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摘要：随着城市轨道交通建设的繁荣发展，轨道施工中新的施工技术也在不断的革新，盾构法隧道施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，本文结合作者多年的工作经验主要介绍了盾构法施工中常见的问题，并分析了盾构法施工的具体操作内容，仅供参考。
关键词：地铁施工；盾构法；
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
1 前言
盾构施工法以其施工对环境影响小、安全快速及适用范围广等特点，己经成为我国城市地下铁道修建中非常重要的施工方法。然而在实际的地铁建设中，由于地铁车站之间的间距较小，盾构法修建区间隧道的长度较短，施工工期较短，就不可避免地出现盾构区间分散、盾构设备利用率偏低的现象，从而增大工程成本。结合盾构法扩挖修建地铁车站能做到通过盾构机的长距离应用而产生规模效益解决上述问题，从总体上较大幅度地降低工程造价。
2 盾构法面临的问题
虽然盾构工法有着非常大的优势，但在地铁建设中由于盾构设备利用率偏低、盾构区间分散、盾构机的始发、调头和转场等次数过多以及大量的非正常掘进工期过多和额外成本较多等问题的出现，成为了许多专家对盾构法的施工速度快、工程成本低的优势产生质疑的最为直接的原因。可以看到，由于地铁车站间的间距(以北京地铁为例，约2km左右)较小，导致盾构法修建区间隧道的长度较短，施工工期较短;而地铁车站施工工期较长(一般为2一2.5年)，两者工期的不相匹配要求盾构区间相邻车站的站端要为盾构机的始发和到达或过站提供相应的条件。这要求在盾构施工组织编制和整条线路工程筹划时必须协调好两者的关系，这种协调也就极大地影响着整个工程的进度。
3 地铁盾构法施工
盾构法施工技术方案和施工细节依赖于围岩条件，因此要求在施工准备阶段对沿线的工程地质和水文地质条件进行细致的勘察工作，并根据实际情况做好应急准备。城市里地面交通繁忙、地面建筑物和地下管线密集，对地面沉降应有严格控制，在节省开挖面、不干扰地下水发育和围岩稳定并缩短工期的压力下，盾构法是最佳选择。以下以土压平衡式盾构为例，介绍盾构施工技术。
3.1 始发与推进
3.1.1 盾构的始发
3.1.1.1 始发竖井
作为拼装盾构的井，其建筑尺寸应满足盾构拼装的施工工艺要求，一般井宽应大于盾构直径 1.6~2.0m，井的长度主要考虑盾构设备安装余地以及作业人员的作业空间和安全作业等因素。此外，竖井的尺寸还与盾构隧道的覆盖土层的厚度、进发方法等多种因素有关，覆盖土层的厚度不同。进发方法不同，竖井的尺寸也不同。始发竖井的护壁一般采用钢板或钢筋喷射混凝土护壁，起重设备根据施工运输的要求，可采用龙门式起重机或货物升降机。从地表把盾构机的分解件及附属设备搬人始发立坑，然后在立坑内组装盾构，设置反力装置和盾构进发导口。
3.1.1.2 盾构拼装
一般来说。盾构掘进机的盾头部分都是在生产厂组装完后整体运至工地。但我国很多城市地处内陆，道路运输条件和通过能力有限，只能采用分体运输，即将盾头部分分为切削刀盘、上、下盾壳、主机四部分运至施工现场，再在始发竖井内进行组装。这样，最大单个部件重量约为 30t，需根据现场情况确定组装用起重机械的配置，如始发竖井安装有龙门式起重机，则可直接用龙门式起重机吊装，若没有，则采用汽车起重机。安装前首先准备好始发井下盾构安装基座，测定盾构推进轴线和盾构始发导人口，再将盾壳吊至始发井内的安装基上固定好，然后将盾构主机吊装就位，吊装刀盘固定于主机上，安装上、下盾壳，安装完毕后将上、下盾壳焊牢.即完成盾构机械的安装工作。
