復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

吳道沅

（中交（廣州）建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511400）

盾構(gòu)施工是地鐵建設(shè)領(lǐng)域的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，且在復(fù)雜地質(zhì)條件下其施工難度明顯加大。因此，全面的勘察、科學(xué)施工方案的編制、可行技術(shù)手段的采用都至關(guān)重要。在此背景下，工程人員需從復(fù)雜地質(zhì)條件的基本特點(diǎn)出發(fā)，探討相適應(yīng)的盾構(gòu)施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

深圳軌道交通工程6號(hào)線工程項(xiàng)目中，支線地質(zhì)條件復(fù)雜，勘察結(jié)果表明現(xiàn)場(chǎng)含多類巖土層，填土、軟土、風(fēng)化巖廣泛分布于沿線各段，且存在腐蝕性地下水。盾構(gòu)施工為重點(diǎn)環(huán)節(jié)，盾構(gòu)施工區(qū)間包含左線2090m、右線2504m，采用盾構(gòu)法展開(kāi)施工作業(yè)，所用設(shè)備為復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

1.2 地質(zhì)水文條件

該工程沿線地勢(shì)起伏大，施工穿越地段為丘陵、高臺(tái)地以及河谷沖洪積平原地貌，屬?gòu)?fù)雜地質(zhì)特征。主要不良地質(zhì)為砂土液化，場(chǎng)區(qū)特殊巖土主要為人工填土、軟土、膨脹土、風(fēng)化巖及殘積土、沖洪積粉質(zhì)黏土和殘積黏性土，局部具有弱膨脹性。此外，伴有的花崗巖殘積土、全風(fēng)化及土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖具有遇水軟化、崩解、強(qiáng)度急劇降低的特點(diǎn)，不利于項(xiàng)目的施工。沿線地下水分松散土層孔隙水和基巖裂隙水兩種類型，水量雖豐富，卻對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具有微腐蝕性。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵盾構(gòu)施工難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)

由于該項(xiàng)目施工穿越主城區(qū)，涉及和影響的因素較多，下面就施工中遇到的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1 工期方面

該項(xiàng)目征拆具有范圍廣、體量大、費(fèi)用高、用地類型多樣、手續(xù)復(fù)雜、外部環(huán)境復(fù)雜等不確定性因素的特點(diǎn)，所以征拆管理是該工程的重點(diǎn)之一。如何與產(chǎn)權(quán)單位溝通完成拆遷，保證施工工期是該工程的難點(diǎn)之一。

應(yīng)對(duì)措施：組建前期工程領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)各項(xiàng)工作，周密安排部署，確保管轄范圍的和諧穩(wěn)定，并積極主動(dòng)聯(lián)系，降低交叉影響。此外，參與征地方案的討論，提出合理化建議，竭盡所能在風(fēng)、水、電力設(shè)施、機(jī)械設(shè)備及臨時(shí)房屋等方面給予拆改單位必要支持，加快施工進(jìn)度。

2.2 環(huán)境方面

該工程施工穿越市區(qū)，周圍建筑密集。沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，存在多類別巖土層。不良地層眾多，全線車站不良地質(zhì)主要有填土、軟土、風(fēng)化巖、腐蝕性地下水，地連墻易出現(xiàn)塌孔，產(chǎn)生不均勻沉降，基坑開(kāi)挖存在涌水涌砂等安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在填土、軟土、風(fēng)化巖、腐蝕性地下水等不良地質(zhì)條件下車站施工是該項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。

應(yīng)對(duì)措施：施工前對(duì)車站地層采用地面探孔、地質(zhì)雷達(dá)等手段補(bǔ)勘，詳細(xì)了解車站地層地質(zhì)情況，做好車站后期不均勻沉降監(jiān)測(cè)；并根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)置降水井，做好基坑監(jiān)測(cè)和水位觀測(cè)及處理。開(kāi)挖前采用袖閥管注漿對(duì)坑底5m范圍內(nèi)破碎帶進(jìn)行注漿止水加固，并結(jié)合不同條件的具體情況合理選擇水泥，以減少地下水腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生[1]。

