盾構(gòu)機(jī)過富水砂層施工技術(shù)研究

許成發(fā)++康健++李杰

摘 要：盾構(gòu)機(jī)是我國地下空間開發(fā)利用的重要機(jī)械，是地鐵、隧道等地下工程建設(shè)的主要設(shè)備。富水砂層屬于地下工程建設(shè)的不利地質(zhì)，在對富水砂層開挖建設(shè)的過程中，因其含水豐富且透水性良好會給施工帶來很大問題和困難，例如噴涌、刀盤過度磨損等。因此，要特別注意盾構(gòu)機(jī)在過富水砂層時的施工工藝和技術(shù)要求，面對問題采取恰當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法，這樣才能保證施工的順利進(jìn)行，同時保證富水砂層地下工程的質(zhì)量和穩(wěn)定性。該文對土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)在富水砂層中的施工技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

關(guān)鍵詞：土壓平衡式盾構(gòu)機(jī) 富水砂層 施工

中圖分類號：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0029-02

人們經(jīng)濟(jì)活動的日益頻繁和生活水平的提高，有限的地表空間資源越來越顯得捉襟見肘，于是，人們把視線轉(zhuǎn)移到地下空間的開發(fā)，地下工程的施工建設(shè)越來越多。特別是在交通領(lǐng)域，地鐵、管廊、飲水等工程的施工建設(shè)在地下工程施工建設(shè)中占重要地位，也使得盾構(gòu)工法得以廣泛應(yīng)用。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是我國地下工程開挖施工的主要機(jī)械設(shè)備，但是面對富水砂層這樣的不利地質(zhì)，除了要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工外，還要根據(jù)地質(zhì)條件所帶來的問題采取有效的方法予以解決，這樣才能使施工順利進(jìn)行，同時保證工程質(zhì)量。

1 施工技術(shù)分析

土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)常用于地鐵、隧道等地下工程的開挖施工，特別是對于富水砂層地質(zhì)條件，因含水量豐富，透水性好，隧道掘進(jìn)中會帶來很多問題，應(yīng)用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是具有一定優(yōu)勢的，在其他含水量較高的軟土層和混合地層中應(yīng)用同樣適宜。盾構(gòu)機(jī)在實(shí)際掘進(jìn)施工的運(yùn)行中，具有三種操作模式，即：土壓平衡、氣壓平衡、敞開式，可以根據(jù)實(shí)際施工需求在三種模式中進(jìn)行切換。施工過程中控制模式也分為三種，即自動化、半自動化以及手動?，F(xiàn)代化的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備中通常都會配有導(dǎo)向系統(tǒng)，這有利于在掘進(jìn)過程中對于方向進(jìn)行自動控制，防止施工方向出現(xiàn)偏差，良好的方向穩(wěn)定性也是盾構(gòu)機(jī)的一大優(yōu)勢。自動導(dǎo)向系統(tǒng)的配置和應(yīng)用使得盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中能及時發(fā)現(xiàn)曲線偏差，使得偏轉(zhuǎn)的問題得到及時恰當(dāng)?shù)募m正。盾構(gòu)機(jī)刀盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得設(shè)備能夠在不同的地層中按照標(biāo)準(zhǔn)要求來進(jìn)行掘進(jìn)，保證施工質(zhì)量。注漿系統(tǒng)的配備減少了掘進(jìn)施工對周圍環(huán)境的破壞，更好地滿足了綠色施工的要求。需要注意的是，隧道工程的施工建設(shè)必然對周圍土體造成一定的不利影響，容易發(fā)生土體塌陷、沉降等問題，這不僅不利于隧道工程的施工，對周圍原有的建筑物也會產(chǎn)生不利的影響，采取一些保護(hù)措施對于預(yù)防此類施工問題的發(fā)生是很有必要的。泡沫、膨潤土及高分子注入系統(tǒng)的配置對于盾構(gòu)機(jī)在富水砂層的施工是非常有利的，加上空氣壓縮系統(tǒng)的配備，對于盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中防止工作面滲水、預(yù)防和控制地表沉降都具有非常重要的作用。

2 盾構(gòu)機(jī)操作關(guān)鍵點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過程中，會遇到多種問題，特別是在富水砂層的施工中，因富水砂層的地質(zhì)特點(diǎn)常常會帶來地表沉降、流砂、噴涌等多方面的問題。為了對這些問題進(jìn)行有效的預(yù)防和控制，盾構(gòu)機(jī)的操作技術(shù)就顯得尤為重要。筆者結(jié)合工程概況、地質(zhì)條件和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對于盾構(gòu)機(jī)在操作過程中的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行歸納和總結(jié)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，以供參考：

（1）盾構(gòu)機(jī)在采取土壓平衡模式進(jìn)行掘進(jìn)施工的過程中，需要對開挖面土體的穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以此為參考條件來進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，并對盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)、土壓力進(jìn)行控制，從而達(dá)到預(yù)防地表沉降的目的。盾構(gòu)機(jī)在富水砂層的掘進(jìn)施工，保持向上的掘進(jìn)姿態(tài)，速度保持高于30mm/min的狀態(tài)，嚴(yán)格控制出土量。在掘進(jìn)的過程中盡量保持較高的、均勻的速度持續(xù)向前掘進(jìn)。注意土倉頂部壓力的控制，特別是當(dāng)掘進(jìn)在1600～1800 mm之間時，要注意盡量控制出土量，土倉頂部壓力保持在0.2～0.3 MPa的范圍內(nèi)為宜。

