盾構(gòu)法隧道異型斷面施工技術初探

　　摘要：隨著隧道工程建設的發(fā)展，工程建設的規(guī)模越來越大，對施工技術水平的要求也隨之越來越高。近年來，盾構(gòu)法在隧道工程施工中得到了廣泛的應用并取得了長足的發(fā)展。擴徑盾構(gòu)法與盾構(gòu)法基礎上的人工擴挖法是隧道異型斷面施工的兩個常用方法。本文分析了這兩種方法在工程中的實際應用，重點對盾構(gòu)法基礎上進行人工擴挖的步驟及異型斷面施工的主要技術問題進行了分析，以供同仁參考借鑒。

　　關鍵詞：盾構(gòu)法,隧道工程,異形斷面,施工技術

　　引言：近年來，盾構(gòu)法在隧道工程施工中的應用逐漸增多。但是，現(xiàn)階段我國隧道工程盾構(gòu)設備能力不足，嚴重缺乏設計施工技術經(jīng)驗，往往只在直徑較小且斷面型式單一的區(qū)間隧道施工中才會采用盾構(gòu)法;其余大部分工程施工仍舊以礦山法和明挖法為主。對配合盾構(gòu)法施工異型斷面隧道或在盾構(gòu)法基礎上的人工擴挖法尚未開進行有益的嘗試，這在一定程度上限制了盾構(gòu)施工技術在我國的發(fā)展和推廣。

　　一、概述

　　盾構(gòu)隧道異型斷面通常是在原隧道的基礎上進行擴挖修建，這一工程施工的關鍵在于擴挖技術的應用。現(xiàn)階段，主要采用擴徑盾構(gòu)法以及在盾構(gòu)隧道基礎上的人工擴挖法兩種方法進行異型斷面施工�？偟膩碚f，在下述幾種情況下，盾構(gòu)隧道要進行地中擴挖：

　　其一：在平行設置的兩個隧道間建造建筑物。

　　其二：建造地下設施的收容空間或者是組裝擴徑盾構(gòu)的空間。

　　其三：隧道的分岔處或接合處。

　　二、擴徑盾構(gòu)法

　　在隧道工程建設過程中，為了更好地滿足修建地鐵車站或者是安裝其它設備的需要，往往采用擴徑盾構(gòu)法，在原有盾構(gòu)隧道的部分區(qū)間進行直徑擴展。在擴徑盾構(gòu)施工過程中，首先將撤去原有襯砌并要挖去部分圍巖，從而保證有足夠的空間作為擴徑盾構(gòu)機的出發(fā)基地。

　　在撤除襯砌過程中，難免會對原有隧道產(chǎn)生擾動，促使其作用荷載和應力發(fā)生變化，進而影響到原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，在實際施工中，應采取有效預防措施，特別是對原有隧道的開孔部及其附近進行加固處理，進而保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

　　在撤除襯砌后，要對擴徑盾構(gòu)進行組裝，在組裝完成之后就可以開始掘進。通常情況下，應設置合適的反力支承裝置以便于使推力均勻作用于機體尾部的圍巖。在尾部圍巖抗力不足的情況下，還要對圍巖進行加強處理。除此之外，也可以采用設置有效裝置的方式實現(xiàn)推力的轉(zhuǎn)移。

　　采用擴徑盾構(gòu)法進行施工一般應遵循以下步驟：

　　—次盾構(gòu)掘進，修建一次盾構(gòu)基地，圓周盾構(gòu)，圓周盾構(gòu)掘進，完成擴徑盾構(gòu)出發(fā)基地，組裝擴徑盾構(gòu)，擴徑盾構(gòu)掘進，完成擴徑等。

　　擴徑盾構(gòu)法是一項先進的施工技術，目前在隧道工程施工中的應用越來越多。擴徑部位是特殊的異型斷面，這個部位的應力狀態(tài)極其復雜。在進行施工過程中，要注意以下幾點：

　　其一，在實際施工開始之前，為了減小出發(fā)基地的規(guī)模，應盡量縮短盾構(gòu)機長。其二，開挖面作業(yè)空間的對盾構(gòu)開挖作業(yè)效率有著直接影響，因而，在確定開挖作業(yè)面的空間時必須要綜合考慮其作業(yè)性，通常要達到30cm以上。其三，進行擴進盾構(gòu)施工，應配備能夠迅速進行組裝和拆卸擴徑管片的裝置。

　　其四，在拆除襯砌以及挖掉部分圍巖可能會導致原有隧道的結(jié)構(gòu)作用荷載和應力的變化，進而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對此，要在原有隧道開孔部及其附近采取加固措施，除此之外，還要進行測量以掌握襯砌應力，在施工過程中實時監(jiān)測圍巖的狀態(tài)。

