一、地铁盾构施工的优点
盾构法是采用盾构在地面以下进行隧道开挖的一种施工方法。盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。
钢筒的前端设置有掘进挖土和支撑的装置,钢筒的中段安装有的千斤顶,为盾构向前掘进提供动力;钢筒的尾部设有可以拼装预制或现浇隧道衬砌环的装置。在盾构施工前应先修建一竖井——竖井的位置通常为某一车站的位置——在竖井内安装盾构。
盾构安装完成后开始掘进,挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构每推进一定距离,就在盾构尾部拼装或现浇一环衬砌,并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆,以防止隧道及地面下沉。
盾构法的主要优点:除竖井施工外,施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又降低了噪音和振动,减少了对周围环境的影响;盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,便于施工管理,效率高;施工受气候条件影响小;对于地质条件差、地下水位高、埋深较深的隧道施工,盾构法有较高的技术经济优越性。
盾构法隧道施工在国内最初用于城市地下管网隧道施工。由于具有安全、可靠、快速、环保等优点,盾构法隧道开挖施工在城市轨道交通隧道施工中被广泛采用。随着我国城市轨道交通的盾构掘进技术的不断发展,目前盾构不但可以进行圆形隧道的开挖,还可以开挖出方形隧道。此外,目前已在使用的双圆盾构,能一次同时开挖两条平行的区间隧道,解决了双线隧道施工中两边隧道分别掘进时的相互影响及对周围土体的二次扰动难题,同时也加快施工进度。
而超大半径盾构的出现不但拓宽了隧道的空间,同时也满足了更多的需求。上海大连路越江道路越江隧道采用直径 11.2m的泥水盾构建成,这是目前我国最大直径的盾构机。而上海中环线的上中路隧道采用大直径盾构开挖,使得隧道内修建上下两层道路成为了可能。
二、盾构的风险
1、盾构进出洞风险
目前国内城市轨道交通区间隧道施工大多采用盾构法施工。盾构法隧道施工一般是在预先建造好的工作井内进行盾构的安装、调试和试运转,然后将其准确地搁置在符合设计轴线的基座上,随后开始沿设计轴线向前掘进,而当盾构将到达终点时,应准确测定盾构的位置,并对其姿态进行适当的调整和控制,使其准确无误地到达接收井内预先建造安装好的基座上。盾构的进出洞工序是盾构法隧道施工的关键工序,该施工技术的优劣直接影响到隧道的轴线质量、盾构进出洞处的环境保护乃至工程施工的成败。如此,盾构施工首先要面临盾构进出洞的风险。
盾构进出洞易发生的事故有:
(1)洞门处土体涌入工作井内,造成地面塌陷,周围建筑、管道位移或坍塌;
(2)洞圈涌泥砂,导致地面、隧道沉陷,影响周围建筑、管道安全;
(3)盾构出工作井洞口后,失去基座支撑,一旦控制不当,容易产生上抬或下沉,使得盾构偏离设计轴线,甚至无法正常施工;
(4)盾构进入接收井时,若事先位置测定有误或姿态调整、控制不当,或接收井内基座位置等不当,当盾构上基座后会产生姿态突变,造成洞口处成环衬砌轴线的突变、环缝拉开、圆环变形等不良现象。
(5)管片产生碎裂、环面不平、内外张角严重、纵缝喇叭大、环向旋转等不良现象。
2、盾构法隧道掘进施工过程中的风险主要有:
(1)盾构掘进轴线偏差风险,即盾构掘进过程中,盾构推进的轴线过量偏移导致隧道实际轴线与设计轴线发生偏差。
(2)地表塌陷的风险,即盾构掘进过程中由于地质条件原因及人为控制不当导致地面塌陷,危机施工隧道、及地表建筑的安全。
(3)穿越河川的风险,当盾构通过河川时,如果距离河床较近,一旦河床土体受到较大扰动或土压力平衡控制不当,容易引起涌沙、河床坍塌及周围桥梁等建筑的位移、沉降乃至坍塌。
(4)穿越既有隧道的风险,当盾构通过既有隧道附近时,会对其周围土体产生扰动,若控制不当会导致既有隧道的位移、变形甚至塌陷。