盾构机施工技术现状及发展前景展望

引言：伴随社会经济发展水平的日益提高，以及城市化进程的不断加快，高层建筑不断增加，地上空间的可利用率越来越小，因此在很多一线城市，陆续建起了城市地铁，发展地下交通，而盾构机则凭借其施工技术的安全高效性走进了城市建设的方方面面，开始在城市地下空间的建设中得到越来越广泛的应用。

一、盾构施工技术基本原理

近年来，伴随我国盾构技术的飞速发展，盾构施工技术目前已经成为构筑地下铁、电信、电力、上下水道等城市隧道的主要施工方法，为了适应不同工程的需要，盾构施工技术还需进一步完善。

盾构施工技术是指通过使用盾构机，在控制开挖面及围岩发生坍塌现象的前提下，对隧道等建设工程进行掘进和出渣，并通过机内的拼装管片进行衬切和壁后注浆，且不扰动围岩的隧道修筑方法。利用盾构机进行盾构施工，其原理主要是，在不扰动围岩的前提下，完成隧道等工程施工，最大限度的减少对周围建筑物的破坏影响，确保施工效率最大化。为达到这一效果，必须把握盾构的关键技术，盾构施工技术作为一种暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，其主要是运用钢制组件在隧道设计的轴线上利用刀盘在开挖面不断切割土体向前推进，再通过钢制组件的外壳支撑防止隧道内部渗水和坍塌。与此同时，运用运输设备将土渣运出洞外，在借助机内的拼装管片进行衬切和壁后注浆，进而形成隧道结构。

二、盾构机施工技术现状

虽然盾构施工技术近几年在我国已有了长足进展，但若要跟上城市发展脚步还需进一步改进施工技术，另外，在盾构机施工作业过程中也暴露了不少问题，这都需要相关技术人员再对该技术更深层次的进行基础性、理论性的研究。

1、隧道管片的设计问题

盾构施工结束后，隧道内部最终结构物的形状由隧道管片决定，加之管片所形成的结构物是永久性的，因此，管片的设计是盾构机施工作业中非常重要的环节。虽然当前我国在隧道施工中已经考虑到了管片的设计方法，但仍不完善，所以当务之急便是系统的进行盾构隧道管片设计。

隧道管片的设计主要根据隧道断面上的受力进行计算，计算断面受力主要从以下方面考虑：荷载的设定。对于垂直土压力的设计，一般来说，就较为软弱的粘土地基或者覆土厚度小鱼隧道直径的工程而言，应考虑在隧道开挖后能否在隧道顶部产生拱效应，通常不会考虑松弛土的压力问题。对于水平土压力的设计，在不明确水压力和土压力应分别计算还是一起计算的前提下，出于安全考虑，应将两种情况都进行计算，最后选取对安全不利的结果进行设计。

2、开挖面的稳定问题

盾构技术的主要原理是，在不扰动围岩的前提下，完成隧道等工程施工，最大限度的减少对周围建筑物的破坏影响，确保施工效率最大化。因此其施工的关键就是维持开挖面的稳定性。通常所用的维持开挖面稳定性的盾构方式是泥水加压式盾构和土压平衡式盾构。

泥水加压式盾构方式主要是通过压力舱内泥水的压力和特性来控制开挖面的稳定。一般来讲，泥浆的比重越大越有利于开挖面的稳定性，但是针对较长距离的 隧道开挖中，泥浆比重大就会引起泥浆输送泵超负荷做工，同时泥水处理的难度也会加大，而泥浆比重过小就会出现逸泥现象，从而增家泥膜形成的难度。所以在维持开挖面稳定中，还应研究对泥浆压力的控制和泥浆的成膜机理。

土压平衡式盾构方式是在压力舱内充满开挖泥土，再对开挖泥土施加压力，以此来平衡开挖面上的土压力和水压力。一般来讲，压力舱内开完泥土的状态应符合土体不易固结排水、土体处于流塑状态、土体具有不透水性这三个条件，才是最为适合于土压平衡式盾构的围岩。但在现实条件下，很多天然的土体难以满足上述条件，这时，土体就会在刀盘、压力舱内形成土饼状态，从而造成压力舱闭塞导致旋转扭矩上升，排土不便。对于该种地层，就应根据地层的土质条件，采取向刀盘、压力舱内添加泥浆等材料，来改善土体性质，使得土体满足以上条件。

三、盾构机施工技术发展前景展望

1、向微型化和超大化方向发展

现今，伴随社会生产力水平的不断提高，城市化进程不断加快，城市建设的飞速发展对盾构施工技术提出了越来越高的要求，一些站在技术的前沿的科学家们也正跟随时代发展脚步，为适应当前隧道工程项目的变化要求，不断站在技术前沿，探索盾构技术的新发展、新进步，当前随着城市轨道交通的不断发展，在大批科学家的共同努力下，力图打造更具技术水平的盾构机，盾构机的横断面直径越来越朝着微型化和超大化方向发展。

2、向高度自动化方向发展

随着国内各种技术智能自动化水平的提高，我国开始在各个领域开拓自动化技术，盾构施工更加需要自动化的支撑，借助自动化技术优势，提升隧道工程施工效率，保证施工质量，同时还节省了大量人力资源，为施工作业人员的生命安全带来了保障。现今，我国计算机技术、遥感等领域技术飞速发展，盾构机在使用过程中也完全可以借助高速发展的自动化技术，利用传感器检测各种数据是否正常，并与计算机系统进行通信，由计算机判断下一步的操作，由此使得盾构及时朝着自动化方向发展。

3、向多样化方向发展

科技发展日新月异，在高速发展的城市建设中，各种各样的轨道交通应运而生，在隧道盾构施工过程中，针对不同工程横断面的不同情况，衍生出了各种形式的盾构机，例如矩形、圆形、椭圆形等，加速了盾构技术对隧道环境的适应能力，促使盾构技术向多样化方向发展。

结语:本文主要介绍了盾构技术的基本原理，分析了盾构机施工技术现状，并对其未来发展前景做出了预估，也正因为盾构技术在随着科技水平的提高而不断完善，所以其良好的发展前景也是毋庸置疑的。

参考文献：

[1]李景轩. 基于土压平衡盾构机控制策略研究[D].西安理工大学,2018.

[2]韩影. 盾构机刀盘电气系统的控制及故障诊断研究[D].西安理工大学,2018.

[3]周洋. 盾构机液压推进系统故障诊断技术研究[D].华北水利水电大学,2018.

[4]黄凡. 盾构机推进系统协调控制策略研究与实现[D].西安理工大学,2017.

个人简介：唐小林，1966年9月2日出生，男，汉族，湖南省衡阳市，项目经理，工程师，大专，中铁隧道股份有限公司