盾构法和矿山法在地铁隧道施工中的研究

赫广亮

摘要：地铁隧道施工的对象一般是情况复杂多变、高层建筑下难以完全预知的浅地层，其施工方案和施工方法的选择可能是多种形式的。而盾构法和矿山法是现代地铁隧道施工方法中最常使用的。

关键词：地铁隧道施工；盾构法；矿山法

引言

伴随着科技的的进步，更多国外地铁隧道方面先进技术的引入，地铁隧道及地下工程建设呈现出一片欣欣向荣的景象。近来，大多数城市在运用地铁隧道、建造与设计和施工方法上取得了巨大的突破。因为地铁隧道的施工方法、技术设备、工程材料不断创新与运用，因此，那些以前人们想都不敢想的工程，被认为是空中楼阁似的底线工程现在大多数都可以实现，甚至在以前修建的工程上可以改良创新使之规模更加壮观。而如今城市空间的利用又达到了吹毛求疵的地步，空中、地面、地下的资源必须合理且有计划的利用起来。进入21世纪以来，世界上更加强调对地下空间资源的利用，所以，特别是地铁隧道技术的运用上面的可选择性更加的多样化，但是由于城市地下岩层情况的复杂多变、高层建筑物下难以完全预知的浅地层、还有多如星云的国家保护建筑和自然保护区，则隧道施工技术的选择上不得不三思而后行，如果运用不当，可能轻则耽误工期影响地面建筑物的稳定性，重则造成自然环境的破坏、甚至危及人们的生命财产安全。对于不同的工程应该结合工程的世纪情况对工程进行分析，选择合适的施工方法是有必要的。因此，大多数城市采用了对地下岩层影响很小的盾构施工方法，虽然我国在盾构隧道施工方面存在一定的技术问题，但是正在随着时间的发展不断的改进。目前，因为地铁隧道的施工要求太多，既要考虑施工的安全，也要考虑到方法的先进性和地面各种建筑物和环境的保护。所以，我国隧道地铁的施工大多数情况下采用以盾构法和矿山法为主的施工方法。

1盾构法

1.1盾构法施工

盾构法施工是一种暗挖施工方法，主要采用机械施工。采用盾构机在地表下进行开挖，采用盾构和管片支撑巷道周边，防止围岩坍塌。同时，盾构机的工作也会有切割装置配合工作，有利于盾构机的掘进，并由机器运土。盾构法可以使隧道埋深小于或等于隧道直径，使隧道施工面临的沉降最小。盾构法的突出优点是它对城市交通有很大的影响，无污染。

1.2盾构法的原理和施工程序

地铁隧道最显著的特点是它很浅，通常靠近表面。在施工中地层的损失会明显引起地面的移动，会对周围的环境造成影响，所以对施工的支撑，以及对饱和注浆有较高的要求，增加混凝土施工的难度。结合中国的实际特点，在隧道施工中，盾构法根据不同的地质和水文条件，在施工中采取多种辅助措施，加强围岩，增加围岩的承载力和开挖后，及时支护，与围岩形成完整的支护体系。盾构法施工需要在隧道末端和开始端构造基坑或竖井，使设备便以拼装，当隧道太长时，还有必要设置中间竖井。工作井的大小取决于盾构的形状和尺寸。一般需要宽度超过盾构机2m左右，这样便于盾构机的维护。井的长度需要满足盾构机安装和拆卸的要求。盾构掘进法包括土层开挖、盾构机推进、衬砌拼装和衬砌压力注浆。在这些过程中，有必要确保这些过程进行及时，不能延误，若长时间停工将会影响道路，可能是导致路面或建筑物下沉。盾构施工依靠盾构施工设备。该盾构机在洞体开挖同时，也拥有支撑的作用。盾构机钢管的形状可以抵挡来自外界的水层和地层的大压力。盾构机主要由切割环、支撑环和盾尾三部分组成。盾构机常用于圆形、椭圆形、半圆形洞体开挖。盾构施工方法速度快，且洞体开挖相对稳定，对周围环境影响较小，尤其对建筑物的影响不大。该方法适用于粘性土、砂层、上软下硬底层和全面断岩层等地质，在城市建设中具有很大的优势。盾构可以在水的存在下正常施工，适用于大跨度车站建筑，因此，已广泛应用于中国的隧道施工，在人行道上和地下车库的建筑和街道也被广泛应用。

