地鐵工程復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用建議

趙宏偉

【摘要】地質(zhì)條件的復(fù)雜性，對地鐵工程盾構(gòu)施工提出較高的要求，文章以某地鐵工程為例，在大致了解該工程地質(zhì)水文條件的基礎(chǔ)上，分析工程盾構(gòu)施工客觀存在的技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)而深入研討該工程復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用方法。

【關(guān)鍵詞】地鐵工程，復(fù)合式，土壓平衡，盾構(gòu)施工

1.某地鐵工程盾構(gòu)施工背景概況及技術(shù)難點(diǎn)

某地鐵工程選用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工方法，該施工之前，為全方位了解施工現(xiàn)場的情況，進(jìn)行了地質(zhì)水文條件的全面勘察。經(jīng)勘察，發(fā)現(xiàn)工程地層分為4層，首層為第四系全新統(tǒng)人工堆積層，該層由粘性土、砂礫、碎石、塊石、混凝土塊、紅磚組成；第二層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層，該層由淤泥、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、礫石、砂礫組成；第三層為殘積層，以可塑性粉質(zhì)粘土為主，但土質(zhì)比較均勻；第四層為侏羅紀(jì)中統(tǒng)角巖，由全風(fēng)化角巖、強(qiáng)風(fēng)化角巖、中等風(fēng)化角巖、微風(fēng)化角巖組成。地鐵沿線的地下水，由大氣降水補(bǔ)給，其中孔隙水集中在第四系砂層當(dāng)中，水位埋深和高層分別在1-3.58m、20.93-35.6m之間，水位平均變化幅度為1.25m，主要與季節(jié)變化有關(guān)，同時可確定施工區(qū)域內(nèi)的地下水總礦化度為282mg/L，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不會造成腐蝕影響。在明確工程地質(zhì)水文條件的基礎(chǔ)上，在此對施工區(qū)域內(nèi)應(yīng)用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，一是地層上軟下硬特征明顯，巖層較硬時，切削困難，推進(jìn)速度容易被削弱，而巖層較軟時，容易出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，并誘發(fā)地表沉陷和開挖面失穩(wěn)事故；二是存在長距離的硬巖段，對盾構(gòu)機(jī)刀具磨損程度大，需要頻繁開倉更換刀具，對工程成本、進(jìn)度和安全管理均有明顯負(fù)面影響；三是沿線存在孤石區(qū)，且孤石分布位置無規(guī)律，很難準(zhǔn)確預(yù)測其位置，一旦盾構(gòu)推進(jìn)時遭遇孤石，將驟然出現(xiàn)較大荷載，不僅會損壞刀盤，而且會導(dǎo)致刀盤變形。以上的施工技術(shù)難點(diǎn)，需要在工程施工時加以克服。

2.案例地鐵工程復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用方法

基于案例地鐵工程的施工條件，本工程的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工，需要明確相關(guān)的施工步驟，結(jié)合工程施工要求，靈活應(yīng)用各種新型的盾構(gòu)施工技術(shù)，具體施工方法如下：

2.1施工流程

本地鐵工程借助不同土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行復(fù)合施工，其施工流程如下：

（1）施工步驟。從車站場地開始準(zhǔn)備端頭豎井的施工，其中基座和反力架的安裝，在井下進(jìn)行。做好施工準(zhǔn)備工作后，加固處理前端頭，然后根據(jù)端頭的地質(zhì)、地下埋設(shè)物等情況，檢查豎井開挖時的圍巖擾動允許范圍值，必要時加固端頭地層，以避免盾構(gòu)時出現(xiàn)地表隆陷和波及地下埋設(shè)物等問題。與此同時，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)至一定深度后，如果地層穩(wěn)定性較好，則可在到達(dá)豎井后，停止推進(jìn)，然后將擋土墻拆除，再繼續(xù)盾構(gòu)施工；如果地層穩(wěn)定性不佳，尤其是斷面比較大的盾構(gòu)施工區(qū)域，必須在盾構(gòu)機(jī)達(dá)到豎井之前，將豎井的擋土墻拆除，直至盾構(gòu)機(jī)完成所有盾構(gòu)施工任務(wù)。

（2）施工要點(diǎn)。按照以上的施工步驟施工，考慮到復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)自動化程序比較高，包括掘進(jìn)、管片拼裝、回填注漿、方向控制等，都能夠以自動化的方式作業(yè)，因此在施工時，應(yīng)以自動化裝置所提供的信息，由指定操作者進(jìn)行針對性操作，譬如本工程密封艙水土壓力平衡控制時，水壓力和土壓力的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，會直接反饋到操作者的電腦屏幕上，操作者只需要根據(jù)水壓力和土壓力的數(shù)據(jù)，計(jì)算出兩者維持的平衡點(diǎn)，即可利用電腦直接控制密封艙水土壓力的平衡。再如盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)位置的調(diào)整控制，在設(shè)定盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行軌道后，盾構(gòu)機(jī)在軌道中的運(yùn)行態(tài)勢，會以動態(tài)圖像反映出來，而操作者只需要根據(jù)動態(tài)圖像，就可以判斷盾構(gòu)機(jī)是否在軌道內(nèi)運(yùn)行，并靈活調(diào)整控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)位置。

