摘要：目前在隧洞工程施工中，比较常使用到盾构法施工，这一施工方法具有较强的适应性，在各种环境中都能够使用，尤其是在含水量较大或者土质较软弱的区域，更能体现出盾构法的优势。基于此，本文结合具体的工程，分析盾构法施工过程中需要注意的问题及施工要点，希望能够有效发挥盾构法的优势，提升隧洞工程的施工质量。
关键词：隧洞工程；盾构法；施工要点
1 盾构法的概述
盾构法属于一种地下挖掘技术，常用于隧道建造中，且由于具有较强的适应性，在软土层或含水量较高的地层中进行隧道掘进具有较明显的优势，其作为一种防护结构，在确保地层稳定性的基础上促使掘进机有效进行掘进。可见，盾构不仅是一种施工机具，同时也是一种强有力的临时支护结构。从盾构机的外形上看，犹如一个大的钢管机，在隧道侧的部分较大，目的是能够进行外向水压和地层压力的阻挡。盾构机主要有三个部分组成，分别是前部的切口环、中部的支撑环和后部的盾尾。盾构出洞具体可见下图1。
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图1 盾构出洞示意图
1.盾构拼装井 2.后座管片 3.盾构基座 4.盾构 5.管片拼装器 6.运输轨道
1.1 施工原理
将盾构法应用于隧洞工程施工中，具有重要的作用。由于盾构本身就是一种很好的支护设备，加之千斤顶的作用，能形成一个完整的支护体系，这样能够有效保证隧洞工程施工质量与施工安全。在具体的施工过程中，先要进行开挖，开挖就需要在前面设置切削装置，后面设置运输设备和传送设备，目的是能够边开挖边将挖掘的原料运出隧道。另外，在使用盾构法时，其施工精准度要求较高，所以需要装设相应的监控设备，以此对整个施工过程进行实时监控，确保掘进的精度，从而保证施工顺利进行。
1.2 施工流程
在隧洞工程使用盾构法施工时，大致经过这几个施工流程，分别是盾构初端出洞、正式掘进和盾构接收。
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图2 盾构施工流程图
首先在盾构初端出洞时，施工人员需要对正面的土体进行详细的检查，确保盾构机有序施工。如果发现洞口有渗漏的情况，务必采取有效措施解决。同时还需要对管片的第一环和最后一环并在位置进行检查，并确保千斤顶和盾构处于良好的工作状态。其次在正式掘进时，要反复检查盾构状态和管片拼装情况，结合地面沉降情况和测仪表获得的数据，找出施工中的参数指标。在掘进时还要实时对盾构姿态进行监测，合理控制盾构轴线范围。最后是盾构接收环节，其对整个隧洞工程施工质量有着重要影响，需要施工人员做好进洞工作的相关操作，加强导线的控制，并保证施工时盾构的姿态，从而保证隧洞工程质量。
2 工程概况
以某输水隧洞工程为例，其属于南水北调配套工程的重要组成部分。整个隧洞的长度为8.2km，在工程设计时供水量为18.23m3/s，最大供水量为24.30m3/s。在对该工程进行地质勘察时，发现工程区域的岩土性质从上自下有素填图、粉质粘土、中细砂、卵砾石层、粘质粘土和圆砾层。在隧洞上部3km位置主要为卵砾石层，含有些许中细砂层和粉质黏土。结合该工程的地质条件以及施工要求，经过多个方案比较分析后，决定采用盾构法进行施工。
3 隧洞断面与线形设计分析
3.1 断面形状和尺寸设计
隧洞断面形状主要有圆形、双圆形、半圆形、矩形等多种形状，本工程断面形状全部为圆形，除了地铁直径线的管片外径为11.6m外，其余均为6m。设计断面形状为圆形的目的是保证水工隧道的衬砌结构与围岩进行有效联合，进而有效承受水压力作用。对于输水隧道的尺寸设计，需要根据输水规模来进行确定，本工程设计的供水流量为18.23m3/s，因此采用直径为5m的盾构机进行施工，只需要保证二次衬砌后成洞为3.6m即可。但是考虑到未来城市发展及水源调度的需求，需要预留一定的空间，最终决定根据输水隧洞最大供水量24.30m3/s确定使用直径为6m的盾构机进行施工，二次衬砌后成洞为4.6m。
3.2 平面线形设计
