土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在青島地鐵施工中的應(yīng)用

王衛(wèi)學(xué)

摘? ? 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的出行方式逐漸變得多樣化，而地鐵即為人們的主要交通工具之一。為推動(dòng)城市建設(shè)進(jìn)程，為人們提供更為安全便捷的出行條件，必須針對(duì)地鐵施工進(jìn)行深層研究。在地鐵施工中，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為其中重要設(shè)備，其能夠有效提高地鐵的整體安全性，進(jìn)而保證地鐵施工的順利開(kāi)展。本文針對(duì)青島地鐵工程概況進(jìn)行分析，并針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行研究，為提高青島地鐵施工質(zhì)量及效率提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壓平衡盾構(gòu)機(jī);地鐵施工;盾構(gòu)機(jī);應(yīng)用

1? 引言

我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量也隨之得到提升，同時(shí)我國(guó)也開(kāi)始大力發(fā)展交通設(shè)施建設(shè)，一定程度上提高我國(guó)人們出行便捷性。而在地鐵施工過(guò)程中，盾構(gòu)法為其中應(yīng)用較為廣泛的施工技術(shù)，其主要應(yīng)用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行技術(shù)施工，為保證施工質(zhì)量及施工效率，相關(guān)人員必須及時(shí)針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行深層研究，使其能夠在地鐵施工過(guò)程中充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)青島地鐵的有效建設(shè)。

2? 工程概況

2.1? 工程簡(jiǎn)介

青島地鐵1號(hào)線土建二標(biāo)07工區(qū)工程包括一站兩區(qū)間，其中車站為汽車北站，區(qū)間為汽車北站～流亭機(jī)場(chǎng)站區(qū)間（下稱汽流區(qū)間）和汽車北站～瑞金路大斷面處區(qū)間（下稱瑞汽區(qū)間），兩個(gè)區(qū)間均為盾構(gòu)法施工。汽流區(qū)間設(shè)計(jì)里程為K58+309.21～K61+344.255，長(zhǎng)度3035.045m，設(shè)4處聯(lián)絡(luò)通道和1處風(fēng)井兼泵站及聯(lián)絡(luò)通道;瑞汽區(qū)間設(shè)計(jì)里程K57+239.000～K58+156.650，長(zhǎng)917.65m，設(shè)1處聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。

2.2? 地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造

汽流區(qū)間地形整體較為平緩，由南向北緩傾，地貌類型為沖洪積平原～河床～沖洪積平原地貌。汽流區(qū)間范圍內(nèi)第四系主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層及洪沖積層組成，基巖主要為白堊系青山群石前莊組流紋巖以及白堊系青山群八畝地組安山巖、火山角礫巖。瑞汽區(qū)間盾構(gòu)段地形整體較為平緩，由南向北緩傾，地貌類型為剝蝕斜坡～剝蝕堆積～洪沖積平原地貌。瑞汽區(qū)間盾構(gòu)段范圍內(nèi)第四系主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層、洪沖積層及上更新統(tǒng)洪沖積層組成，基巖主要為白堊系青山群石前莊組流紋巖、白堊系青山群八畝地組安山巖及火山角礫巖及其構(gòu)造巖，整體上基巖面自東南向西北緩傾。地下水類型均主要為第四系孔隙潛水、第四系微承壓水和基巖裂隙水。

3? 系統(tǒng)部件功能

3.1? 刀盤

在進(jìn)行刀盤的設(shè)計(jì)期間，聯(lián)合廠家人員和盾構(gòu)專家對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行了充分了解，刀盤設(shè)計(jì)為為復(fù)合式刀盤（6輻條+6面板），中間支撐，并且切刀、滾刀等刀具皆安裝于刀盤表面，所有可拆式刀具均可從刀盤背部進(jìn)行更換，具備磨損檢測(cè)與超挖功能，并配置泥餅探測(cè)裝置。對(duì)隧道進(jìn)行全斷面開(kāi)挖，并可實(shí)現(xiàn)正反雙向旋轉(zhuǎn)出渣，能夠合理切斷隧道內(nèi)部構(gòu)造。操作人員在實(shí)際施工期間，可根據(jù)地質(zhì)情況切換刀盤功能使用。

