地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件的盾構(gòu)施工技術(shù)

高廣沂

摘要：在我國經(jīng)濟(jì)體系越發(fā)穩(wěn)定的今天，國內(nèi)城市軌道系統(tǒng)的建設(shè)速度有不斷提高。我國各地幾乎都在興建地鐵項目。當(dāng)然不同的地區(qū)有著不同的地層條件、地層環(huán)境。眾多且復(fù)雜的地質(zhì)問題成為了地鐵修建最大的挑戰(zhàn)。為了保障地鐵項目安全性，就需要合理分析施工現(xiàn)場條件和情況，采取有效的技術(shù)，盾構(gòu)施工是一種很好的方法。當(dāng)然使用該技術(shù)前必須合理、科學(xué)的控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)參數(shù)，要按照相應(yīng)技術(shù)流程和規(guī)范操作才能夠克服不同地質(zhì)帶來的施工負(fù)面問題，保障施工進(jìn)度和施工效果。本文將深入分析地鐵復(fù)雜地質(zhì)視角下的盾構(gòu)施工技術(shù)思路，以便為更多業(yè)界人士作業(yè)提供思路上的支持。

Abstract： With the economic system of China becoming more and more stable， the construction speed of urban rail system has been continuously improved. Subway projects are being built almost all over China. Different areas have different stratigraphic conditions and environments. Many and complex geological problems have become the biggest challenge of subway construction. In order to ensure the safety of subway project， it is necessary to analyze the construction site conditions and adopt effective technology. Shield construction is a good method. Of course， it is necessary to control the tunneling parameters of shield machine reasonably and scientifically before using this technology. Only in accordance with the corresponding technical process and specifications can we overcome the negative construction problems caused by different geological conditions and ensure the construction progress and construction effect. This paper will deeply analyze the shield construction technology under the complex geological perspective of metro， in order to provide the support for more people in the industry.

關(guān)鍵詞：地鐵項目;復(fù)雜地質(zhì);盾構(gòu)施工

Key words： metro project;complex geology;shield construction

中圖分類號：U455.43;U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0113-02

0? 引言

國內(nèi)很多城市近些年都在修建地鐵項目，尤其是一線、二線城市更是幾乎都有地鐵工程。在國內(nèi)地鐵數(shù)量、地鐵規(guī)模不斷增長的今天人們意識到，不同地區(qū)的地質(zhì)需要用不同的施工思路才能夠保障安全。地鐵作為現(xiàn)代城市的代表作之一，地鐵項目能夠有效緩解城市地表交通壓力，緩和城市人地矛盾問題。但是與普通工程項目相比較，地鐵施工難度要更大，復(fù)雜程度要更高，需要投入大量物力、人力和資金。地鐵項目本身就是地下工程，施工單位需要在地下環(huán)境作業(yè)。而面對復(fù)雜地質(zhì)條件，如果缺少合適、合理的施工技術(shù)將會遇到很大的施工問題，尤其是質(zhì)量問題和安全問題。面對這樣的背景就需要用到盾構(gòu)施工方法，提高施工安全性和質(zhì)量。

1? 盾構(gòu)施工風(fēng)險分類

1.1 人為風(fēng)險? 因為大部分的時候，盾構(gòu)施工都發(fā)生在地下，所以會受到很多因素影響，比如氣候災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害，如果發(fā)生了雨雪天氣，那么就需要考慮排水的問題。此外不良地質(zhì)會加劇施工風(fēng)險，比如坍塌事故[1]。當(dāng)然大多數(shù)情況下，不良地質(zhì)條件如果可以提前勘探出來并制定對應(yīng)的處理辦法是能夠規(guī)避自然風(fēng)險、自然問題的，是消除自然風(fēng)險隱患的前提工作。