2.3 經(jīng)濟(jì)方面

該項(xiàng)目的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，且投資金額巨大；數(shù)十個(gè)系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約，同時(shí)包含設(shè)備安裝、裝飾裝修工程以及主變電工程。因此，如何做到在保證工程質(zhì)量的前提下，將經(jīng)濟(jì)效益最大化，也是該項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

應(yīng)對(duì)措施：編制相應(yīng)的施工組織設(shè)計(jì)，細(xì)化每一項(xiàng)工程的數(shù)量和所投入的費(fèi)用，并做好詳細(xì)記錄；在設(shè)備方面，按工程技術(shù)部編制的材料和設(shè)備供應(yīng)計(jì)劃，尋找合格實(shí)惠的材料和設(shè)備，并及時(shí)采購(gòu)到位，做到效益最大化[2]。

3 地鐵盾構(gòu)施工的主要優(yōu)勢(shì)

根據(jù)該工程復(fù)雜地質(zhì)條件的特殊性，盾構(gòu)法具有適用性，其優(yōu)勢(shì)包括如下方面。

（1）安全可靠。營(yíng)造了安全的施工環(huán)境，有助于提高安全系數(shù)。盾構(gòu)施工應(yīng)用于地下空間內(nèi)，因此地質(zhì)條件、水文對(duì)施工作業(yè)的影響較為顯著，而盾構(gòu)法的應(yīng)用具有靈活性，可有效排除外界因素的干擾，施工安全狀況良好。

（2）效率高。行業(yè)持續(xù)發(fā)展之下，盾構(gòu)技術(shù)水平得以提高，隧道的開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌等各環(huán)節(jié)工作可以有條不紊地推進(jìn)；而且盾構(gòu)施工還能夠有效減少道路開(kāi)挖現(xiàn)象，相較于傳統(tǒng)方法，其施工效率更高。

（3）經(jīng)濟(jì)效益顯著。城市建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，各區(qū)域的地質(zhì)條件存在特殊之處，要按照因地制宜的原則選擇合適的施工方法?；诙軜?gòu)法的應(yīng)用，可為多種地質(zhì)條件的施工作業(yè)提供技術(shù)支持，加之技術(shù)的不斷成熟，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)還可有效減少成本投入[3]。

4 盾構(gòu)施工關(guān)鍵

該標(biāo)段施工內(nèi)容包含2站2區(qū)間，涉及2個(gè)盾構(gòu)段，長(zhǎng)度分別為1166m和905.7m。翠湖站和新明醫(yī)院站同期進(jìn)場(chǎng)，應(yīng)協(xié)調(diào)好生產(chǎn)要素以便平行施工?？紤]到地質(zhì)條件的特殊性，共配置2臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。該標(biāo)段的施工流程示意圖如圖1所示。

圖1 施工總流程示意圖

4.1 盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)與試掘進(jìn)

（1）端頭地層加固。盾構(gòu)施工全流程中，盾構(gòu)的始發(fā)與到達(dá)為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要根據(jù)具體施工段的實(shí)際情況選擇合適的加固方式，保證端頭地層的穩(wěn)定性。各區(qū)間的加固方式具體如表1所示。

表1 端頭加固形式表

（2）始發(fā)。盾構(gòu)始發(fā)的內(nèi)容主要有托架和反力架兩部分的安裝作業(yè)以及洞口處的密封處理。根據(jù)該工程施工條件，配備噸位為350t、100t的履帶吊各1臺(tái)，并配套施工所需的吊具等附屬裝置。通過(guò)拖車與盾構(gòu)機(jī)相配合的方式共同完成始發(fā)作業(yè)?？紤]到出碴和管片吊裝的便捷性要求，合理選擇負(fù)環(huán)管片的拼裝方式，即后5環(huán)只拼裝底部?，F(xiàn)場(chǎng)配備牽引車、管片車和渣土車各1臺(tái)，按照此編組方式始發(fā)作業(yè)，以拖車的行進(jìn)狀態(tài)為判斷依據(jù)，當(dāng)其進(jìn)入隧道后則正常編組。