3.2? 盾體

盾體所涉及內(nèi)容相對(duì)較多，主要包括前盾、中盾、盾尾以及人艙等，前盾連接的部件相對(duì)較多，如人艙以及主驅(qū)動(dòng)等。盾體中盾與前盾存在較大差異，中盾內(nèi)部帶有加強(qiáng)環(huán)以及H架，此部件能夠充分保證中盾整體剛度及強(qiáng)度，能夠?yàn)橥七M(jìn)油缸及拼裝機(jī)等的實(shí)際安裝提供了基礎(chǔ)。盾尾主要設(shè)置于中盾后部，為管片拼裝提供空間。在前、中、尾盾環(huán)向均設(shè)有多個(gè)Rp2的徑向潤(rùn)滑孔，施工期間期間可對(duì)盾體預(yù)留孔進(jìn)行膨潤(rùn)土的注入，能從根本上降低土層與盾殼間產(chǎn)生的摩擦，并進(jìn)而起到止水和防止漏氣的效果。在盾構(gòu)挖掘過(guò)程中，其中人艙為進(jìn)行帶壓作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用即為調(diào)節(jié)設(shè)備壓力和安全過(guò)渡，因此若相關(guān)人員持續(xù)處于惡劣地質(zhì)條件下進(jìn)行入土艙作業(yè)，即可利用人艙前往指定區(qū)域。

3.3? 主驅(qū)動(dòng)

主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是提供刀盤正反方向掘削動(dòng)力，同時(shí)承受刀盤掘削土體的軸向支撐反力。主動(dòng)驅(qū)內(nèi)部帶有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、安全設(shè)置以及齒輪油潤(rùn)滑系統(tǒng)，其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的主軸承負(fù)責(zé)承載軸向推力以及反推力，一般情況下，主軸承的實(shí)際使用壽命大于10000小時(shí)。在主驅(qū)動(dòng)內(nèi)部主要包括內(nèi)外兩套密封系統(tǒng)，兩系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)開(kāi)挖掌子面土倉(cāng)密封。

為保證變速箱內(nèi)部的各個(gè)部件能夠安全運(yùn)行，變速齒輪油需進(jìn)行冷卻處理，進(jìn)而保證主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際作業(yè)期間能夠及時(shí)對(duì)減速機(jī)等的油溫進(jìn)行監(jiān)控，并能采取措施合理降低各類油油溫，避免其超過(guò)設(shè)定溫度，否則將引起主驅(qū)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象。

4? 青島地鐵施工中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用

4.1? 盾構(gòu)始發(fā)及準(zhǔn)備工作

實(shí)際施工過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：首先為洞門加固措施，此措施需提前展開(kāi)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)安裝前兩月左右，應(yīng)針對(duì)始發(fā)井、接收井端頭采取鉆孔樁和垂直旋噴樁的加固措施，提高土體的強(qiáng)度和自穩(wěn)能力，同時(shí)達(dá)到止水的效果。旋噴樁按照鉆孔樁樁徑大小進(jìn)行無(wú)縫搭接，并在始發(fā)端頭10×12m范圍內(nèi)加固，目的在于穩(wěn)固土體、加強(qiáng)其強(qiáng)度，防止塌方與止水、保持盾構(gòu)機(jī)正確姿態(tài)，順利始發(fā)。

