地鐵盾構(gòu)機(jī)穿越復(fù)雜地質(zhì)施工技術(shù)

胡巨男

摘 要：近些來各城市地鐵建設(shè)工程建設(shè)數(shù)量逐漸增多，在進(jìn)行地鐵施工時(shí)會遇到相對復(fù)雜的地形，此時(shí)會采用盾構(gòu)機(jī)完成施工內(nèi)容，在施工過程中應(yīng)確保盾構(gòu)機(jī)穿越過程的安全，提升地鐵工程施工質(zhì)量。因此分析地鐵盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工所采用的技術(shù)對地鐵施工有著非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)機(jī);穿越復(fù)雜地質(zhì);施工技術(shù)

1引言

地鐵已經(jīng)成為城市交通樞紐中的重要組成部分，地鐵工程可以有效緩解城市交通擁堵等現(xiàn)象。地鐵工程施工中會遇到一些復(fù)雜地質(zhì)條件，此時(shí)多會采用盾構(gòu)機(jī)完成施工內(nèi)容，采用盾構(gòu)機(jī)后可以提升復(fù)雜地質(zhì)情況施工的穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)提升施工效率、保證工程施工質(zhì)量，因此應(yīng)將盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行推廣，更好的推動地鐵工程發(fā)展。

2地鐵盾構(gòu)施工中的重點(diǎn)

2.1做好盾構(gòu)施工端頭位置加固

在地鐵盾構(gòu)施工過程中應(yīng)認(rèn)識到端頭位置加固的重要性，采用盾構(gòu)設(shè)備刀盤在進(jìn)洞施工時(shí)沒有按照工程施工要求進(jìn)行加固會導(dǎo)致涌水等問題，無法保證盾構(gòu)設(shè)備施工效果及使用安全。因此在采用盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行施工前應(yīng)先做好準(zhǔn)備工作并嚴(yán)格做好安全管理，確保進(jìn)洞位置地層的穩(wěn)定性，從而減少安全事故的發(fā)生。

2.2保證洞門密封效果

在地鐵盾構(gòu)施工段可能會出現(xiàn)中風(fēng)化巖層或微風(fēng)化巖層，導(dǎo)致巖層出現(xiàn)裂縫或涌水現(xiàn)象，同時(shí)承壓力相對較高。因此在進(jìn)行盾構(gòu)施工前應(yīng)先將施工段進(jìn)行清理，然后完成洞口密封作業(yè)，保證密封效果。因此在正式開挖前應(yīng)做好設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)情況交底工作，根據(jù)地鐵工程實(shí)際情況進(jìn)行開挖施工，保證施工效果。

2.3地層相對復(fù)雜時(shí)采用的盾構(gòu)方式

采用盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)會遇到一些問題，如被削切碎的風(fēng)化巖石與縫隙滲水混合刀盤碾壓溫度較高、刀盤中心位置存在泥土等均會導(dǎo)致刀盤扭矩降低、掘進(jìn)速度過慢、渣土熱度提升、無法保證刀盤貫入度等。

2.4嚴(yán)格把控管線沉降

地鐵盾構(gòu)施工中遇到線氣流時(shí)會增加管線沉降控制難度。如盾構(gòu)區(qū)域中地下管線較多，存在自來水管線、天然氣管線、雨污管線等，施工中沒有嚴(yán)格控制管線沉降就會導(dǎo)致安全事故。

2.5河道盾構(gòu)施工

若地鐵盾構(gòu)施工區(qū)域需要穿越城市一級飲用水源保護(hù)區(qū)，應(yīng)強(qiáng)化保護(hù)工作。在正式施工前施工人員可以采用鉆芯檢測方式對河道地質(zhì)條件的復(fù)雜性進(jìn)行判斷與分析，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工提供依據(jù)。

3盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用到不同復(fù)雜地質(zhì)條件下的具體措施

3.1地層軟硬分布不均勻所采用的盾構(gòu)施工技術(shù)

地鐵工程盾構(gòu)施工中土質(zhì)硬度并不相同，因此在進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而保證掘進(jìn)工作順利進(jìn)行，反之會導(dǎo)致掘進(jìn)軸線偏差。面對不同的地質(zhì)條件應(yīng)對盾構(gòu)設(shè)備刀盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，盾構(gòu)設(shè)備刀盤轉(zhuǎn)動后若遇到較軟的土層會提升掘進(jìn)擾動，出現(xiàn)土壓不平衡或路線偏移情況，若沒有及時(shí)處理掌子面會坍塌，最終增加了安全隱患發(fā)生率。此外，在盾構(gòu)設(shè)備糾偏時(shí)也會出現(xiàn)坍塌或不穩(wěn)定等情況。因此利用盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行以上復(fù)雜地質(zhì)情況施工時(shí)應(yīng)與土層情況進(jìn)行結(jié)合，然后在掘進(jìn)過程中根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，從而保證掘進(jìn)施工可以穩(wěn)定進(jìn)行，在掘進(jìn)時(shí)注意以下方面。