（3）掘進(jìn)。此階段選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，嚴(yán)格控制倉(cāng)內(nèi)土壓力，在其作用下以達(dá)到平衡開(kāi)挖面土體的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)前方開(kāi)挖面的強(qiáng)有力支護(hù)。掘進(jìn)過(guò)程中要保證平衡壓力的合理性，具體應(yīng)兼顧推力、推進(jìn)速度和出土量三項(xiàng)指標(biāo)，其均會(huì)對(duì)盾構(gòu)施工軸線造成明顯的影響，因此要緊密結(jié)合土質(zhì)特性和覆土厚度的實(shí)際情況，在施工期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，綜合多方面因素調(diào)整平衡壓力值，嚴(yán)格控制好各次糾偏量，避免大幅度糾偏現(xiàn)象，盡可能減少對(duì)土體的擾動(dòng)性影響[4]。

4.2 防水施工

隧道采取二級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，各部分均不可出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，允許局部表面存在微量的濕漬，但要注重對(duì)該部分面積的控制，每100m2內(nèi)的濕漬數(shù)量最多僅為3處，且各處的面積不超過(guò)0.2m2。區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)施工作業(yè)均選擇防水混凝土材料，必須滿足抗?jié)B等級(jí)≥P12的要求。

4.3 洞門(mén)施工

利用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)必然經(jīng)過(guò)進(jìn)出洞環(huán)節(jié)，此階段的質(zhì)量控制具有必要意義，直接影響盾構(gòu)法的施工質(zhì)量。對(duì)此，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞前必須做足準(zhǔn)備工作，掌握地鐵隧道作業(yè)的路線情況，嚴(yán)格控制好軸線誤差。同時(shí)，全面勘察現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，以實(shí)際情況為準(zhǔn)采取相適應(yīng)的處理措施。

根據(jù)該工程的施工特點(diǎn)，隧道洞門(mén)施工按照如下流程有序推進(jìn)：管片外預(yù)注漿→拆除臨時(shí)密封及管片→現(xiàn)場(chǎng)清理→防水作業(yè)→安裝鋼筋、模板及支架→澆筑施工→養(yǎng)護(hù)[5]。

4.4 穿越建構(gòu)筑物及復(fù)雜地段施工

文章探討的標(biāo)段設(shè)置有2個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，沿線分布大量建（構(gòu)）筑物，若盲目展開(kāi)盾構(gòu)掘進(jìn)施工作業(yè)極容易導(dǎo)致既有建筑物失穩(wěn)，造成嚴(yán)重的工程事故。對(duì)此，需在前期做好勘察工作，明確可能受到影響的建（構(gòu)）筑物，對(duì)其采取注漿加固措施，并視實(shí)際情況控制好掘進(jìn)參數(shù)，安排專員在地面監(jiān)控，保證施工作業(yè)處于可控狀態(tài)。

穿越淺覆土層時(shí)需要注重對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整，合理修正掘進(jìn)參數(shù)，勻速向前掘進(jìn)，使管片間形成穩(wěn)定連接的關(guān)系。沿線還存在部分上軟下硬地層，在該處盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)需要選擇合適的掘進(jìn)模式，保證刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和貫入度的合理性，選擇先進(jìn)的工藝以便改良渣土，注漿量不可超出合理范圍，需避免“噴涌”現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)法是地鐵建設(shè)事業(yè)中較為主流的方法，在保證工程質(zhì)量、創(chuàng)造安全施工環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面都具有顯著作用，圍繞盾構(gòu)法施工技術(shù)展開(kāi)探討極具必要性。盾構(gòu)機(jī)為主要施工設(shè)備，盾構(gòu)進(jìn)出洞、掘進(jìn)等環(huán)節(jié)都要依據(jù)規(guī)范而完成，并在施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，掌握實(shí)際情況，靈活優(yōu)化工藝參數(shù)，提高盾構(gòu)法在地鐵施工中的適應(yīng)性，從而創(chuàng)造高品質(zhì)的地鐵工程項(xiàng)目。