地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)分析

張芳儒

摘 要：地鐵工程建設(shè)是現(xiàn)代城市地下軌道交通體系建設(shè)的重要內(nèi)容，在當前我國的地鐵工程建設(shè)中，土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)是一種較為常用而有效的技術(shù)手段，由于其施工對于地面影響較小，能夠保證施工的較高效率，因此，受到了許多地鐵工程建設(shè)企業(yè)的青睞。本文主要對地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)進行了分析。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；土壓平衡式盾構(gòu)；施工技術(shù)

本文主要結(jié)合合肥地鐵施工工程，對地鐵土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)進行了分析，以期提高地鐵工程的施工質(zhì)量和水平，構(gòu)建和諧的城市地下交通。

一、土壓平衡式盾構(gòu)概述

土壓平衡盾構(gòu)主要用于軟土、砂礫和強風化巖層及含水的混合地層的隧道掘進。掘進施工具有土壓平衡（earth pressure balance mode），簡稱EPBM、氣壓平衡和敞開（open mode）三種模式。掘進操作可以自動控制，也可以半自動控制或是手動控制。盾構(gòu)在實際的運行過程中，配備了導(dǎo)航系統(tǒng)，可以有效的控制掘進的方向，具有靈活轉(zhuǎn)向糾偏能力，掘進的誤差可以有效的控制在以內(nèi)。盾構(gòu)刀盤的結(jié)構(gòu)具有刀具（滾刀、齒刀）的互換性和可更換性，因此，其可以適應(yīng)底層的更廣范圍掘進，滿足不同的底層對掘進速度的要求。同時，盾構(gòu)還配備了同步注漿系統(tǒng)，對控制隧道周圍土體沉陷以及建筑物保護非常的有利。

二、適應(yīng)的地質(zhì)條件

土壓平衡盾構(gòu)較適應(yīng)于在軟弱的沖積土層中掘進。但在礫石層或者砂土層中，只要加入適當?shù)恼惩恋韧寥栏牧紕┖螅材馨l(fā)揮出土壓平衡盾構(gòu)應(yīng)有的特點。而本文中研究的合肥市地處江淮丘陵地帶，大部分地域崗沖起伏，壟畈相間?？偟牡貏莩手虚g高、南北兩側(cè)低的地貌特征。段內(nèi)上覆主要為第四系人工填筑土，黏土，第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)粘性土、粉細砂層，其厚度從十余米至幾十米不等，總體上從西北向東南由薄變厚。下伏地層主要為下第三系定遠群和白堊系上統(tǒng)張橋組砂礫巖、砂巖及砂質(zhì)泥巖及侏羅系中統(tǒng)粉砂巖及泥巖。

三、地鐵工程中土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用要點

（一）盾構(gòu)機械設(shè)備的合理選型。在地鐵工程中的土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)的有效應(yīng)用，是建立在合理的選擇設(shè)備類型的基礎(chǔ)之上的，這樣才能夠滿足施工的要求，施工才能夠順利的開展。在實際的選型過程中，需要注意以下幾點：首先，盾構(gòu)機開挖尺寸應(yīng)滿足盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計斷面尺寸要求；其次，盾構(gòu)開挖的功能必須要滿足區(qū)間隧道的地質(zhì)條件，保障施工的安全性和可靠性；最后，在正式施工之前，要對盾構(gòu)機的各項參數(shù)進行科學(xué)合理的計算，所以盾構(gòu)設(shè)備在制造之前必須根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)條件作詳細分析計算。

（二）端頭加固處理技術(shù)的運用。當盾構(gòu)始發(fā)到達端頭周圍地層為自穩(wěn)能力差、透水性強的松散砂土和含水粘土?xí)r，需要對其進行加固處理，避免出現(xiàn)大面積地表下沉現(xiàn)象的發(fā)生。目前，常用的加固方法：有注漿、旋噴、深層攪拌、井點降水、凍結(jié)法等，可根據(jù)土體種類、滲透系數(shù)和標貫值、加固深度和加固的主要目的、工程規(guī)模和工期、環(huán)境要求等條件進行選擇。加固后土體應(yīng)有一定的自立性、防水性和強度。為了確保盾構(gòu)始發(fā)和到達的安全性，必須對始發(fā)和到達端頭的加固土體的范圍、強度進行驗算，并嚴格檢驗。

四、合肥地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)分析

（一）盾構(gòu)始發(fā)掘進施工（見圖1）

（二）盾構(gòu)100m試掘進。盾構(gòu)機組裝調(diào)試完成后，在試掘進過程中進一步調(diào)整盾構(gòu)機狀態(tài)，同時做好對本區(qū)段的地質(zhì)評估工作。始發(fā)時，由于受到始發(fā)托架、反力架的限制，推力不宜過大，為保持洞門周邊地層的穩(wěn)定，采用相對較高的土倉壓力掘進，同時要密切監(jiān)測地表隆起、洞門預(yù)埋鋼環(huán)。當盾尾通過洞口密封后，應(yīng)暫停掘進，需要對洞口進行注漿封堵，采用水泥+水玻璃雙液漿進行封堵、回填注漿，利用管片注漿孔壓入式注漿，以確保管片不下沉和繼續(xù)掘進時同步注漿的效果。

（三）盾構(gòu)正常掘進施工。根據(jù)隧道洞身地質(zhì)情況及周邊環(huán)境，本標段隧道擬采用土壓平衡模式掘進，在施工過程中時刻注意地層的變化，根據(jù)實際的掘進情況及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)。

（四）土倉壓力的設(shè)定。當土質(zhì)滲透系數(shù)較大時，正面水土壓力的理論值采用水土分算：

式中：Pc—土壓力；Pw—水壓力；K0=1-sinφφ—為土的有效內(nèi)摩擦角；q—地面超載；γ—土的有效重度；H—盾構(gòu)工作面中心處深度。

當土質(zhì)滲透系數(shù)較小時，土倉可以采用水土合算：

式中：—土的飽和重度

實際盾構(gòu)推進過程中為了補償后期的沉降，考慮到土倉壓力的波動及衰減，以及為了彌補盾尾沉降損失造成的沉降。一般來說土壓力的設(shè)定要稍高于理論土壓力，但也不宜于過大，過大則使地層產(chǎn)生隆起變形。

綜上所述，本文主要對土壓平衡式盾構(gòu)概述和施工地質(zhì)條件進行了分析，并對地鐵工程中土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用要點進行了闡述，重點分析了在合肥地鐵施工中盾構(gòu)始發(fā)掘進施工的工藝流程和正常掘進中土倉壓力的設(shè)定參數(shù)的研究，內(nèi)容還有待補充，由于篇幅有限，本文不予詳細介紹。

參考文獻：

[1]張成.地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2002.endprint