試論地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件的盾構(gòu)施工技術(shù)研究

劉健

【摘要】隨著城市軌道交通建設(shè)的繁榮發(fā)展，盾構(gòu)法在地鐵工程施工中得到了廣泛的運(yùn)用。在比較復(fù)雜的地層中進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，施工應(yīng)用過程會(huì)相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)該選擇合適的盾構(gòu)機(jī)，并對(duì)掘進(jìn)的各項(xiàng)參數(shù)和技術(shù)流程進(jìn)行調(diào)整，從而保證隧道掘進(jìn)工程的安全性和平穩(wěn)性。本文主要就地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件的盾構(gòu)施工技術(shù)作了相關(guān)的分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】地鐵；復(fù)雜地質(zhì)條件；盾構(gòu)施工技術(shù)

引言

目前我國城市經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通出行的需求不斷增加，我國的地鐵建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展階段。在地鐵的建設(shè)施工過程中，常常遇到的施工環(huán)境是具有一定復(fù)雜性的施工環(huán)境與地質(zhì)條件。因此，就需要我們做好一定的規(guī)劃，保證正確施工技術(shù)的選擇，使得地鐵施工順利的進(jìn)行。

1、盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)分類及特點(diǎn)

1.1自然風(fēng)險(xiǎn)

包括不可抗拒的地質(zhì)災(zāi)害和氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，主要是不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。在盾構(gòu)施工過程中，大部分不良地質(zhì)可以探測(cè)或預(yù)測(cè)，如果措施得當(dāng)，其中的部分或全部風(fēng)險(xiǎn)可以規(guī)避。

1.2人為風(fēng)險(xiǎn)

除戰(zhàn)爭、政變、恐怖襲擊外，主要是指政治風(fēng)險(xiǎn)、決策風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、施工風(fēng)險(xiǎn)、合同風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等，如果措施得當(dāng)，其中的部分或全部風(fēng)險(xiǎn)可以規(guī)避。

2、復(fù)雜地質(zhì)條件中盾構(gòu)法隧道的施工技術(shù)研究

2.1土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）模式的選擇。土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)有三種模式，包括敞開式、半敞開式和土壓平衡模式。在對(duì)掘進(jìn)模式進(jìn)行選擇時(shí)，我們應(yīng)該根本地層的不同條件特征來選擇。通常情況下，對(duì)全斷面巖層掘進(jìn)時(shí)，我們可選擇敞開式掘進(jìn)模式，并使用泡沫劑對(duì)渣土進(jìn)行改良；而對(duì)于存在軟弱層的復(fù)雜地層，則可選擇土壓平衡模式，并采用泡沫和適量的膨潤土對(duì)渣土進(jìn)行改良。采用此種模式時(shí)，土倉的壓力不用過于頻繁調(diào)節(jié)，只要保證土倉壓力略高于掌子面的土壓和水壓力和即可；對(duì)于處理砂卵石或者上軟下硬的土層，由于土層比較復(fù)雜，則同樣需要采用土壓平衡模式來掘進(jìn)，因?yàn)樵谶@種復(fù)雜土層掘進(jìn)時(shí)控制土倉壓力較難，所以掘進(jìn)時(shí)必須認(rèn)真對(duì)待每個(gè)環(huán)節(jié)。

（2）掘進(jìn)參數(shù)的確定。采用土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)施工之前，我們應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的不同地質(zhì)特點(diǎn)和隧道的埋置深度來確定其掘進(jìn)的主要參數(shù)。其中包括對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)、推力、扭矩、掘進(jìn)速度以及刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)的確定，同時(shí)還需要根據(jù)掘進(jìn)試驗(yàn)段的監(jiān)測(cè)情況，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。由于采用的是土壓平衡模式，所以需要通過螺旋機(jī)的旋轉(zhuǎn)出土來維持動(dòng)態(tài)平衡，所以在實(shí)際施工過程中，我們還需要對(duì)螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力進(jìn)行有效控制。

（3）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制。在復(fù)雜地層掘進(jìn)時(shí)，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制尤其重要，特別是在硬巖地層和土層條件變化較大的地段，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)糾正難度較大。如果采用調(diào)整千斤頂推力來糾正姿態(tài)，往往很難得到較好的效果，而且會(huì)使刀具的磨損加大，甚至?xí)霈F(xiàn)盾構(gòu)機(jī)被卡或者管片錯(cuò)臺(tái)的嚴(yán)重后果。所以在這類地層中掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格遵守長距離、慢糾偏的原則，避免用力過猛，造成掘進(jìn)困難。