（2）盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的同時向倉內(nèi)注入高分子聚合物或膨潤土，這樣做的目的在于使掘進(jìn)產(chǎn)生的渣土流動性提高，同時使渣土具有一定的止水性，這對于預(yù)防流砂和噴涌具有重要的意義，也利于渣土的順利排出。一旦發(fā)生噴涌，要采取有效措施應(yīng)對，迅速將排渣門關(guān)閉同時螺旋機(jī)停轉(zhuǎn)，如果頂部土壓在合理范圍內(nèi)可繼續(xù)掘進(jìn)。然后排渣門呈半開狀態(tài)利用土壓擠出砂土，待砂土不再自動流出重新啟動螺旋正常出土。

（3）盡可能的使盾構(gòu)機(jī)保持連續(xù)掘進(jìn)的狀態(tài)，掘進(jìn)期間減少停頓。地面沉降的發(fā)生與注漿量有著密切的聯(lián)系，注漿量過少會加大地表沉降的發(fā)生機(jī)率，注漿過多又容易發(fā)生竄漿。特別是在富水砂層，注漿控制難度加大，要時刻根據(jù)地面情況對注漿量進(jìn)行調(diào)整，保證能填滿空隙即可。砂漿膠凝時間與砂漿配比有直接的關(guān)系，要對膠凝時間進(jìn)行良好的控制，就一定要按照配比標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行砂漿的配制，切不可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)粗略估計(jì)來進(jìn)行配比。

（4）盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)對于掘進(jìn)質(zhì)量有很大的影響，富水砂層本身在承重方面就很弱，盾構(gòu)機(jī)在運(yùn)行中本身又會產(chǎn)生振動，姿態(tài)很容易就發(fā)生下沉或者抬升的變化。在實(shí)際掘進(jìn)中，要始終保持盾構(gòu)機(jī)呈向上的姿態(tài)，以4 mm左右為宜，如果機(jī)頭出現(xiàn)下沉則需要立即對姿態(tài)采用千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中要注意防止管片錯臺。

3 質(zhì)量、安全、環(huán)保的控制要點(diǎn)

3.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

因?yàn)槭峭阶{，砂漿的質(zhì)量尤其重要，砂漿要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行配比，切忌不可偷工減料，不可盲目配比，一定要攪拌充分。在通過控制油缸來對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的過程中，不可過急過猛，避免造成管片錯臺。在盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)的過程中要注意對出土量加以控制，過多的出土容易造成地面沉降。

3.2 安全控制要點(diǎn)

樹立安全意識，遵守項(xiàng)目施工安全相關(guān)的各項(xiàng)管理制度，嚴(yán)格按照規(guī)范要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，施工有序，將安全施工放在首位。地下工程的通風(fēng)和照明對于施工尤其重要，要做好施工現(xiàn)場的照明工作，盡可能的創(chuàng)設(shè)通風(fēng)、明亮、安全的施工環(huán)境。加強(qiáng)用電安全管理，保證施工用電的安全管理。對于易燃易爆其他的運(yùn)輸要嚴(yán)格進(jìn)行管理，加強(qiáng)垂直運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管，對于水平運(yùn)輸也不能掉以輕心，謹(jǐn)防運(yùn)輸事故和意外火災(zāi)和爆炸事故。盾構(gòu)機(jī)出土量要嚴(yán)格控制，切不可多出土，如果需要增加出土量需要向上級領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，對安全狀況評估后再進(jìn)行施工。對地面情況適時檢測，嚴(yán)防出現(xiàn)地面坍塌、沉降事故。因?yàn)閳龅乜臻g十分有限，在對施工材料進(jìn)行吊運(yùn)的過程中要尤其加以注意。

3.3 環(huán)保控制要點(diǎn)

在工地內(nèi)要建立專門的物資堆放場所，嚴(yán)謹(jǐn)占用人行通道，對于材料和機(jī)械設(shè)備要嚴(yán)格按照規(guī)則制度進(jìn)行管理和存放。樹立環(huán)保意識，做好污水的排放和處理工作，設(shè)計(jì)必備的污水處理池，污水必須經(jīng)過必要的處理后才可向市政排水管網(wǎng)排放，施工過程中產(chǎn)生的廢漿和淤泥要用專車進(jìn)行運(yùn)輸。施工現(xiàn)場要采取必要的措施控制粉塵，嚴(yán)禁亂焚亂燒現(xiàn)象。對于掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的油脂污染，要統(tǒng)一進(jìn)行收集在進(jìn)行有效的處理。成立專門的項(xiàng)目安全部和環(huán)保部，配備專門的管理人員和技術(shù)人員，做好安全和環(huán)保管理。

4 結(jié)語

從實(shí)踐應(yīng)用的效果來看，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在富水砂層施工的過程中，把握施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)，可有效的控制掘進(jìn)造成的地面沉降、噴涌，更好地解決了盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)問題，不僅有利于施工的順利進(jìn)行，對于保證工程質(zhì)量和穩(wěn)定性也具有重要意義。隨著地下工程建設(shè)數(shù)量的不斷增加，建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，盾構(gòu)機(jī)會發(fā)揮越來越重要的作用。

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