其次為洞門安裝密封裝置，此工作的目的在于保障洞門防水措施能夠有效開(kāi)展。實(shí)際施工過(guò)程中，由于洞口鋼環(huán)與盾構(gòu)外徑具有一定空隙，為防止地下水、土體在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中于此處流失，出現(xiàn)安全隱患，特于洞門鋼環(huán)上安裝密封裝置，主要由橡膠簾布、扇形鋼壓板組成，是根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的密封裝置。其次為始發(fā)托架、反力架和負(fù)環(huán)管片的安裝工作，依靠始發(fā)托架提供較為牢固的支撐體系，保證實(shí)際操作過(guò)程中需要注意盾構(gòu)機(jī)軸線的垂直;反力架結(jié)構(gòu)方面應(yīng)能夠滿足實(shí)際工作過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)帶來(lái)的反力作用，一般情況下此參數(shù)應(yīng)不小于15000kN;負(fù)環(huán)管片選用錯(cuò)縫拼裝，通過(guò)管片持續(xù)為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)提供反力，保障盾構(gòu)掘進(jìn)順利進(jìn)行。

隨后需要注意的是盾構(gòu)始發(fā)階段的土壓。就上文所述的相關(guān)內(nèi)容展開(kāi)分析，盾構(gòu)始發(fā)階段中的土壓預(yù)算可根據(jù)加固體的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考量，考量過(guò)程中結(jié)合反力架的承載情況進(jìn)行綜合考慮，以實(shí)際過(guò)程中的承載情況科學(xué)、合理，能夠應(yīng)對(duì)工作需求為準(zhǔn)，保證盾構(gòu)機(jī)推力滿足掘削加固區(qū)土體的要求，能夠有效工作的同時(shí)適當(dāng)提升土壓，加強(qiáng)工作效率。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)過(guò)了加固區(qū)后，根據(jù)隧道埋深、土層性質(zhì)與地面荷載作為參照標(biāo)準(zhǔn)等計(jì)算出土壓理論參考值，掘進(jìn)過(guò)程中根據(jù)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)隔板上布設(shè)的5個(gè)土壓傳感器測(cè)得的土壓數(shù)據(jù)對(duì)比分析，并對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，能有效控制因參數(shù)不合理導(dǎo)致出土過(guò)多、工作受到阻礙的情況。掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)盡快采取各項(xiàng)手段使其盡快達(dá)到預(yù)算土壓，保障土壓處于控制范圍內(nèi)，盡可能的提升工作效率。與此同時(shí)，施工過(guò)程中應(yīng)注意監(jiān)測(cè)地面沉降數(shù)據(jù)，避免險(xiǎn)情發(fā)生。

4.2? 試掘進(jìn)

掘進(jìn)工作中的注意事項(xiàng)及監(jiān)測(cè)手段應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況開(kāi)展，其中重視度較高的部分為試掘進(jìn)工作，選擇200m長(zhǎng)度作為試掘進(jìn)工作的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)整體進(jìn)入洞門后，盾構(gòu)機(jī)配套同步注漿設(shè)備均勻的向管片背后注入漿液，以保障間隙得到較為飽滿的填充，避免發(fā)生管片上浮、滲漏水等問(wèn)題。注漿從管片脫出盾尾正3環(huán)管片注漿孔進(jìn)行注漿，注漿過(guò)程中注意注漿壓力的控制（3bar以內(nèi)）和洞門扇形壓板的加固，時(shí)刻注意其是否發(fā)生變化，避免因洞門簾布和扇形壓板外翻造成的漿液流失，會(huì)導(dǎo)致洞門水土流失嚴(yán)重，造成工作效率降低問(wèn)題。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)完成加固區(qū)段掘進(jìn)的工作時(shí)，要保障地面沉降監(jiān)測(cè)工作的及時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行沉降情況的監(jiān)測(cè)與分析，施工過(guò)程中注重如土壓力、推力、速度等參數(shù)，如實(shí)收集并進(jìn)行分析工作。當(dāng)參數(shù)存在偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取對(duì)應(yīng)操作進(jìn)行調(diào)整。200m試掘進(jìn)工作結(jié)束后，需根據(jù)獲取參數(shù)總結(jié)分析參數(shù)變化的趨勢(shì)，并將參數(shù)變化結(jié)合工作時(shí)間進(jìn)行分析研究，判定其何段時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，變化趨勢(shì)是否存在較大程度上的躍進(jìn)。

