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摘要：随着我国经济社会的发展，综合国力的提高，对基础设施的投资和建设逐步加大，隧道开挖工程作为一项技术复杂、安全风险大、施工难度高的项目，其技术和安全措施是施工单位研究的重点。本文对盾构机在隧道施工中的作用进行了简单介绍，并对利用盾构机穿越特殊地段的影响、难点进行了汇总，从施工技术及安全控制措施方面进行了探讨，以期对同行业者有所启发。
关键字：盾构机；施工技术；安全措施
引言
大型基础设施的建设离不开先进的机械使用，盾构机作为隧道掘进的大型机械，具有掘进、出土、衬砌为一体且能连续作业的功能特点，相比于传统的爆破开挖法，使用盾构机掘进速度可提高8至10倍，对地面不产生干扰，不需要拆迁、对交通无妨碍，对居民生活没有影响，不产生噪音等。因此，现已大量用于铁路、公路、水利和城市轨道的建设之中。特别是针对城市轨道交通建设中面临的地面人流量大、地上和地下构筑物密集、拆迁难度大、城市地下水文地质构造复杂等极为苛刻的施工环境，其区间隧道的开挖，正好利用了盾构法所具有的优点，因此，盾构机目前已全面应用于城市轨道交通建设。
一、盾构法施工的难点简介
盾构法隧道施工与传统的隧道施工方法比较具有诸多的优势，但其技术和安全方面仍然存在诸多的挑战，主要是因为地下水文地质环境的复杂性以及工程管线附近的人造构筑物对线路产生阻碍的影响。
1.水文地质环境是极为复杂多变的。在漫长的年代里经历了各种自然和人为因素的作用产生了很大的变化，这种变化造成了局部的坚固性、粘滞性，以及工程管线附近的含水量、地下暗河、上层滞水、地下潜水和承压水等情况。因此，盾构机在掘进过程中，如果没有做好提前准备和必要的安全技术措施，有可能发生地面坍塌、盾构机颠覆失稳等事故。
2.工程管线附近构筑物对工程的阻碍。构筑物与工程管线之间存在互相的干扰，从而对工程的实施造成阻碍。盾构机穿越构筑物下方，势必造成土层的扰动，有可能造成地面的沉降，发生路面坍塌，建筑物开裂、沉降等问题；而处于地下的构筑物，如地下管廊，较深的基础等障碍物，一旦距离工程管线过近，对盾构机的操作也有很大的挑战。上述水文地质环境的影响和建（构）筑物的影响并不是单独出现。例如：沈阳地铁四号线，仅16标段的施工，所能遇到的就综合了下穿地下电力管廊，平行斜穿时，管底距离盾构刀盘顶部垂直距离仅为1.45米，区间平行斜穿3号线有轨电车，其最短垂直距离刀盘顶部9.8米，同时下穿区段为R=400m的小半径曲线，其他还包含约10处距离相对在10至12米间的地下管线。充分说明了盾构法在区间隧道中穿越特殊地段的危险性。
二、盾构机穿越特殊地段施工技术及安全措施探析
盾构机穿越特殊地段可分为五个阶段，针对安全风险，其施工技术及安全措施如下：
（一）盾构到达前
土仓的压力的大小以及出土量是造成底层受到扰动从而出现变形的主要因素。因此，要控制土仓压力和出土量。当土仓的压力较大。但出土量较少时，地层呈现上推压力，表现出地表隆起；当土仓的压力较小，但出土量较大时，地层呈现下降状态。
1.土仓的压力要根据以往的施工经验，合理调控设定压力数值，并保证在掘进过程中保持压力的稳定持续输出，平衡开挖面的土层压力和水压力。盾构机的掘进速度要匀速控制，一般设定在30-55毫米每分钟，这一过程中，一定要保持掘进速度，刀盘的旋转速度，出土量和注浆量相匹配；要保持掘进的稳定性，按照8环每天的效率掘进即可。
