新时期地铁盾构施工技术

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摘 要：盾构法是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法,主要用于软弱、复杂等地层的地铁隧道施工.本文针对地铁隧道安全施工和运营需求,结合现代工程测量新技术,从理论和方法上探讨新时期地铁盾构施工技术.

关 键 词：新时期；地铁；盾构施工

中图分类号：U231+.3

城市地铁以安全、迅捷、容量大、能耗低、污染少等优点倍受青睐,是现代化城市中的“绿色交通”,城市地铁作为现代化交通工具,是城市现代化的重要标志和窗口,世界各大城市和我国主要与重要城市正在积极规划和筹建城市地铁.盾构法是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的施工方法,与传统地铁施工方法相比较,盾构法施工具有地面作业少、适宜建造深埋隧道、对周围环境影响小、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快等优点,盾构施工方法以其独特的施工工艺特点和较高的技术经济优越性,越来越受到建设和施工单位的重视.从世界范围内看,盾构法隧道施工技术正在朝长距离、大直径、大埋深、复杂断面和高度自动化方向发展.我国自20世纪50年代,开始引进、利用盾构法修建城市地铁隧道,虽然起步晚,但发展很快,随着地下空间和城市地下快速交通系统的开发,我国盾构技术与盾构施工方法必将取得更大、更快的发展.随着城市地铁工程建设任务的剧增和新技术在盾构施工测量中应用,工程测量人员要适应城市地铁建设发展形式,掌握盾构法隧道工程测量新技术,运用经济、合理、快捷的测量方法,为城市地铁盾构施工提供高质量的测量数据成果.保证盾构机瞬时位置符合设计要求,沿着预定三维方向掘进,在开挖面的掘进中,保证施工中线在平面与高程上沿设计轴线延伸、贯通,隧道衬砌的三维位置符合设计要求,保证隧道工程相关建筑物准确建造在设计位置处,不侵入规定界限.

1.地铁盾构施工测量新技术

工程测量的任务是为各种建设工程提供精确的定位数据和图件,保障工程建设按设计要求竣工和安全有效地运营.为更好地发挥工程测量的作用,广大测绘工作者不断积极研究和探索各种新技术、新方法及其在工程测量中的应用途径.近年来,微电子学、光电技术、计算机技术、空间技术和信息技术的进步,极大地促进了工程测量技术的飞跃发展.

1.1电磁波测距和电子测角技术的发展

电磁波测距仪和电子经纬仪的出现,是地面测量技术的显著进步.近年来电磁波测距和电子测角技术发展很快,各类新型仪器不断推出,测距测角精度有很大提高.就测距来说,一般的测距仪已能实现5mm士5Pmm的精度,高精度的测距仪,标称精度最高已达1mm士1Pmm,电子经纬仪的测角精度也由一般的5″或2″提高到1″或0.5″,特别是电子经纬仪、测距仪和电子手簿组合而成的全站仪的发展,使地面测绘技术实现内外业一体化和自动化成为可能.

1.2全球定位系统G（PS）技术的应用

应用GPS定位技术是测绘科学的一项革命性变革,使三维坐标测量变得简单.近年来,全国各大中小城市的城市控制网的新建、扩建和改建,众多的桥梁、隧道、水电工程和一些大型工业、企业场地的施工控制测量,无一例外地都运用了GPS定位技术,且取得了相对误差高达10-5～10-6的较好精度,同时也极大地提高了工作效率.

1.3电子计算机技术的应用

电子计算机技术在工程测量中的控制网优化设计、测量数据处理中的平差计算、数字化测图、各种工程测量数据库与信息系统的建立和安全监测实时系统的建立等方面得到广泛应用,是降低测绘成本、提高测绘工作效率和可靠性的最有效且必不可少的工具.

1.4数字化测图技术和地理信息系统的应用

目前,以全站仪为主体的地面数字测图技术己较成熟,并被广泛应用于城市和工程的大比例尺测图和地籍图、房产图的测绘中,极大地减轻了劳动强度,提高了工程效率.数字地图和数字地面模型己在城市规划、工程设计和铁路、公路的线路设计中得到广泛应用.

1.5激光技术的应用

激光经纬仪、激光准直仪、激光水平扫描仪等各类激光设备,被成功应用在各种工程放样和变形监测中,不仅节约了时间,提高了工效,也更好地保证了轴线定线和平面放样的精度,并为施工测量自动化创造了条件.除此之外,力学、机械技术和电子技术的结合,使陀螺经纬仪定向技术向精度更高、定向时间更短、仪器重量更轻的方向发展,使城市地铁、大型隧道、长距离的线路勘测等工程测量中的测角误差积累现象得到了更好的控制.

2.地铁盾构技术的发展趋势分析

随着人类对地下空间的进一步开发利用,盾构技术必将向长距离、大直径、大埋深、断面复杂和高度自动化方向发展.在城市有限的地下空间中,探索构筑经济断面形状、穿越密集地下建筑空隙、兼顾环境保护和降低施工费用的盾构隧道施工方法,将具有十分重要的意义.

单圆面盾构隧道虽然有受力与施工方面的合理性,但在某些情况下,空间利用并非最佳.双圆面盾构隧道适合双线地铁的净空需求,与圆形断面相比,其无效断面少,可以一次获得合理的隧道断面.双圆形断面可以采用上下、左右任意组合的结构形式,可以选择与周边条件和施工条件相适应的最佳断面.由于无效断面少,故缩小了开挖断面,比以往的施工断面经济、合理.

日本已开发多圆面盾构机（二心圆、三心圆）,进入实用阶段的施工方法有多圆面盾构施工法,即断面可以纵横变化.土压式的有DOT盾构机,泥水系列的有淤盾构机,H及V盾构机具有横向、竖向双连相互转换的功能.

盾构技术在我国刚进入一个高速发展阶段,目前在城市地铁盾构隧道施工中遇到的问题及将来可能会遇到的课题,需要广大工程技术人员和管理者不断探索,研究对策,为盾构隧道施工技术的发展更加努力工作.随着地下空间和城市地下快速交通系统的开发,我国盾构隧道及盾构技术必将会取得更大发展,根本途径在于盾构设备及其备件的国产化和掘进刀具的国产化以及盾构消耗材料的国产化.

3.结束语

城市地铁作为现代化交通工具,是城市现代化的重要标志和窗口,世界各大城市和我国主要与重要城市正在积极规划和筹建城市地铁.盾构法与传统地铁隧道施工方法相比较,具有地面作业少、对周围环境影响小、自动化程度高、施工速度快等优点,随着长距离、大直径、大埋深、复杂断面盾构施工技术的发展、成熟,盾构施工方法越来越受到重视和青睐,逐步成为地铁隧道的主要施工方法.运营多年的地铁隧道,由于横跨不同的地貌单元和受动荷载的影响,不均匀沉降已威胁到地铁列车的行驶安全.