1.2 自然風(fēng)險? 對于地鐵盾構(gòu)作業(yè)來說，人為風(fēng)險同樣也是很關(guān)鍵的因素，其指的就是在地鐵盾構(gòu)施工設(shè)計環(huán)節(jié)沒有合理的設(shè)計方案。并且施工合同、施工技術(shù)都有很大問題，欠缺對財務(wù)資金的考慮。以上因素帶來的隱患和風(fēng)險影響十分嚴(yán)重。施工前，必須提前做好各種準(zhǔn)備工作，并處理掉各種人為風(fēng)險，保障施工安全且順利。

1.3 機(jī)型選擇風(fēng)險? 不同盾構(gòu)機(jī)有著不同的性能，盾構(gòu)機(jī)的合理選擇才能夠保障施工進(jìn)度、施工效果。在選擇盾構(gòu)機(jī)的時候一定要結(jié)合實際情況處理，慎重選擇盾構(gòu)機(jī)是保障施工進(jìn)度、施工質(zhì)量的關(guān)鍵。盾構(gòu)機(jī)依靠刀盤保障掌子面穩(wěn)定性[2]。所以刀盤的設(shè)計應(yīng)當(dāng)充分考慮地質(zhì)條件、地質(zhì)狀況。刀具、刀盤等很容易磨損，要配備強(qiáng)度足夠的刀盤刀具，使用更耐磨的焊接技術(shù)處理焊接刀盤的表面。不同刀具的用途不一樣，刀具選擇中，單刃滾刀、刮刀、寬刃齒刀都是比較常用的。要合理控制刀具高度和間距。盾尾密封方面容易有失效風(fēng)險的出現(xiàn)，如果發(fā)生泥水泄露，工程有可能有沉降問題爆發(fā)。所以應(yīng)選擇密封性良好的盾尾油脂，保障穩(wěn)定性，將其均勻的抹在盾構(gòu)機(jī)的盾尾，發(fā)揮密封作用。此外管片和盾尾刷同樣也要選擇合適的型號，以免盾尾作業(yè)中發(fā)生擠壓、破損現(xiàn)象。

2? 盾構(gòu)施工組織管理

2.1 選擇合適的工藝與盾構(gòu)機(jī)? 因為地鐵工程的主戰(zhàn)場就是地下，而地下通常都有非常復(fù)雜的地質(zhì)條件、地質(zhì)環(huán)境。所以為了保障地鐵工程作業(yè)質(zhì)量，確保其能夠充分滿足地鐵施工要求，就需要選擇合適的盾構(gòu)機(jī)配合著施工。當(dāng)然在面對復(fù)雜地質(zhì)條件以及廣泛施工范圍的時候，勢必需要考慮到非常多的施工程序。復(fù)雜的程序如果有其中一個環(huán)節(jié)錯誤，就會影響到施工效果、施工質(zhì)量[3]。對此需要嚴(yán)格按照規(guī)定施工規(guī)范與流程作業(yè)，保障地鐵盾構(gòu)施工質(zhì)量和效果。地鐵作業(yè)中，施工工藝的要求通常都很高。除了要做好地面沉降反應(yīng)控制以外，還要控制好地面沉降值問題，將其調(diào)整和約束在合適范圍，確保盾構(gòu)掘進(jìn)以及洞內(nèi)的輔助施工可以同步推進(jìn)。

2.2 施工準(zhǔn)備? 復(fù)雜地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工會遇到很多的風(fēng)險。為了避免風(fēng)險影響到施工，引起安全事故，就需要提前做好一系列的準(zhǔn)備工作。首先要做的是，提前勘察好施工區(qū)域、施工線路的實際狀況、地質(zhì)條件。用勘察的過程了解地質(zhì)的歷史和可能發(fā)生的變化。當(dāng)然天氣因素也要考慮在內(nèi)，要對具體變化做正確反映。示范路段、加固路段要重點勘測，獲取準(zhǔn)確、詳細(xì)數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確無誤且充足可靠的材料是地鐵盾構(gòu)安全施工的關(guān)鍵。要想保障地鐵作業(yè)順利進(jìn)行，能夠發(fā)揮盾構(gòu)技術(shù)最大價值，施工前應(yīng)當(dāng)根據(jù)之前獲得的數(shù)據(jù)設(shè)計合理、科學(xué)方案，做好技術(shù)交底。比如穿越鐵路施工方案、技術(shù)加固思路等等。技術(shù)方案應(yīng)當(dāng)包括所有可能遇到的風(fēng)險因素和突發(fā)事故。