3.1.1.3 反力装置
反力装置由固定支撑座和临时支撑垫两部分组成，一般采用安装负环管片作支撑反力架，负环管片由 10 环预制的隧道管片拼装而成，全部闭口环。
3.1.1.4 进发导口
盾构机在始发前，需要在开挖方向设置进发导口，其目的是：①维持开挖面的稳定；②防止地下水渗出；③防止土体坍塌。一般是在掘进前方采用注浆或冷冻法对土体进行加固，范围是掘进前方大于盾体长度。直径约为盾体直径两倍的范围。
3.1.1.5 洞口止水
由于洞口外径与盾构外径之差，在洞口与盾构间存在着一周环形建筑空隙，为防止土体及水从此空隙涌出和渗出，避免地表沉陷和确保盾构的安全出洞。在盾构靠上洞门土体前，在洞门设置一道环形橡胶止水带和一道环形钢板封堵空隙，盾构完全进入土体后，将环形板与有预埋件的洞口管片满焊固定，完全封堵洞口空隙。
3.1.1.6 始发
以上准备工作完毕后，盾构即可始发，将推进油缸顶在反力装置上，启动切削刀盘和
推进油缸即可进行掘削推进，推进油缸推进到一个行程，收回推进油缸，在推进油缸与反力装置间加垫临时支撑垫（负环管片），即可进行推进。在盾构刀盘切人土体前，为防止正面土体突然被切削而过量流失引起工作面坍塌，应通过螺旋输送器倒转方式向土压舱内加注粘土，至满舱后才起动刀盘切削土体和出土。盾体进人隧道后，进行管片安装和后部辅助设备平车的拼接，推进油缸顶在管片上继续推进，这样，推进一节，拼接一节，直至盾构设备完全进人隧道。
3.1.2 盾构的掘进
盾构设备完全进人隧道后，盾构按预先设定的方向掘进，该过程由盾构设备的计算机控制系统控制。当盾构设备出现左右或上下偏差时，由计算机系统对推进油缸进行控制，确保条件方向按预定设置方向前进。同时，在保证开挖面土压平衡的基础上，调节刀盘转速与推进速度及螺旋输送机速度的比率，使开挖与排土保持恒定。地铁盾构法施工工艺流程见图 3。
3.2 衬砌
在盾构设备掘进完一个节距以后，即可进行管片衬砌，由管片运输车将管片运送到安装台位，再由管片衬砌台车将管片送至安装位置安装就位。管片安装完毕后，进行下一个循环的掘进。直至整个隧道工程的完成。
3.3 进洞
盾构由区间隧道进人接收竖井前，需首先对端头土体的加固和渗水情况进行取芯测试，在确保土体稳定和无大量渗水的情况下方可凿除洞口混凝土。洞口混凝土凿除应分层分块进行。在盾构距洞口约为 10m 时，将洞口混凝土全部拆除。待盾构机刀盘露出洞口时，清除端头井内盾构机所带出的土体后，将盾构接收架准确地定位安设在洞口的底板上，高程比盾构机略低，并将接收架固定，以便盾构机顺利滑行上架。盾构完成洞工序后，及时对全隧道的管片螺栓进行复紧和洞口止水处理。
3.4 盾构掘进过程中的控制
3.4.1 盾构控制
盾构的偏向是指平面、高程偏离设计轴线的数值超过允许范围。盾构在地层推进中，会由于地质条件、机械设备、施工操作等原因导致盾构的偏向。当今世界上最先进的测量盾构偏向的手段是利用陀螺仪等高精尖技术，但目前我国主要还是应用以下常规测量手段。
3.4.1.1 坡度板是目前盾构施工中能使施工人员直接读出盾构纵坡、转角的值，以便能
随时纠正的量具。
3.4.1.2 丈量两腰千斤顶活塞杆伸出长度估计平面纠偏效果。
3.4.1.3 用水准仪测得盾构轴线两点，可算出盾构纵坡与高程偏差值。
3.4.1.4 用激光经纬仪直接读出激光打在盾构前后靶上读数，可算出盾构的切口、举重
臂、盾尾三个中心平面与高程偏离设计轴线值。盾构出现偏离后一定要及时调整。
3.4.2 土压控制
