。
2.4.2拌制浆液
严格按照设计要求配置浆液，依次掺入清水、水泥、细砂以及外加剂。针对不同施工要求及混凝土强度要求，按照不同比例配制。
2.4.3运输砂浆
制备后，可将砂浆运输至施工现场。控制运输时间，以免砂浆出现初凝现象。如运输路程较远，则可在内部添加施工的缓凝剂。运输罐应具备搅拌功能，防止砂浆沉淀、离析。
2.4.4注入砂浆
在不同注浆管口设置分压器，检测注浆压力和注浆量，确保均匀压注。注浆压力过大时，可能对管片以及尾刷进行破坏，造成浆液无法良好注入。因此注入浆液时，必须结合管片强度、设备、浆液特性等控制注浆压力数值，通常在0.2～0.4MPa之间最佳。确定注浆量时，可利用计算公式控制砂浆注入：
Q=V×α （1）
式（1）中：
Q——实际注浆量（m³）；
V——刀盘开挖尺寸与管片外径之间存在的空隙数值（mm）；
α——注浆率（%）。
注浆率包含了注浆压密系数、土质系数、超挖系数以及消耗系数。重点系数为土质系数和超挖系数。前者一般取值在1.1～1.5之间；后者则产生在曲线施工中，主要利用几何计算得出数值。
2.4.5注浆系统清洗与保养
完成注浆作业后，施工人员应及时清理搅拌机、运输罐等设备。清理次数设定为每一工作日至少1次。如在注浆过程中发现浆液在管路中停滞时间较久，则需要使用膨润土充满管路，以免发生堵管现象。操作后，施工人员必须全面清理和检查系统设备，确保注浆泵、管路内无浆液残积。
2.5盾构监控量测
2.5.1地表沉降监测
地表沉降监测主要监测基点埋设、沉降测点埋设。基点最佳埋设点应在视野较为开阔的位置，埋设时做好加固措施；沉降测点埋设则需要借助冲击钻钻孔，钻孔后在其间放入圆头钢筋，长度为200～300mm；直径为20～30mm。为确保测点稳固性，可使用水泥砂浆填实。
2.5.2地表建筑沉降与倾斜观测
埋设沉测点后，应采取保护措施，以免其受到损坏。利用水准测量，对建筑物沉降观测点的初始高程进行测量。结合计算公式确定高程数值。
2.5.3地下管线安全观测
埋设地下管线后，实时观测地下管线测点情况，了解管线运行状态，故障发生时可及时处理问题[5]。
3盾构作业安全防护
3.1严格控制作业参数
斜体垂直度应小于6000mm；水平跨度应小于3000mm；两侧设置防护栏时，控制立柱间距小于2000mm、上横杆高度为1200mm、下横杆高度为600mm。
3.2科学选择作业材料
梯梁：12号槽钢；踏板：厚花纹钢板，厚度为4mm、宽度为120mm、垂直间距在250mm以内。通过栓接方式，固定两种构件。立杆、横杆材料为钢管，型号为φ30，壁厚为2.5mm；套管连接件为钢管，型号为φ38，壁厚为2.5mm；转换平台为厚花纹钢板，厚度为4mm，同时设置踢脚板，控制在180mm。
3.3盾构渣土防护
将渣土池设置在靠近龙门吊的行走范围内，并在道路相邻一侧设置挡泥板，控制在2.5m为宜。在池边安装安全防护栏，确保施工人员的生命安全。栏杆上可配备安全警示标志，警醒人员安全施工。
4结语
该工程应用隧道盾构施工技术开展相关施工作业。严格遵循技术施工规范、设计要求，以保障各项施工质量。施工过程中，采用质量控制方案，有效管控施工工艺流程，大幅度提升了施工效率。在今后的隧道盾构施工设计和施工过程中，应结合我国现有的盾构技术和国外先进技术，进一步研发适合我国国情的盾构新技术。
转载文献来源：中国知网-运输经理世界
