盾构技术在市政管廊中的运用

引言

城市地下综合管廊属于城市基础设施建设的关键部分，可有效解决城市“马路拉链”问题，提升城市管理水平。传统明挖法施工对城市交通和环境影响较大，无法满足现代城市建设需求，盾构技术具备机械化程度高、施工安全、对环境影响小等优点，成为市政管廊建设的首选方案，尤其在城市核心区域、交通繁忙路段及地质状况复杂的地区，盾构技术的优势更为突出。

一、盾构技术在市政管廊建设中的优势分析

（一）施工效率与工期可控性优势显著

盾构施工全机械化，掘进、出土、管片拼装等工序连续开展，日掘进速度 8-15 米，比传统明挖法提高 3-5 倍。盾构设备装有先进自动控制系统，可精准控制掘进参数，保证施工进度始终可控，城市管廊建设时，盾构技术能缩短工期，降低对城市正常运行的干扰时长，盾构施工不受季节、天气等外界因素影响，可全天候持续施工，工期预估准确率高 [1]。盾构施工的标准化作业流程让各个工序紧密衔接起来，工序转换所需的时间被缩减，整体施工效率比起传统方法明显改善，智能化监控系统投入之后，可以即时改良掘进参数，施工效率得到提升，工程质量的稳定性也得到保障，大幅减少了工期延误风险。

（二）对地面环境影响小且利于城市功能保护

盾构技术在地下掘进，地面无需大面积开挖，最大限度保护地面建筑、道路交通、市政管线的正常运行，施工仅需在始发井和接收井处局部开挖，占地面积少，对城市景观和居民生活影响微乎其微。在穿越繁华商业区、历史文化保护区等敏感地带时，盾构技术可在不影响地面活动的情况下修建管廊，盾构施工噪声低、振动小、无扬尘污染，符合绿色施工要求。盾构施工产生的渣土通过密闭运输系统直接外运，不再出现传统施工造成的二次污染及扬尘现象，施工期间地面沉降控制在毫米级，依靠实时监测并动态调节，可以保证周边建筑物与地下管线绝对安全。

（三）施工安全性和地层适应性俱佳

盾构机有完备的安全防护系统，包括超前探测、即时监控、自动报警等功能，可及时发现并处理施工危险，保证施工人员安全。盾构施工在密闭空间中展开，规避了传统挖掘施工的坍塌、涌水等危险，现代盾构技术能够应对软土、沙土、岩层等不同地质情况，通过改变刀盘配置、掘进参数等手段，在复杂地层中实现安全掘进。盾构机装有多种安全保障系统，有毒有害气体检测，应急逃生通道，消防灭火装置等等，全面保证施工人员的生命安全，遇到复杂的地质突变情况的时候，盾构机能通过替换刀具，改变掘进模式等方式灵活应对，从而保证施工的连续性与安全性。

二、盾构技术在市政管廊施工中的关键应用

（一）盾构选型与参数优化设计

盾构选型是确保工程成功的首要环节，需要综合考虑管廊断面尺寸、地质条件、施工环境等因素，对于市政管廊常见的3-6 米直径断面，通常选用土压平衡盾构或泥水平衡盾构。在软土地层中，土压平衡盾构通过控制土仓压力维持掌子面稳定；在富水砂层中，泥水平衡盾构利用泥浆压力平衡地下水压，刀盘设计要根据地层特性进行优化，软土地层采用辐条式刀盘，提高切削效率；硬岩地层配置滚刀，增强破岩能力，推进系统参数设计包括推力、扭矩、推进速度等，需要通过理论计算和工程类比确定。比如，推力计算要考虑刀盘切削阻力、盾壳摩擦力、管片拼装反力等因素，一般取安全系数 1.5-2.0，掘进参数优化还包括土仓压力设定、注浆压力控制、推进速度调节等，这些参数相互关联，需要建立动态调整机制，通过BIM 技术进行三维建模，模拟盾构掘进过程，优化施工参数，能够有效提高施工效率和安全性。

（二）掘进过程控制与地层稳定技术

掘进过程控制是保证施工质量和安全的核心环节，土压平衡控制要根据地层条件实时调整，一般控制土仓压力为静止土压力的1.0-1.2倍。通过螺旋输送机转速调节出土量，维持土仓压力稳定，掘进姿态控制采用自动导向系统，通过激光或陀螺仪实时监测盾构机位置，偏差控制在 ±50mm 以内，当出现偏差时。通过调整千斤顶推力分布进行纠偏，每环纠偏量不超过 10mm ，避免管片受力不均，地层稳定技术包括超前注浆加固、同步注浆充填、二次补充注浆等措施，超前注浆在软弱地层或建筑物保护区段实施，注浆范围为隧道外径1.5-2 倍；同步注浆采用惰性浆液，注浆量为理论空隙的 150-200% ，注浆压力控制在 0.3-0.5MPa ；二次注浆针对沉降监测异常区段进行补强，地表沉降监测是掘进控制的重要反馈，布设监测点间距 10-20 米，监测频率为每天 2-3 次，当沉降速率超过 3mm/ 天时立即采取措施，通过建立“监测- 分析- 调整”的闭环控制系统，实现掘进过程的精细化管理。

（三）管片拼装与防水密封处理

管片拼装质量关系到管廊结构安全和使用功能，拼装前应对管片进行质量检查，尺寸偏差，表面平整度，止水条完整度等，不合格的管片不得使用，拼装采用错缝拼装，相邻环管片接缝错开 1/3-1/2 管片宽度，提高结构整体性，拼装精度控制在环向间隙 ⩽5mm ，径向错台 ⩽3mm ，通过调整千斤顶推力和拼装次序来实现精确拼装，螺栓连接采用高强度螺栓，预紧力矩达到设计值 95% 以上，保证接缝严密，防水体系采用“结构自防水 + 接缝密封”。 管片混凝土抗渗等级不低于 P8，高性能混凝土配合比优化，防水剂提高密实度，接缝防水采用三道防线，弹性密封垫第一道防线，遇水膨胀橡胶条第二道防线，嵌缝密封第三道防线，弹性密封垫三元乙丙橡胶，压缩率 40%-50% ，遇水膨胀橡胶条膨胀率 ⩾200% ，自动封堵细微渗漏通道，手孔，注浆孔等特殊部位采用专用防水，保证管廊全生命周期防水。为了更直观地展示盾构技术在市政管廊施工中的关键应用环节及其相互关系，系统梳理了从盾构选型到最终完工的完整技术流程, 如图一所示。

图一：盾构技术在市政管廊施工中的关键应用流程图

结语

盾构技术在市政管廊建设中具有明显的技术优势和应用价值，科学的盾构选型、精细的掘进控制、严格的质量管理能够保障市政管廊施工的安全、高效与环保，随着盾构技术的不断发展完善，其在城市地下空间开发中将发挥越来越大的作用。未来应加强盾构施工智能化、信息化建设，提高施工管理水平，为城市的可持续发展做出贡献，也要完善盾构施工技术的标准规范体系，建立健全质量控制体系以及风险管控体系，让盾构技术在市政管廊建设中走向标准化、规范化之路，积极探寻盾构技术同 BIM、物联网、人工智能这些新技术结合起来的途径，创建起智慧化的施工管理平台，促使市政管廊建设迈向数字化转型并且实现高质量发展。

参考文献:

[1] 吴开慧. 盾构技术在市政管廊中的运用[C].2023 年智慧城市建设论坛深圳分论坛论文集. 中国广东省深圳市,2023:118-119.

[2]孙建宇.盾构技术在地铁施工中的应用[J].江西建材，2022（12）：272-273,276.