为了更好地进行输水隧洞施工，在设计盾构隧洞平面线形时，最好是选择直线和大曲率半径的曲线。考虑到大部分盾构隧洞的位置在市区，这样就会受到地表环境、地下建筑和用地规划等方面的限制，进而出现小曲率半径的曲线。本工程由于受到地表环境限制，因此设置了10处转弯。从理论上讲，使用带中折机构6m盾构机就能够实现曲率半径为150m的隧道施工，但是在实际的施工过程中，对于曲率半径小于350m的地段，要采取多项措施避免掘进时管片变形和错位，同时也要加强施工监测等，一定程度上会增加施工的难度，且施工风险也会随之增大。为了确保施工顺利进行以及保证施工安全，在设计输水隧道平面线形时，要控制最小转弯半径为400m。
3.3 覆土厚度设计
基于施工效率和管理维护方便等方面的考虑，在设计隧洞埋深厚度时当然是越来越浅最好。但是因为盾构法属于掘进施工，如果埋深太浅，则容易引发塌陷等安全事故。这就需要合理进行覆盖土层厚度的设计，在设计时要充分考虑隧洞断面尺寸、地质条件、地下建筑分布等因素。由于本工程所处的地层稳定性较良好，有利于进行地表沉降的控制，所以可以适当减小覆土厚度。另外，考虑到隧道经过多条高速公里，局部有地下管线等，施工环节较复杂，因此在这些施工区域采取地面加固和洞内技术措施，以此对地表沉降进行有效控制。
4 盾构法施工要点
4.1 区间划分
在划分盾构区间时，如果在同一盾构中缩短其长度，那么就需要增加盾构机的数量，伴随着施工成本也会增加，且在每完成一个区间的掘进施工后，也需要重新进行吊拆、转场、重新组装等工作，才能进行进行下一个区间的施工。出于这些方面的考虑，在划分盾构区间时长度越大越高。需要注意的是，在每次增加盾构掘进的长度时，如果不能够进行系统的检修，盾构机就很容出现故障，进而产生停工，严重情况下还会存在安全隐患。另外伴随着掘进长度的增加，洞内出渣和进料运输的距离也会越来越大，这势必就会对施工效率和施工成本产生影响。所以从施工效率和施工安全方面考虑，在划分盾构区间时又不能够过长。
综上所述，在对输水隧洞区间进行划分时，需要考虑这几个方面的因素：第一，经济性。在盾构区间过长或过短时，都会使施工成本增加，因此需要根据不同的工程特点及施工条件，选择最为经济合理的区间长度。结合本工程的实际情况以及施工数据测算结果，最为经济合理的区间长度为3km。第二，施工效率。在划分盾构区间长度时，要充分考虑工期要求，应当合理进行线路的规划，同时做好相应的准备工作，包括盾构机组装调试等，在施工过程中也要确保盾构掘进、二衬施工、工程验收等多项工作的合理规划，在保证工程按期完成的同时，能够有效提升施工效率。第三，检修维护。在使用盾构机施工时，务必要重视盾构机的维护检修。第四，盾构井的布置。盾构井的布置需要充分考虑沿线地面建筑物、地下构筑物和管线分布、交通条件等相关因素，并反复进行优化调整。经过多方面考虑和比较，本工程在布置盾构井时主要是在平面和纵段的直线段中设置。具体可见下表1。
表1 盾构施工分段统计表
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结合工程实际情况及现场场地条件，布置盾构井时共设置了5座，1#为单始发井，2#为始发间接收井，4#是双始发井，3#和5#为接收井。这5座盾构井将盾构隧洞划分成了4个盾构区间，每个区间的长度大约在1.7~2.1km之间。
4.2 衬砌施工
在输水隧洞工程施工过程中，水压力是一个非常重要的施工指标，因此在具体的施工过程中，不仅要对管片进行衬砌，还要对现浇钢筋混凝土进行二次衬砌，以此保证输水隧洞的承水压力。从经济性方面考虑，如果只是使用盾构井进行衬砌施工，那么施工时间就增加，比如一个盾构区间是2.1km，按照衬砌长度1.05km和衬砌月进尺75m来计算，那么需要花费14个月的时间才能够完成二次衬砌，这样工期非常长，而且这期间投资成本也会随之增加，所以并不是很合理。对此，可考虑在盾构区间中设置竖井来增加衬砌施工的作业面，而且竖井也能够对盾构机进行检修。另外，结合本工程设计要求，为了最大限度节约成本，在布置衬砌竖井时，需要将其与永久阀井结合进行布置。本工程一共设置了7座二衬竖井，且皆为永临结合布置。实践证明，这样的布置方式能够在满足施工安全和便利的同时，有效节约工期。
5 结语
综上所述，盾构法具有施工安全、快速等优点，因此被广泛应用于隧洞工程施工中。本文结合具体的工程，详细介绍了盾构法施工过程中相关要点，并验证了盾构法的施工优势，希望能够为类似工程提供有效的参考。
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