2.3 掌握盾構(gòu)機(jī)性能? 盾構(gòu)機(jī)作業(yè)過程中需要用到大量燃油，這些燃油等同于大量成本。如果盾構(gòu)機(jī)長期處于負(fù)荷狀態(tài)操作，那么施工中就會消耗非常恐怖的燃油?；谶@樣的考慮，盾構(gòu)機(jī)施工人員必須充分了解盾構(gòu)機(jī)性能。在操作盾構(gòu)機(jī)前準(zhǔn)備足夠的燃料，以免出現(xiàn)燃油不夠用的問題[4]。當(dāng)然這也是保障成本有效控制的關(guān)鍵，是工程安全的前提。

2.4 嚴(yán)格按照方案施工? 有資料顯示，面對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，使用盾構(gòu)施工辦法會面臨復(fù)雜施工工藝條件。這些施工條件、施工技藝之間聯(lián)系十分密切。假設(shè)某個施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題，就會影響到工程整體施工質(zhì)量、施工水平。盾構(gòu)施工中必須嚴(yán)格按照技術(shù)方案展開操作，要確保其充分滿足施工規(guī)定、施工要求，做好工程質(zhì)量管理、質(zhì)量控制。地鐵隧道中心線需要有合理的控制手段，避免施工安全問題發(fā)生。拼裝盾尾以及管片選擇的時候，應(yīng)著重考慮質(zhì)量問題，確保盾構(gòu)機(jī)能夠穩(wěn)定生產(chǎn)、安全作業(yè)。

3? 盾構(gòu)法在復(fù)雜地質(zhì)中的應(yīng)用

3.1 土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)? 第一步選擇合適的模式。土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)總共有三種生產(chǎn)模式，分別是敞開式模式、半敞開式模式、土壓平衡模式。在選擇掘進(jìn)模式的時候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合地層實際條件、表現(xiàn)的特征抉擇。一般來說，全斷面巖層的掘進(jìn)需要用敞開式模式。要利用泡沫劑改良渣土。軟弱層復(fù)雜地層要應(yīng)用土壓平衡這種施工模式，依靠適量膨潤土、泡沫改良渣土。這種模式的使用，不可以頻繁的調(diào)節(jié)土倉壓力。只要土倉壓力比掌子面水壓、土壓大一些即可。上軟下硬類土層以及砂卵石土層的結(jié)構(gòu)要更加復(fù)雜，當(dāng)然這兩種類型的土層也可以使用土壓平衡這種掘進(jìn)模式。這種復(fù)雜類型的土層在掘進(jìn)中，土倉壓力控制比較難，施工人員必須認(rèn)真且嚴(yán)肅的對待每一個細(xì)節(jié)。

第二步明確掘進(jìn)參數(shù)。在使用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)前，施工方需要根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件以及隧道埋置深度確定掘進(jìn)參數(shù)。這里的參數(shù)包括刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度、扭矩、推力、盾構(gòu)姿態(tài)等等。此外還要做好試驗段監(jiān)測工作，按照試驗段監(jiān)測反饋的數(shù)據(jù)隨時調(diào)整施工現(xiàn)場參數(shù)。因為施工中用到是土壓平衡模式，故要用到螺旋機(jī)旋轉(zhuǎn)保障土層動態(tài)平衡。施工中要合理控制螺旋機(jī)的壓力和轉(zhuǎn)速，保障生產(chǎn)有序性。

