復雜地質(zhì)條件下地鐵盾構(gòu)隧道施工要點探究

◎江楓

一、盾構(gòu)法施工技術(shù)的特點

盾構(gòu)法是一種以暗挖施工方式實現(xiàn)全機械化的施工。在盾構(gòu)機械開挖面的前方使用切削裝置完成開挖施工，然后使用出土機械將開挖過程中的土料運輸出去。在開挖過程中，主要依靠千斤頂確保機械后部加壓頂進，同時對預制混凝土管片進行拼裝，最后形成隧道結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)法施工技術(shù)主要有以下特點：①對地鐵區(qū)間隧道施工過程中周圍的地面建筑物與環(huán)境的影響較小。主要是因為盾構(gòu)法施工的隧道建設無須地面場地，是一種無噪音、無振動、無公害的施工方式。因此，盾構(gòu)法施工技術(shù)在一些不能進行明挖、埋深度較大的地層施工中的應用較多。②盾構(gòu)法施工技術(shù)對施工精度要求較高，因為盾構(gòu)法開挖掘進的過程中，盾構(gòu)外殼與管片的質(zhì)量直接影響盾構(gòu)法施工的安全性與穩(wěn)定性，因此，管片制作的精度與機械制作的精度相似，要求將管片精度誤差控制在標準范圍內(nèi)（0.5mm之內(nèi)）。除此之外，還要特別注意嚴格控制前進盾構(gòu)施工過程中的隧道軸線偏差。

二、地鐵盾構(gòu)隧道施工存在風險分析

在進行地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道施工過程中，首先要做好施工的風險管理工作，保證后續(xù)施工的安全性和穩(wěn)定性。針對地鐵區(qū)間隧道施工的風險控制包括以下幾部分，即確定風險、控制目標、明確風險參與者、資料收集、風險形勢估計、潛在風險因素判別、風險識別報告的編制。為了更加準確地進行盾構(gòu)法施工風險識別和控制，需要明確地鐵盾構(gòu)施工風險的識別內(nèi)容。首先，要對盾構(gòu)法的風險和特征進行分析探討，明確相關(guān)施工風險因素類型，確定風險控制的目標。然后合理規(guī)劃設計施工流程，對參與施工過程中的各個方面進行討論，找出施工各個環(huán)節(jié)的風險因素。其次，還需要做好盾構(gòu)機械設備、地質(zhì)環(huán)境、施工管理的風險識別工作，嚴格界定風險內(nèi)涵，在做到風險確認的同時，也需要做好風險排除工作，并考慮風險因素之間的關(guān)聯(lián)性，保證風險控制的全面性和合理性。

三、復雜地質(zhì)條件下地鐵盾構(gòu)隧道的施工要點

1.土壓式平衡盾構(gòu)機施工技術(shù)要點。

（1）模式的選擇。土壓式平衡盾構(gòu)機有三種模式，包括敞開式、半敞開式和土壓平衡模式。在對掘進模式進行選擇時，我們應該根本地層的不同條件特征來選擇。通常情況下，對全斷面巖層掘進時，我們可選擇敞開式掘進模式，并使用泡沫劑對渣土進行改良；而對于存在軟弱層的復雜地層，則可選擇土壓平衡模式，并采用泡沫和適量的膨潤土對渣土進行改良。采用此種模式時，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；對于處理砂卵石或者上軟下硬的土層，由于土層比較復雜，則同樣需要采用土壓平衡模式來掘進，因為在這種復雜土層掘進時控制土倉壓力較難，所以掘進時必須認真對待每個環(huán)節(jié)。

（2）掘進參數(shù)的確定。采用土壓式平衡盾構(gòu)機施工之前，我們應該根據(jù)施工現(xiàn)場的不同地質(zhì)特點和隧道的埋置深度來確定其掘進的主要參數(shù)。其中包括對盾構(gòu)姿態(tài)、推力、扭矩、掘進速度以及刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)的確定，同時還需要根據(jù)掘進試驗段的監(jiān)測情況，對施工現(xiàn)場的參數(shù)進行隨時調(diào)整。由于采用的是土壓平衡模式，所以需要通過螺旋機的旋轉(zhuǎn)出土來維持動態(tài)平衡，所以在實際施工過程中，我們還需要對螺旋機的轉(zhuǎn)速和壓力進行有效控制。

（3）盾構(gòu)機姿態(tài)的控制。在復雜地層掘進時，對于盾構(gòu)機姿態(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，對盾構(gòu)機的姿態(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，而且會使刀具的磨損加大，甚至會出現(xiàn)盾構(gòu)機被卡或者管片錯臺的嚴重后果。所以在這類地層中掘進時，應該嚴格遵守長距離、慢糾偏的原則，避免用力過猛，造成掘進困難。

2.泥水加壓式平衡盾構(gòu)機施工技術(shù)要點。

（1）泥水性能的確定。在對泥水性能進行確定時，首先要確定好泥水的密度，因為在掘進開挖時，泥水可以有效控制開挖面的變形。通常認為泥水的密度可相對高些，最好能夠達到開挖土體的密度。但在實際施工中，泥水密度過大，可能會影響泥漿泵的運轉(zhuǎn)以及泥水處理困難，所以我們應該結(jié)合土層的結(jié)構(gòu)以及設備的運行能力，對泥水密度進行合理確定；含砂量是泥水的又一關(guān)鍵性問題，當在強透水性土體中掘進時，泥水的含砂量及砂的最大粒徑，對泥膜形成的快慢會產(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）掘進參數(shù)的確定。在復雜地層掘進作業(yè)時，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)整導向油缸長度以及推進壓力，來控制盾構(gòu)的姿態(tài)。當在上軟下硬的土層中掘進時，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，對于刀具的阻力就會很大，尤其是軟硬土層的交界處，刀具的損傷會比較嚴重，所以掘進過程中，為了避免刀具遭受過大的瞬時沖擊荷載，可適當降低刀盤的轉(zhuǎn)速，提高刀盤的扭矩；如果掘進時速度過快，就會對泥水的輸送能力和泥水的處理能力造成壓力，很容易導致超挖問題的產(chǎn)生。所以在過渡段地層掘進時，為了保證刀具的貫入度和泥水設備的處理能力相互適應，應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)是減少掘進摩阻力和對地層擾動的最有效方法，它能夠提高盾構(gòu)機的掘進質(zhì)量。我們可采取在掘進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，糾偏的速度不應該過快，避免形成過大的蛇形開挖面；可通過控制各推進油缸的油壓和調(diào)節(jié)油缸的行程來控制盾構(gòu)的姿態(tài)；對各組導向油缸的差值進行及時調(diào)整，并通過導向油缸的壓力差來對盾構(gòu)姿態(tài)進行控制。

結(jié)束語：在地鐵隧道施工過程中應用盾構(gòu)法施工具有良好的安全性、環(huán)保性與便捷性，在當前地鐵工程建設中應用盾構(gòu)法施工技術(shù)已經(jīng)相當普遍。并且隨著我國地鐵建設工程的快速發(fā)展，地鐵盾構(gòu)施工面臨許多復雜的地質(zhì)條件，對技術(shù)要求也會更高，這要求相關(guān)人員對盾構(gòu)法施工技術(shù)不斷改進與完善，促進工程建設行業(yè)施工水平提升。