　　三、人工擴挖法

　　現(xiàn)階段,我國還未實現(xiàn)大量采用擴徑盾構(gòu)法進行施工。綜合考慮我國隧道工程的實際情況，在需擴挖的異型斷面施工時，通常采用在盾構(gòu)隧道的基礎上進行人工擴挖的修建方法，也就是說，在盾構(gòu)完成之后，再采用傳統(tǒng)的方法進行擴挖。在具體施工過程中，通常是先采用盾構(gòu)法貫通全部或部分暗挖區(qū)間，之后再在已形成的區(qū)間隧道基礎上擴挖聯(lián)絡通道、車站等特殊異型斷面。

　　總的來說，采用盾構(gòu)隧道基礎上的人工擴挖法修建異型斷面能夠有效地縮短建設周期，提高工程質(zhì)量，而且能夠有效確保施工安全，將對周圍環(huán)境的影響降低到最低，除此之外，盾構(gòu)法的長距離應用還能夠產(chǎn)生規(guī)模效益，進而大幅降低工程成本投入，可以說一舉多得。

　　總的來說，采用盾構(gòu)隧道基礎上的擴挖法進行異型斷面施工的具體步驟為：對地層進行加固處理，隧道結(jié)構(gòu)超前支護→拆除管片→擴挖施工→臨時支護，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性→模筑混凝土，管片安裝→拆除支護。

　　現(xiàn)階段，大部分隧道工程都是采用敞開開挖面的方法進行地中擴挖施工，先行隧道施工已經(jīng)造成了圍巖一定程度的松動，對此，在進行施工時要采用輔助施工法等來加固圍巖，進而保證圍巖的穩(wěn)定性，隨后再進行分步開挖。

　　除此之外，還應該采取適當?shù)拇胧﹣肀苊馑淼兰敖Y(jié)構(gòu)物發(fā)生變形。通常情況下，可以采用特殊的管片或鋼制支架等邊支護圍巖邊擴挖。

　　在施工過程中，要重點考慮渡線和聯(lián)絡通道的接合方式，這是因為異型斷面位置應力相對較為復雜，應給予足夠的考慮與重視并采取有效的處理措施，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

　　四、盾構(gòu)法隧道異型斷面施工技術要點

　　第一，在盾構(gòu)法隧道異型斷面施工過程中，為了更好地提升工程施工質(zhì)量，必須要采取措有效的預防措施，控制相鄰管片的應力惡化，進而保證圍巖的穩(wěn)定性。

　　首先，在拆管片前，應事先采取措施對圍巖進行超前加固，在擴挖過程中還要進行的臨時支護，通過設置臨時支柱或者是對管片后圍巖進行超前注漿加固處理等方法，保證圍巖的穩(wěn)定性。

　　其次，對于異型斷面的特殊管片、連接異型斷面與普通斷面的連接構(gòu)件等還要在研究比較的基礎上進行合理采用。連接構(gòu)件必須要保證異型斷面處于合理的受力狀態(tài)，而且外形美觀。除此之外，為了施工和操作的方便，還要合理設計、積極研發(fā)小型盾構(gòu)機械等適用于局部擴挖的小型機械，為工程施工的順利完成提供更多的保證。

　　第二，積極探索針對特殊異型斷面型式的結(jié)構(gòu)計算方法與模式，與此同時，還要全面模擬施工過程隧道的初期加固、開挖、管片拆除、拼裝特殊管片等力學行為。在原基本穩(wěn)定的圍巖和管片系統(tǒng)基礎上拆除管片是在盾構(gòu)隧道基礎上進行擴挖的一個關鍵，在將管片拆除之后，圍巖及相鄰管片的應力就會進行重新分布，隨即而來的開挖優(yōu)惠對上一次的應力狀態(tài)進行再一次的破壞，在管片安裝完成之后又會對應力狀態(tài)進行新的調(diào)整，這些都影響著異型斷面的施工安全。因此，在進行各個環(huán)節(jié)的施工之前，要通過全面、系統(tǒng)、準確的分析與計算，充分掌握應力的變化和調(diào)整規(guī)律，依此采取有效的應對措施。

　　此外，還要在充分考慮連接部位應力應變分析方法的基礎上，優(yōu)化連接構(gòu)件的連接方式。一般情況下，采用搭接方式能夠有效改善連接部位的應力狀態(tài)。

　　結(jié)語：

　　總之，近年來，盾構(gòu)法在我國隧道工程施工中的應用越來越多。但是，目前我國在擴進盾構(gòu)法及盾構(gòu)法基礎上的人工擴挖法施工異型斷面方面尚未進行充分的嘗試與應用，盾構(gòu)設計和施工經(jīng)驗不足，多數(shù)隧道工程采用明挖法和礦山法進行施工，這些都極大地限制了盾構(gòu)技術在我國的發(fā)展。對此，我們必須要加大科研力度，積極采用先進的技術和施工工藝，廣泛吸取國外先進經(jīng)驗，推動盾構(gòu)施工技術在我國的發(fā)展和推廣。

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