4.3? 盾構(gòu)接收前準(zhǔn)備與盾構(gòu)接收

4.3.1? 盾構(gòu)接收準(zhǔn)備

盾構(gòu)的接收準(zhǔn)備工作于盾構(gòu)前進(jìn)至最后階段時(shí)展開(kāi)。當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)至最后約100m～50m左右時(shí)，需切實(shí)開(kāi)展準(zhǔn)備工作。盾構(gòu)機(jī)到達(dá)預(yù)定位置前，應(yīng)按照實(shí)際過(guò)程中接收段的方式完成端頭方向的土體加固，避免因擾動(dòng)出現(xiàn)土體坍塌等問(wèn)題。隨后，應(yīng)切實(shí)展開(kāi)制作安裝接收托架、破除洞門的相關(guān)工作。對(duì)盾構(gòu)接收準(zhǔn)備工作專題研究安排，工作中的重點(diǎn)大致為兩點(diǎn)，第一點(diǎn)為加固土體等強(qiáng)時(shí)間與相關(guān)工作要點(diǎn)，一般情況下端頭加固土體的等強(qiáng)時(shí)間應(yīng)不少于1月，并應(yīng)于允許范圍內(nèi)盡可能地延長(zhǎng)，保證加固效果，并以取芯檢測(cè)查看加固效果。此類工作延長(zhǎng)時(shí)間的主要原因?yàn)榛炷恋慕K凝期較長(zhǎng)，加固未到達(dá)一定程度時(shí)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至準(zhǔn)備范圍內(nèi)時(shí)，首先需針對(duì)測(cè)量控制工作進(jìn)行復(fù)核與測(cè)量，保障其較為穩(wěn)定;其次應(yīng)保障盾構(gòu)姿態(tài)正確，與軸線誤差較小，允許差異約為10mm以內(nèi)。第二點(diǎn)為盾構(gòu)進(jìn)入加固體的注漿工作。當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)入加固體的前3、4環(huán)時(shí)，應(yīng)于管片背襯位置進(jìn)行注漿，注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配比為（體積比）1：1：0.33，整環(huán)注漿做止水環(huán)，防止加固體前的地下水匯聚進(jìn)入始發(fā)井。

4.3.2? 盾構(gòu)接收

洞門破除前期，技術(shù)人員需及時(shí)觀察土體實(shí)際情況，并針對(duì)土體情況進(jìn)行土壓值的設(shè)計(jì)，此期間操作人員需及時(shí)降低設(shè)備對(duì)土體造成的壓力，以保證洞門破除工作的順利開(kāi)展。同時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)刀盤與洞門位置相近時(shí)，操作人員需及時(shí)降低推進(jìn)速度，確保接收洞門能夠安全破除。在完成洞門破除工作后，施工人員應(yīng)加快管片拼裝進(jìn)度，使盾構(gòu)出洞時(shí)間能夠得到合理縮短，進(jìn)而降低土體與水分的過(guò)分流失。施工人員在完成以上工作后，需及時(shí)對(duì)環(huán)形鋼板以及特殊環(huán)管進(jìn)行焊接，填充洞門與管片之間的間隙，防止水分及土體出現(xiàn)流失嚴(yán)重現(xiàn)象。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本工程所選擇的盾構(gòu)機(jī)刀盤具有一定的合理性。在輻條面板式的應(yīng)用下，其開(kāi)口率能夠達(dá)到33%，能夠保證施工時(shí)中渣土順暢的進(jìn)入土倉(cāng)，沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)泥餅的情況，能夠很好地控制土壓。在不需要任何添加劑的情況下，能夠保證工程的有序開(kāi)展。但是，部分區(qū)域含水量豐富，為此，加大同步注漿方量和進(jìn)行二次補(bǔ)漿，保證管片背后空隙的填充飽滿，并起到止水作用，保證盾構(gòu)能夠給穩(wěn)定掘進(jìn)，避免盾構(gòu)下沉或管片上浮的情況出現(xiàn)。

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