（4）同步注漿參數(shù)的確定。通常刀盤與管片的外徑有所不同，會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)拼裝的管片壁后與圍巖之間存在一定的間隙，如果注漿回填不及時(shí)的話，管片會(huì)在千斤頂?shù)淖饔孟律细?。因此，我們?cè)趶?fù)雜地層中掘進(jìn)時(shí)，要控制好注漿的壓力、注漿量及注漿的速度，來盡量避免管片上浮。另外，因?yàn)闈{液會(huì)在圍巖和管片之間形成一道密實(shí)的防水層，所以在進(jìn)行同步注漿時(shí)漿液的質(zhì)量也非常重要。

2.2泥水加壓式平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）泥水性能的確定。在對(duì)泥水性能進(jìn)行確定時(shí)，首先要確定好泥水的密度，因?yàn)樵诰蜻M(jìn)開挖時(shí)，泥水可以有效控制開挖面的變形。通常認(rèn)為泥水的密度可相對(duì)高些，最好能夠達(dá)到開挖土體的密度。但在實(shí)際施工中，泥水密度過大，可能會(huì)影響泥漿泵的運(yùn)轉(zhuǎn)以及泥水處理困難，所以我們應(yīng)該結(jié)合土層的結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的運(yùn)行能力，對(duì)泥水密度進(jìn)行合理確定；含砂量是泥水的又一關(guān)鍵性問題，當(dāng)在強(qiáng)透水性土體中掘進(jìn)時(shí)，泥水的含砂量及砂的最大粒徑，對(duì)泥膜形成的快慢會(huì)產(chǎn)生直接影響。因此，我們可以選擇含量適中的，粒徑比土體孔隙略大的砂；通常為了保證渣土的長距離輸送要求，可將泥水的流速控制在160-210m/min。（2）掘進(jìn)參數(shù)的確定。在復(fù)雜地層掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，切口的壓力必須穩(wěn)定，推力和刀盤的轉(zhuǎn)速也要保持較低的狀態(tài)。我們可通過調(diào)整導(dǎo)向油缸長度以及推進(jìn)壓力，來控制盾構(gòu)的姿態(tài)。當(dāng)在上軟下硬的土層中掘進(jìn)時(shí)，由于上部砂層的自穩(wěn)定性較差，需要的切削扭矩就較低，而下部的土層硬度較高，對(duì)于刀具的阻力就會(huì)很大，尤其是軟硬土層的交界處，刀具的損傷會(huì)比較嚴(yán)重，所以掘進(jìn)過程中，為了避免刀具遭受過大的瞬時(shí)沖擊荷載，可適當(dāng)降低刀盤的轉(zhuǎn)速，提高刀盤的扭矩；如果掘進(jìn)時(shí)速度過快，就會(huì)對(duì)泥水的輸送能力和泥水的處理能力造成壓力，很容易導(dǎo)致超挖問題的產(chǎn)生。所以在過渡段地層掘進(jìn)時(shí)，為了保證刀具的貫入度和泥水設(shè)備的處理能力相互適應(yīng)，應(yīng)該盡量將速度控制在15-30mm/min。（3）盾構(gòu)姿態(tài)的控制。較好的盾構(gòu)姿態(tài)是減少掘進(jìn)摩阻力和對(duì)地層擾動(dòng)的最有效方法，它能夠提高盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)質(zhì)量。我們可采取在掘進(jìn)速度滿足要求的情況下，降低盾構(gòu)推力的方法來控制盾構(gòu)的姿態(tài)。如果出現(xiàn)偏差，糾偏的速度不應(yīng)該過快，避免形成過大的蛇形開挖面；可通過控制各推進(jìn)油缸的油壓和調(diào)節(jié)油缸的行程來控制盾構(gòu)的姿態(tài)；對(duì)各組導(dǎo)向油缸的差值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，并通過導(dǎo)向油缸的壓力差來對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行控制。（4）背填注漿的控制。對(duì)管片進(jìn)行背填注漿，能夠有效控制土體的變形，也能夠?qū)λ淼肋M(jìn)行良好的保護(hù)。對(duì)管片背部存在的間隙進(jìn)行注漿時(shí)，要控制好注漿量和注漿的壓力，同時(shí)還需要注漿流量與盾構(gòu)推進(jìn)速度等其它施工參數(shù)相匹配。

3、結(jié)束語

在大多數(shù)的盾構(gòu)施工中，由于各地的地質(zhì)及水文條件不同導(dǎo)致隧道盾構(gòu)施工中往往出現(xiàn)質(zhì)量事故，因此就要求工程技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照施工掘進(jìn)的技術(shù)要點(diǎn)控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)狀態(tài)，從而進(jìn)一步確保工程的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]張煥杰.復(fù)雜地層中泥水盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)[J].施工技術(shù)，2011（10）.

[2]劉偉立.隧道盾構(gòu)推進(jìn)段施工的難點(diǎn)和對(duì)策分析[J].城市建筑，2014（12）.

[3]彭奇.隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀[J].隧道建設(shè)，2013（06）.