为确保对地面沉陷、隆起的控制，平衡工作面水土压力，保证工作面不坍塌、涌水、涌砂。土压舱内的计划土压力设定值由下式计算：P=P1+P2+P3+0. 02MPa式中 P1——孔隙水压力；P2——地下水位以上土层侧向土压力；P3——地下水位以下土层侧向土压力；0.02 M Pa 为经验参数。土压舱内的土压力由安置在土压舱内的土压计通过计算机随时测定监控。一旦出现实测土压力与计算土压力不符时，应及时调整出土量，同时还应根据地面隆陷的监测情况、土层和地下水位的变化情况对计划土压力进行动态管理，以确保土压舱压力与开挖面的水土压力保持平衡，达到防止涌砂和坍塌的目的。在盾构穿越砂质土层时，为使土压舱内的泥土具有较好的流动性和保持土压舱内的压力，在盾构推进的同时可注入適量的粘土或粘土浆液。
3.4.3 出土量的控制
工作面土体被刀具切削下来后，土体通过土压舱由螺旋出土运输器排出，一定量的泥土滞留在螺旋出土器内被挤压密实而形成隔水墙，保证了开挖面的稳定。当土压舱内的土压力大于计划土压力时，加快螺旋出土器的转速，增大出土量。而小于计划内的土压力时，要降低螺旋出土器转速，减少出土量，以增大土压舱内压力以平衡工作面水土压力。
4 盾构新技术简述
4.1 特殊断面盾构施工技术
特殊断面盾构可分为复圆形盾构和非圆形盾构两大类。其中复圆形盾构包括双圆盾构和三圆盾构。双圆盾构可用于一次修建双线地铁隧道、下水道、共同沟等，三圆形盾构则用于修建地铁车站。非圆形盾构包括椭圆形盾构、马蹄形盾构、矩形盾构和半圆形盾构，根据隧道使用目的可分别加以采用。
4.2 复合盾构施工技术
由于盾构是一种针对性很强的专用施工机械，每台盾构机都是针对某一种具体的地质水文条件而制定的。在地质条件复杂的情况下，采用常规盾构就无法完成施工，因此复合盾构施工技术应运而生。典型的工程如广州地铁二号线工程。复合式刀盘装有齿刀和滚刀两种刀具，以滚刀对付硬岩层，齿刀对付软岩层，两种刀具用背装的方式进行互换。
4.3 球体盾构施工技术
球体盾构施工技术根据变换方法可分为纵、横连续掘进和横、横连续掘进两种（均只使用一台盾构机）。其中纵、横方向连续掘进施工是从地面开始连续沿直角方向进行竖并开挖和隧道掘进的施工方法，横、横方向连续进则指不需旋转竖井，在地面下朝直角方向进行连续掘进的施工法。
关键词：地铁施工；盾构法；
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
1 前言
盾构施工法以其施工对环境影响小、安全快速及适用范围广等特点，己经成为我国城市地下铁道修建中非常重要的施工方法。然而在实际的地铁建设中，由于地铁车站之间的间距较小，盾构法修建区间隧道的长度较短，施工工期较短，就不可避免地出现盾构区间分散、盾构设备利用率偏低的现象，从而增大工程成本。结合盾构法扩挖修建地铁车站能做到通过盾构机的长距离应用而产生规模效益解决上述问题，从总体上较大幅度地降低工程造价。
2 盾构法面临的问题
虽然盾构工法有着非常大的优势，但在地铁建设中由于盾构设备利用率偏低、盾构区间分散、盾构机的始发、调头和转场等次数过多以及大量的非正常掘进工期过多和额外成本较多等问题的出现，成为了许多专家对盾构法的施工速度快、工程成本低的优势产生质疑的最为直接的原因。可以看到，由于地铁车站间的间距(以北京地铁为例，约2km左右)较小，导致盾构法修建区间隧道的长度较短，施工工期较短;而地铁车站施工工期较长(一般为2一2.5年)，两者工期的不相匹配要求盾构区间相邻车站的站端要为盾构机的始发和到达或过站提供相应的条件。这要求在盾构施工组织编制和整条线路工程筹划时必须协调好两者的关系，这种协调也就极大地影响着整个工程的进度。
3 地铁盾构法施工
