上軟下硬地層中盾構(gòu)法的隧道施工技術(shù)

夏麗麗

摘要：我國幅員遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，隧道施工技術(shù)的方法也隨著實(shí)際施工中的要求產(chǎn)生著相應(yīng)的變化，盾構(gòu)法就是一種應(yīng)用較多的隧道施工技術(shù)，很多時(shí)候在應(yīng)用盾構(gòu)法施工時(shí)，很容易遇到軟粘土層、上硬下軟土層、上軟下硬土層等。本文主要對(duì)上軟下硬地層中應(yīng)用盾構(gòu)法施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析。從施工參數(shù)和施工注意事項(xiàng)以及施工對(duì)策三方面進(jìn)行論述說明，從而使讀者對(duì)盾構(gòu)法在上軟下硬地層中的施工方法有更多的了解，為相關(guān)行業(yè)人士提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：上軟下硬；盾構(gòu)法；隧道施工；技術(shù)對(duì)策

引言：

地下通道、隧道的開發(fā)和利用，可以在一定程度上緩解交通壓力，并且提高交通的運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效率，這就使越來越多的地下空間被開發(fā)和利用，但是由于施工工程在地下進(jìn)行，地質(zhì)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于推進(jìn)工程極為不利，因此在實(shí)際的施工過程中就要科學(xué)的制定隧道施工方案，并且施工技術(shù)人員應(yīng)該按照施工的方案謹(jǐn)慎的執(zhí)行。上軟下硬的地層施工中，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的施工問題。因此在施工開始之前就要對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)情況和實(shí)際的工程條件進(jìn)行細(xì)致的勘察和規(guī)劃。

一、施工中的主要技術(shù)及注意事項(xiàng)

1.主要施工技術(shù)

盾構(gòu)隧道上軟下硬地層施工，施工前必須有針對(duì)性的施工組織及應(yīng)急預(yù)案，對(duì)技術(shù)管理及操作人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)。施工技術(shù)措施主要有：

針對(duì)上軟下硬地段，在詳勘基礎(chǔ)上，進(jìn)行有針對(duì)性的補(bǔ)充鉆孔勘察，進(jìn)一步探明隧道范圍巖層、土層厚度及分布；

盾構(gòu)推進(jìn)前，根據(jù)地勘報(bào)告和地面對(duì)沉降要求，對(duì)上軟下硬地段隧道掘進(jìn)影響范圍巖石進(jìn)行預(yù)裂爆破，爆破后再對(duì)巖層及隧道影響范圍土層注漿加固。巖石預(yù)裂爆破孔距、深度、裝藥量等需進(jìn)行試驗(yàn)和檢驗(yàn)，同時(shí)需根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行爆破安全校核，爆破后石塊粒徑應(yīng)小于300mm；

施工前需對(duì)推進(jìn)控制參數(shù)進(jìn)行研究，建議參數(shù)為：刀盤轉(zhuǎn)速≤1.2r/min，盾構(gòu)推力<20MN，扭矩<2000kN·m，貫入度<5mm，邊滾刀最大磨損<15mm，中心刀最大磨損<25mm，超過需更換；

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制出土量，建議每環(huán)至少檢查并確認(rèn)3次盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)向土艙及時(shí)足量注入渣土改良劑，保持開挖面穩(wěn)定，渣土改良可采用泡沫或泡沫和膨潤土；

可以采用以下防噴涌措施：土艙中加入高黏度泥漿；調(diào)短同步注漿漿液初凝時(shí)間；及時(shí)二次注漿，同時(shí)每5-10環(huán)管片考慮設(shè)一道雙液漿止水環(huán)。

2.注意事項(xiàng)

在進(jìn)行施工中，要盡量多的增加和設(shè)置換刀加固區(qū)，這樣有利于對(duì)刀具進(jìn)行檢查和更換，并且要時(shí)刻對(duì)地面進(jìn)行巡查工作，以確保施工環(huán)境的安全，對(duì)于可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行最大程度的預(yù)防。在施工中遇到異常情況應(yīng)及時(shí)停機(jī)處理，在對(duì)巖層預(yù)裂爆破后，仔細(xì)對(duì)殘留孔進(jìn)行封堵，以免盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)地面冒漿。由于對(duì)巖層進(jìn)行了預(yù)裂爆破，隧道洞內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)和進(jìn)行有害氣體檢測。施工過程中盾構(gòu)姿態(tài)控制很重要，加強(qiáng)掘進(jìn)參數(shù)控制，對(duì)掘進(jìn)異常情況和參數(shù)異常要有足夠的敏感性。遇有坍塌及時(shí)圍蔽回填，以免造成不良影響。

二、上軟下硬地層中盾構(gòu)法的隧道施工技術(shù)

1.盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

（1）掘進(jìn)模式

開挖面上部“軟”土層雖然具有遇水軟化、崩解，強(qiáng)度急劇降低的特點(diǎn)，但正常掘進(jìn)時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)尚有一定的自穩(wěn)性。又由于受地下水頭的影響，需要在開挖面建立一定的壓力來防止地下水大量涌入土艙，減少水土流失及防止出土器噴涌。因此在該段上軟下硬地層掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)采用半敞開模式，即在土艙內(nèi)保留1/2-1/3的碴土，然后向土艙內(nèi)注入壓縮空氣及泡沫或膨潤土來維持開挖面頂部土壓，并輔助進(jìn)行開挖。開挖面支護(hù)壓力控制以壓力艙頂部支護(hù)壓力測量值為準(zhǔn)，而且極限支護(hù)壓力大小由頂部軟弱土體的極限最小支護(hù)壓力確定。