第三步合理控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。復(fù)雜地層的掘進(jìn)工作需要重點關(guān)注盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制要求。尤其是面對土層變化大的地段以及硬巖石層，通常很難輕易地糾正盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。根據(jù)實踐經(jīng)驗，千斤頂是糾正姿態(tài)的很好方法，往往能夠取得不錯效果。當(dāng)然千斤頂會加劇刀具磨損程度，甚至有可能引發(fā)管片錯臺、盾構(gòu)機(jī)被卡一類的事故。這類地層施工需要遵循慢糾偏、長距離原則。不可以用力過度否則會加劇施工難度。

第四步確定同步注漿參數(shù)。大多數(shù)情況下管片和刀盤有著明顯的外徑不同。而這種現(xiàn)象會導(dǎo)致拼裝好的管片壁厚和圍巖之間有時會出現(xiàn)一定縫隙。如果沒有及時注漿回填，那么在千斤頂?shù)淖饔孟?，管片就會上下浮。對此，?fù)雜地層在掘進(jìn)中需要做好注漿壓力、注漿速度、注漿量控制。以此規(guī)避管片的上浮問題。此外漿液在管片、圍巖之間往往能夠形成厚實防水層。同步注漿中，漿液質(zhì)量是需要加強(qiáng)管理的。

3.2 泥水加壓平衡技術(shù)? 第一步確定泥水性能。確定泥水性能的過程中，最重要的就是確定泥水密度。掘進(jìn)作業(yè)中，泥水是避免開挖面變形的關(guān)鍵。一般來說泥水密度應(yīng)盡可能高一些，盡量達(dá)到開挖土體密度。不過在實踐中，如果泥水的密度過大，將很有可能會影響到泥漿泵處理能力，引起泥水處理難和泵運轉(zhuǎn)不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。正因如此才需要合理確定泥水密度、設(shè)備性能和土層結(jié)構(gòu)。對泥水來說，含沙量也是關(guān)鍵問題。在強(qiáng)透水性土體作業(yè)中，泥水砂石最大粒徑和含沙量都會影響到泥膜形成快慢。所以應(yīng)選擇含量合適粒徑稍微超過土體縫隙的沙粒。為保障渣土足以滿足長距離輸送要求，一般泥水流動速度的大小會被控制為160至210米/分。

第二步確定掘進(jìn)參數(shù)。復(fù)雜地層的掘進(jìn)作業(yè)必須保障切口有著穩(wěn)定的壓力，刀盤和推力的轉(zhuǎn)速應(yīng)保持低水平狀態(tài)?？梢杂谜{(diào)整推進(jìn)壓力、導(dǎo)向油缸長度的方法控制盾構(gòu)姿態(tài)。如果在上軟下硬土層作業(yè)，那么因為上層的砂層本身沒有良好穩(wěn)定性，所需的切削扭轉(zhuǎn)比較低，下層土層硬度大，對刀具阻力非常大，就會使得刀具出現(xiàn)比較嚴(yán)重的損傷，尤其是軟硬土層的交接部位。掘進(jìn)中，為了防止刀具受到過大荷載，應(yīng)放緩刀盤轉(zhuǎn)速，提高刀盤扭矩。假設(shè)掘進(jìn)速度過高，就會成為泥水處理壓力和泥水輸送壓力，超挖問題很有可能在此階段發(fā)生。過渡段地層作業(yè)要確保泥水設(shè)備處理能力和刀具貫入度匹配，速度一般被控制位15至30毫米/分

4? 結(jié)語

絕大多數(shù)盾構(gòu)作業(yè)中的事故都是因為沒有充分考慮水文條件、地質(zhì)條件所引起的。為了消除負(fù)面影響，工程的技術(shù)人員需要嚴(yán)格按照掘進(jìn)施工的技術(shù)要點做好參數(shù)控制、掘進(jìn)狀態(tài)調(diào)整，保障工程質(zhì)量、工程效益。

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