（3）施工難點(diǎn)。盡管本工程的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)自動化程度很高，但在施工過程中，仍然不可避免地存在諸多施工難點(diǎn)，譬如盾構(gòu)機(jī)的工況轉(zhuǎn)換，從土壓平衡轉(zhuǎn)換到非土壓平衡的工況，土壓參數(shù)設(shè)定不正確時，掘進(jìn)方向會出現(xiàn)偏離，進(jìn)而引起地層沉陷，針對該施工難點(diǎn)，在轉(zhuǎn)換工況時，應(yīng)設(shè)置10m的過渡段，在該過渡段完成工況轉(zhuǎn)換，同時逐漸降低土倉壓力，直至過渡到非土壓平衡工況，另外還要密切觀察巖渣情況，以此分析判斷掌子面巖石的穩(wěn)定性，作為土倉壓力調(diào)整的依據(jù)，將其反饋用于指導(dǎo)施工。

2.2施工問題處理

本工程在施工期間，針對不同的施工問題，要采用合適的土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行處理：

（1）特殊斷面盾構(gòu)處理。本工程的地鐵隧道斷面形態(tài)有多種類型，其中特殊斷面的盾構(gòu)施工，譬如地鐵盾構(gòu)的共同溝等，可使用雙圓形盾構(gòu)，而車站的修建，可使用三圓盾構(gòu)。在施工時還需要考慮斷面的形狀，以便控制分隔的次數(shù)、組裝的順序、組裝的精度、盾構(gòu)的姿勢等，一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)偏移跡象，要第一時間修正超挖機(jī)構(gòu)和千斤頂，同時兼顧洞口止水性。

（2）圍巖強(qiáng)度控制處理。本工程原有盾構(gòu)隧道的部分區(qū)間，為安裝設(shè)備所需，進(jìn)行直徑擴(kuò)展，期間就需要借助擴(kuò)徑盾構(gòu)技術(shù)，在施工時，將原隧道的部分襯砌和圍巖撤除，騰出供以擴(kuò)徑盾構(gòu)機(jī)施工的空間，但在襯砌撤除后，隧道結(jié)構(gòu)承載力會隨著降低，要求加固開孔位置和盾構(gòu)周邊，在確保撤除襯底和圍巖位置能夠承受擴(kuò)徑盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行荷載后，方可開始盾構(gòu)推進(jìn)，此時產(chǎn)生的盾構(gòu)推力，將均勻作用于盾構(gòu)機(jī)正后方的圍巖上，因此需要在盾構(gòu)機(jī)尾部安裝反力支承裝置，同時加固圍巖的強(qiáng)度。

（3）混凝土密合效果控制。本工程在素混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，可使用ECL技術(shù)，該技術(shù)強(qiáng)調(diào)盾構(gòu)施工的一體化，具有良好的防水性。施工時，在盾構(gòu)內(nèi)部綁扎鋼筋，然后同步進(jìn)行盾構(gòu)空隙填充和混凝土加壓，隨著盾構(gòu)機(jī)的不斷推進(jìn)，混凝土加壓千斤頂產(chǎn)生的加壓壓力，將新澆筑的混凝土，配合盾構(gòu)擠壓到圍巖的空隙當(dāng)中。

（4）盾構(gòu)施工時間的控制。為保持盾構(gòu)機(jī)的連續(xù)施工，在較為狹窄的施工區(qū)域內(nèi)，采用了球體盾構(gòu)施工技術(shù)。這種施工技術(shù)，亦稱之為連續(xù)掘進(jìn)施工技術(shù)，可同時進(jìn)行縱向和橫向連續(xù)掘進(jìn)，但需配置兩臺盾構(gòu)機(jī)，沿著直角方向分別開挖豎井和掘進(jìn)隧道，期間盾構(gòu)的自重、反力平衡是施工控制的重點(diǎn)，尤其是在反力開挖過程中，當(dāng)掘進(jìn)方向偏移，必須將次盾構(gòu)球體旋轉(zhuǎn)角度，控制在9r之內(nèi)，否則可能誘發(fā)涌水和涌砂的施工事故。與此同時，為避免土、砂、水流入隧道內(nèi)部，還保證球體部結(jié)構(gòu)的防水性能。

2.3施工總結(jié)

通過以上的施工控制，可以看出復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工適應(yīng)巖層范圍廣，在軟硬相夾的地層中，只需要一種類型的盾構(gòu)機(jī)即可完成操作，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面，優(yōu)勢頗多；遇到硬巖地層時，不需要利用鉆爆施工方法，能有效避免爆破振動對地表建筑物的影響，而遇到軟弱地層時，能夠有效控制地表沉降和減少塌方，技術(shù)適應(yīng)面廣，安全性能極高；在功能方面，復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工性能完善，具備非常高的自動化水平，不需要投入太多的施工人員，即可完成整個施工。

3.結(jié)束語

文章通過研究，基本明確了案例地鐵工程復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用方法，但考慮到不同地鐵工程盾構(gòu)施工要求和條件的差異性，以上施工技術(shù)在其他地鐵工程盾構(gòu)施工中應(yīng)用時，還需要根據(jù)具體工程的盾構(gòu)施工情況，予以因地制宜地靈活應(yīng)用，同時結(jié)合施工實(shí)踐中不斷提煉出來的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

參考文獻(xiàn)

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