（2）刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度及貫入度

在上軟下硬不均地層中掘進(jìn)，局部巖石硬度較高，硬巖處刀盤的滾刀受力較大，而軟巖部分只需對(duì)掌子面進(jìn)行切削即可破壞土層，但局部硬巖對(duì)刀具即刀盤的損傷較大，應(yīng)適當(dāng)降低刀盤轉(zhuǎn)速，控制貫入度以使刀具受到的瞬時(shí)沖擊小于安全荷載25t為準(zhǔn)。

（3）刀盤扭矩及油缸推力

由于局部存在的硬巖對(duì)刀具的磨損很嚴(yán)重，應(yīng)減少刀具在連續(xù)工作時(shí)受到的沖擊力來保護(hù)刀具。刀盤扭矩就是刀具在受到?jīng)_擊力后的直接體現(xiàn)，所以降低刀盤扭矩實(shí)際是減少刀具所受沖擊力。在軟硬不均的地層中刀盤扭矩的最大值應(yīng)保持在1700kN/m，推力在1000～1800t之間。

（4）掘進(jìn)方向偏差控制

在上軟下硬地層中控制盾構(gòu)掘進(jìn)偏差，首先就要掌握開挖面的地層分布狀況，以及其地層分界面的變化情況，制定初步的掘進(jìn)參數(shù)計(jì)劃；其次，要充分利用GPS導(dǎo)向系統(tǒng)控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向。如果盾構(gòu)線路偏離設(shè)計(jì)線路，及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)，遵循“及時(shí)、連續(xù)、限量”的原則，逐環(huán)、小量糾偏對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，避免糾偏過猛引起盾構(gòu)機(jī)蛇形前進(jìn)，加劇刀具磨損、損壞已拼裝管片和盾尾密封.

2.結(jié)泥餅的防治技術(shù)

結(jié)泥餅的形成主要是由于盾構(gòu)在特殊的土層施工的過程中中，粘性土體很容易附著在刀盤之上，并且餅切削下來的粘土在壓力艙中壓力的作用下會(huì)被壓實(shí)形成結(jié)實(shí)的固狀物體。這樣就會(huì)從刀盤主軸開始堵塞，然后就會(huì)將碴槽徹底堵死，這樣就會(huì)導(dǎo)致土體不能正常的人進(jìn)入壓力艙，就會(huì)將整個(gè)壓力艙堵滿，從而導(dǎo)致摩擦力的急劇上升，根據(jù)能力轉(zhuǎn)換原則，動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)為熱能，從而使刀盤的溫度急劇上升，進(jìn)一步的將固化物質(zhì)燒結(jié)，這就會(huì)使壓力艙內(nèi)形成堅(jiān)硬的泥餅。這樣會(huì)嚴(yán)重的影響刀具的使用壽命，造成浪費(fèi)和損耗，并且由于刀具出現(xiàn)問題，刀盤和盾構(gòu)機(jī)也會(huì)逐漸的出現(xiàn)問題，導(dǎo)致最終無法工作，甚至是主設(shè)備的損壞，因此在一些特殊的容易形成泥餅的地層中，要采用一定的方法應(yīng)對(duì)。

3.帶壓開艙換刀技術(shù)

在工程的實(shí)施階段要適當(dāng)?shù)脑黾訖z查刀具的次數(shù)，對(duì)刀具的具體情況有所了解，及時(shí)的對(duì)磨損的刀具進(jìn)行跟換，以確保其正常的工作能力，在刀具的問題上一定要時(shí)刻的保持謹(jǐn)慎，因?yàn)橐坏┑毒叱霈F(xiàn)問題，那么不僅會(huì)影響施工的進(jìn)度，還會(huì)影響盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行壽命。在進(jìn)行刀具更換時(shí)一定要對(duì)更換條件進(jìn)行選擇，盡量選擇地質(zhì)條件好、地層穩(wěn)得地方進(jìn)行更換作業(yè)。

結(jié)語：

盾構(gòu)機(jī)在全斷面硬巖地層掘進(jìn)時(shí)，掌子面自穩(wěn)性好，不易發(fā)生坍塌，掘進(jìn)可以在半敞開或完全敞開模式下進(jìn)行；掘進(jìn)時(shí)不易引起地表沉降，可保持較小的土倉壓力進(jìn)行掘進(jìn)。盾構(gòu)穿越上軟下硬地層是盾構(gòu)隧道施工中重點(diǎn)與難點(diǎn)，本文重點(diǎn)從盾構(gòu)施工參數(shù)和渣土改良技術(shù)角度，探討盾構(gòu)在軟硬不均地層中掘進(jìn)的關(guān)鍵控制技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]石正光.上軟下硬地層盾構(gòu)施工技術(shù)分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016（10）：00007-00007；

[2]何祥凡，申興柱，王帆，等.盾構(gòu)隧道穿越上軟下硬地層施工力學(xué)特性分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2017，61（2）：89-95.