2矿山法

凡是采用一般开挖地下坑道方法修建隧道的都称为矿山法。其立足点是强有力的初期支护，不需要围岩的“帮助”，单独承受外界的压力，是传统的隧道施工方法。基本的施工方法有:漏斗棚架法、反台阶法、正台阶法、全断面开挖法、上下道坑先拱后墙法、下导坑先拱后墙法、品字形导坑先拱后墙法、侧壁导坑法等。

3地铁施工盾构法施工技术要点

3.1盾构机始发

首先，对始发台、反力架和负环的安装定位精度进行严格控制，要确保盾构始发状态和设计的线路相一致。其次，第一环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线与线路的轴线重合，负环管片采用通缝拼装方式；最后，盾构中线比设计轴线适当抬高2～3cm，而盾构机轴线要跟地铁隧道的设计轴线保持平行。

3.2掘进施工工艺

3.2.1掘进模式

复合式土压平衡盾构机主要有以下三种掘进模式：敞开模式适用洞身在云开群花岗片麻岩中、能够自稳、微风化地层中、地下水少的地层；土压平衡模式适应土压平衡模型的隧道云开群花岗片麻岩风化岩层自稳，当地层可以有一个更大的流入，构造破碎带、断层、不良地质断层和喀斯特洞很多；半敞开模式适用洞身处于云开群花岗片麻岩强风化地层中、洞身处于软硬不均地段以及有一定自稳能力和地下水的压力不太高的地层。

3.2.2盾构同步注浆

当管片脱离盾尾后，在土体与管片间会形成一道宽度约为120毫米的环行空隙。同步注浆的目的是尽快填补环形缝，以便尽早支撑地层，防止地面变形过大，危及周围环境的安全。当盾构注浆泵，泥浆泵的储浆罐将由四个独立的矿浆管道、盾尾四套管灌浆，灌浆在每个管道上设有两个调节阀，最大压力时，阀门会使注浆泵关闭时的压力的，另一个阀将注浆泵盾尾密封采用三钢丝刷尾充填润滑脂密封，确保灌浆墙的顺利进行。

4盾构法与矿山法适用条件研究

4.1可在盾构设备掩护下安全地进行土层开挖与衬砌支护作业；

4.2对于资源紧缺的城市来讲，盾构在城市下方进行，可充分的避免对地面城市交通及河道航运的影响；

4.3在如今追求品质生活城市里，如果有影响公民生活质量的事情发生时，那就绝对的不允许，而盾构法施工时充分的考虑了这方面的因素，它噪音小和展动小，从而引起的公害小；

4.4盾构所需的施工费用不受埋深深度的影响，而且其机械化与自动化的程度高。操作其设备的工人都是需要有专门的知识储备的人，所以需要的工人少；

5盾构法与矿山法结合施工的研究

在复杂的地层环境中，地铁隧道经常会遇到极硬岩、孤石群或上软下硬等不均匀地层以及建(构)筑物桩基基础等地下障碍物，若直接盾构通过，需进行盾构机刀盘改造浪费时间和工人的精力并在掘进过程中进行多次开舱换刀致使工程时间加长，施工风险及施工难度较大。若直接采用矿山法施工，在下部为硬岩，上部地质较差和较多建筑物群地段的超前地层加固费用大，同时水土流失和施工风险很大。因此，在国内城市轨道建设实践中，将矿山法与盾构法进行结合设计得到了应用，该方法主要原理是初期开挖采用矿山法形式完成隧道开挖和初期支护，后期采用盾构空推通过。

结语

经过了以上的论述可以看出盾构法和矿山法各自的优势，但如果把两者结合起来，不仅在工期上得到了大大的提升，更是在经济效益上得到了显著的提高。

参考文献

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