盾构法施工技术方案和施工细节依赖于围岩条件，因此要求在施工准备阶段对沿线的工程地质和水文地质条件进行细致的勘察工作，并根据实际情况做好应急准备。城市里地面交通繁忙、地面建筑物和地下管线密集，对地面沉降应有严格控制，在节省开挖面、不干扰地下水发育和围岩稳定并缩短工期的压力下，盾构法是最佳选择。以下以土压平衡式盾构为例，介绍盾构施工技术。
3.1 始发与推进
3.1.1 盾构的始发
3.1.1.1 始发竖井
作为拼装盾构的井，其建筑尺寸应满足盾构拼装的施工工艺要求，一般井宽应大于盾构直径 1.6~2.0m，井的长度主要考虑盾构设备安装余地以及作业人员的作业空间和安全作业等因素。此外，竖井的尺寸还与盾构隧道的覆盖土层的厚度、进发方法等多种因素有关，覆盖土层的厚度不同。进发方法不同，竖井的尺寸也不同。始发竖井的护壁一般采用钢板或钢筋喷射混凝土护壁，起重设备根据施工运输的要求，可采用龙门式起重机或货物升降机。从地表把盾构机的分解件及附属设备搬人始发立坑，然后在立坑内组装盾构，设置反力装置和盾构进发导口。
3.1.1.2 盾构拼装
一般来说。盾构掘进机的盾头部分都是在生产厂组装完后整体运至工地。但我国很多城市地处内陆，道路运输条件和通过能力有限，只能采用分体运输，即将盾头部分分为切削刀盘、上、下盾壳、主机四部分运至施工现场，再在始发竖井内进行组装。这样，最大单个部件重量约为 30t，需根据现场情况确定组装用起重机械的配置，如始发竖井安装有龙门式起重机，则可直接用龙门式起重机吊装，若没有，则采用汽车起重机。安装前首先准备好始发井下盾构安装基座，测定盾构推进轴线和盾构始发导人口，再将盾壳吊至始发井内的安装基上固定好，然后将盾构主机吊装就位，吊装刀盘固定于主机上，安装上、下盾壳，安装完毕后将上、下盾壳焊牢.即完成盾构机械的安装工作。
3.1.1.3 反力装置
反力装置由固定支撑座和临时支撑垫两部分组成，一般采用安装负环管片作支撑反力架，负环管片由 10 环预制的隧道管片拼装而成，全部闭口环。
3.1.1.4 进发导口
盾构机在始发前，需要在开挖方向设置进发导口，其目的是：①维持开挖面的稳定；②防止地下水渗出；③防止土体坍塌。一般是在掘进前方采用注浆或冷冻法对土体进行加固，范围是掘进前方大于盾体长度。直径约为盾体直径两倍的范围。
3.1.1.5 洞口止水
由于洞口外径与盾构外径之差，在洞口与盾构间存在着一周环形建筑空隙，为防止土体及水从此空隙涌出和渗出，避免地表沉陷和确保盾构的安全出洞。在盾构靠上洞门土体前，在洞门设置一道环形橡胶止水带和一道环形钢板封堵空隙，盾构完全进入土体后，将环形板与有预埋件的洞口管片满焊固定，完全封堵洞口空隙。
3.1.1.6 始发
以上准备工作完毕后，盾构即可始发，将推进油缸顶在反力装置上，启动切削刀盘和
推进油缸即可进行掘削推进，推进油缸推进到一个行程，收回推进油缸，在推进油缸与反力装置间加垫临时支撑垫（负环管片），即可进行推进。在盾构刀盘切人土体前，为防止正面土体突然被切削而过量流失引起工作面坍塌，应通过螺旋输送器倒转方式向土压舱内加注粘土，至满舱后才起动刀盘切削土体和出土。盾体进人隧道后，进行管片安装和后部辅助设备平车的拼接，推进油缸顶在管片上继续推进，这样，推进一节，拼接一节，直至盾构设备完全进人隧道。
3.1.2 盾构的掘进
盾构设备完全进人隧道后，盾构按预先设定的方向掘进，该过程由盾构设备的计算机控制系统控制。当盾构设备出现左右或上下偏差时，由计算机系统对推进油缸进行控制，确保条件方向按预定设置方向前进。同时，在保证开挖面土压平衡的基础上，调节刀盘转速与推进速度及螺旋输送机速度的比率，使开挖与排土保持恒定。地铁盾构法施工工艺流程见图 3。
3.2 衬砌
在盾构设备掘进完一个节距以后，即可进行管片衬砌，由管片运输车将管片运送到安装台位，再由管片衬砌台车将管片送至安装位置安装就位。管片安装完毕后，进行下一个循环的掘进。直至整个隧道工程的完成。