2.开挖面土层压力保持温度，要满足以下条件：一是对于土层压力与盾构机泥土的塑化相平衡的改良效果，要以该地层中对圆砾、砂砾的状况和以往的试验结果，选择合适的渣土改良剂。根据试验结果，当膨润土与泡沫共同使用时，渣土改良的效果较使用其中一种效果更好，并且渣土改良剂的充填率在20～30%为最佳。
3.要预防地下水通过刀盘主轴、盾尾部以及衬砌缝隙等部位渗入隧道。为此，一方面要保持盾构机刀盘的主轴驱动部位、盾构机尾部等部位的密封；二是要保证盾构机尾部密封注入量，以衬砌环片每环2至2.5桶为宜，确保管片的密封质量。
4.盾构进入前应尽快调整好盾构机的施工状态，以最好的状态通过该段。
5.严格保证盾构匀速、连续通过，确保盾构机不停机。
（二）盾构到达时
此阶段出现了极大的土层扰动现象，区间隆起或沉降会表现明显，为此，应该做好以下措施：
1.要合理调整土层压力的数值，并保持稳定输出，以此平衡开挖面的土层压力和水压力。
2.要加强盾构出土量的控制，并保持均匀。
3.遇到不良情况时，要及时对盾构机的推力、掘进速度、刀盘扭矩等参数进行调整，以稳定为主。
（三）盾构通过时
该阶段若注浆量不足，地面会沉降，若注浆充填率超过200％时，地表会隆起。该阶段的控制要把握好原则，即控制好盾构机姿态，尽量减少纠偏次数和幅度，确实需要纠偏时，要减少纠偏幅度，用增加纠偏次数的方式进行纠偏。举例说明：在硬土质地层中掘进，在纠偏过程中或者曲线时必然需要超挖，对此情况要避免半径过大，以及超挖量的控制。因此，在进入构筑物等障碍的影响范围前，首先调整好盾构机的姿势状态，并保持姿势穿越，在穿越过程中要保持匀速掘进。盾构机的姿态调整不可出现较大、较频繁的操作，减少对地层的扰动。
（四）盾尾通过时
该阶段最易发生突沉，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。
1.用同步注浆方式，及时填充尾部缝隙。
2.确保浆液配置质量。浆液的质量要以泌水性小、和易性好为标准，并且要定期取样试验，对于出现固结或收缩的情况，要调整配合比。同步注浆的浆液选择可硬性浆液，根据不同地层情况及结合地面监测情况采取具有不同凝结时间的浆液。
3.严格控制注浆量和注浆压力。一是掘进同步时的注浆量一般为建筑空隙量的140%至200%之间。约为每环注浆量为4.8至6.3立方米。注浆的压力值控制在0.2-0.3兆帕。在施工中浆液的注入量，还要结合上一阶段的用量，以及地面扰动情况监测数值进行综合判断。二是合理的选择注浆孔位，一般选择在隧道的底部两侧，这样可以避免瞬间压力对地层的突然扰动。三是同步注浆要尽可能保证注入量均匀、注入速度匀速连续，防止盾构机推进尚未结束，而浆液注入停止。
4.及时开始二次注浆。在同步注浆的过程中，浆液会出现沿土层裂隙渗透造成一定的损耗形成间隙的空洞现象。为此，要根据实际的情况采取必要的二次注浆。一般选择在盾尾离开管片5环后，进行二次注浆。二次注浆时要时刻做好地面监测，防止过度注入的情况发生。
（五）盾尾通过后
该阶段，土层受到的扰动逐渐趋于平缓和稳定。但仍要注意土体可能产生的固结沉降和次固结沉降，且持续时间较长。后续沉降量出现过大的情况时，要随时注意检测土层扰动情况，对当前进行的注浆量和注浆压力进行适当调整。
三、结束语
由于城市轨道交通建设的环境特殊性，以及水文地质的多样性，使得盾构法在隧道开挖过程中存在一定的风险，因此，在盾构机穿越特殊地段施工过程中，必须采取合理的技术和安全控制措施，将事故风险降到最低。
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