3.3 进洞
盾构由区间隧道进人接收竖井前，需首先对端头土体的加固和渗水情况进行取芯测试，在确保土体稳定和无大量渗水的情况下方可凿除洞口混凝土。洞口混凝土凿除应分层分块进行。在盾构距洞口约为 10m 时，将洞口混凝土全部拆除。待盾构机刀盘露出洞口时，清除端头井内盾构机所带出的土体后，将盾构接收架准确地定位安设在洞口的底板上，高程比盾构机略低，并将接收架固定，以便盾构机顺利滑行上架。盾构完成洞工序后，及时对全隧道的管片螺栓进行复紧和洞口止水处理。
3.4 盾构掘进过程中的控制
3.4.1 盾构控制
盾构的偏向是指平面、高程偏离设计轴线的数值超过允许范围。盾构在地层推进中，会由于地质条件、机械设备、施工操作等原因导致盾构的偏向。当今世界上最先进的测量盾构偏向的手段是利用陀螺仪等高精尖技术，但目前我国主要还是应用以下常规测量手段。
3.4.1.1 坡度板是目前盾构施工中能使施工人员直接读出盾构纵坡、转角的值，以便能
随时纠正的量具。
3.4.1.2 丈量两腰千斤顶活塞杆伸出长度估计平面纠偏效果。
3.4.1.3 用水准仪测得盾构轴线两点，可算出盾构纵坡与高程偏差值。
3.4.1.4 用激光经纬仪直接读出激光打在盾构前后靶上读数，可算出盾构的切口、举重
臂、盾尾三个中心平面与高程偏离设计轴线值。盾构出现偏离后一定要及时调整。
3.4.2 土压控制
为确保对地面沉陷、隆起的控制，平衡工作面水土压力，保证工作面不坍塌、涌水、涌砂。土压舱内的计划土压力设定值由下式计算：P=P1+P2+P3+0. 02MPa式中 P1——孔隙水压力；P2——地下水位以上土层侧向土压力；P3——地下水位以下土层侧向土压力；0.02 M Pa 为经验参数。土压舱内的土压力由安置在土压舱内的土压计通过计算机随时测定监控。一旦出现实测土压力与计算土压力不符时，应及时调整出土量，同时还应根据地面隆陷的监测情况、土层和地下水位的变化情况对计划土压力进行动态管理，以确保土压舱压力与开挖面的水土压力保持平衡，达到防止涌砂和坍塌的目的。在盾构穿越砂质土层时，为使土压舱内的泥土具有较好的流动性和保持土压舱内的压力，在盾构推进的同时可注入適量的粘土或粘土浆液。
3.4.3 出土量的控制
工作面土体被刀具切削下来后，土体通过土压舱由螺旋出土运输器排出，一定量的泥土滞留在螺旋出土器内被挤压密实而形成隔水墙，保证了开挖面的稳定。当土压舱内的土压力大于计划土压力时，加快螺旋出土器的转速，增大出土量。而小于计划内的土压力时，要降低螺旋出土器转速，减少出土量，以增大土压舱内压力以平衡工作面水土压力。
4 盾构新技术简述
4.1 特殊断面盾构施工技术
特殊断面盾构可分为复圆形盾构和非圆形盾构两大类。其中复圆形盾构包括双圆盾构和三圆盾构。双圆盾构可用于一次修建双线地铁隧道、下水道、共同沟等，三圆形盾构则用于修建地铁车站。非圆形盾构包括椭圆形盾构、马蹄形盾构、矩形盾构和半圆形盾构，根据隧道使用目的可分别加以采用。
4.2 复合盾构施工技术
由于盾构是一种针对性很强的专用施工机械，每台盾构机都是针对某一种具体的地质水文条件而制定的。在地质条件复杂的情况下，采用常规盾构就无法完成施工，因此复合盾构施工技术应运而生。典型的工程如广州地铁二号线工程。复合式刀盘装有齿刀和滚刀两种刀具，以滚刀对付硬岩层，齿刀对付软岩层，两种刀具用背装的方式进行互换。
4.3 球体盾构施工技术
球体盾构施工技术根据变换方法可分为纵、横连续掘进和横、横连续掘进两种（均只使用一台盾构机）。其中纵、横方向连续掘进施工是从地面开始连续沿直角方向进行竖并开挖和隧道掘进的施工方法，横、横方向连续进则指不需旋转竖井，在地面下朝直角方向进行连续掘进的施工法。