第一，在進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，避免速度過快，這樣在遇到較硬的土質(zhì)時(shí)盾構(gòu)設(shè)備刀盤也可以順利運(yùn)轉(zhuǎn)，將硬質(zhì)土層進(jìn)行破碎。同時(shí)要想避免因堅(jiān)硬土質(zhì)給刀盤帶來損壞應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整盾構(gòu)設(shè)備推力，降低刀盤轉(zhuǎn)速，每分鐘控制在1.0r，每圈貫入量不得超過5毫米。具體掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)對各掘進(jìn)段距離進(jìn)行控制并做好檢查工作，保護(hù)好刀盤等，避免給刀盤帶來損傷，確保掘進(jìn)工作可以順利開展。第二，在掘進(jìn)施工中配套設(shè)備起到了重要的作用。如千斤頂，在進(jìn)行鉸接作業(yè)時(shí)應(yīng)對刀盤傾角進(jìn)行調(diào)整，確保傾角可以滿足施工要求，此時(shí)千斤頂就充分發(fā)揮出自身作用，可以有效避免掘進(jìn)過程中出現(xiàn)軸線偏移現(xiàn)象。第三，在應(yīng)用千斤頂時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件對油壓進(jìn)行控制。若掘進(jìn)施工時(shí)遇到較硬巖石應(yīng)將千斤頂油壓提升;若巖石較軟可以降低千斤頂油壓。第四，掘進(jìn)施工過程中應(yīng)確保土層壓力的平衡性，避免給盾構(gòu)設(shè)備掘進(jìn)帶來影響。第五，掘進(jìn)施工時(shí)要想避免路線偏移可在盾構(gòu)設(shè)備刀盤上添加超挖刀，從而對挖掘速度進(jìn)行控制并可以進(jìn)行糾偏，確保盾構(gòu)設(shè)備掘進(jìn)時(shí)可以沿著軸線掘進(jìn)。第六，換刀時(shí)應(yīng)選擇合適的場合，避免將換刀場地設(shè)置到土艙上部或是條件較差的場地。但是若遇到特殊情況必須要進(jìn)行換刀應(yīng)對換刀現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，并對刀具磨損情況進(jìn)行控制，當(dāng)了解掘進(jìn)現(xiàn)場地質(zhì)情況后合理選擇場地?fù)Q刀，并將地層進(jìn)行加固，確保換刀位置強(qiáng)度滿足要求，然后開展后續(xù)工作。第七，停機(jī)后應(yīng)控制好土艙封閉性、平衡性，避免掌子面出現(xiàn)坍塌等事故。第八，要想杜絕盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)出現(xiàn)坍塌等事故應(yīng)充分了解地質(zhì)條件并做好加固工作，然后根據(jù)施工進(jìn)度提前選好換刀場地，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工奠定基礎(chǔ)。

3.2巖層被中風(fēng)或微風(fēng)風(fēng)化后所采用的盾構(gòu)施工技術(shù)

在地鐵盾構(gòu)施工時(shí)會存在風(fēng)化巖石，此路段地層相對較硬，在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)也增加了難度且會導(dǎo)致刀盤磨損，因此無法保證巖體切割進(jìn)度。在盾構(gòu)掘進(jìn)施工不斷開展的過程中刀盤的磨損程度也會隨之加劇，在這樣的情況下就無法保證巖石破碎效果，但是當(dāng)?shù)侗P被嚴(yán)重磨損后就無法保證巖石切割的完整性，出現(xiàn)巖石碎片大小不齊的現(xiàn)象，在這樣的情況下會直接影響螺旋輸送設(shè)備順利排渣，最終給地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工帶來不利的影響。要想對上述問題進(jìn)行有效處理，在進(jìn)行中風(fēng)或微風(fēng)風(fēng)化巖層掘進(jìn)施工時(shí)可以采用以下方式。第一，在掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇盾構(gòu)施工模式并做好優(yōu)化工作，通常會采用半敞開式施工模式或敞開式施工模式，從而提升盾構(gòu)掘進(jìn)效率。第二，在進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)應(yīng)對掘進(jìn)速度進(jìn)行控制，當(dāng)要到達(dá)較硬巖石地段時(shí)應(yīng)由專業(yè)人員完成入艙施工，根據(jù)情況更換刀盤，與較硬巖石特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合后優(yōu)化巖石破碎方式，也就是較常使用的滾刀破巖法，保證巖石破碎效率的同時(shí)確保盾構(gòu)掘進(jìn)可以穩(wěn)定開展。第三，盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)可以將一定量的泡沫劑添加到刀具位置，從而減少刀具的磨損度并可以縮小刀盤扭矩，保證較硬巖石破碎效果，確保整體掘進(jìn)施工順利開展。不僅要將泡沫劑涂抹到刀具上同時(shí)還應(yīng)提升艙中土體的和易性，從而降低對刀體的磨損程度，提升整體掘進(jìn)效率。當(dāng)?shù)扼w出現(xiàn)比較嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整及更換，保證刀體強(qiáng)度滿足掘進(jìn)要求。

3.3孤石施工時(shí)采用的盾構(gòu)施工技術(shù)

孤石是指體積較大的石塊，在掘進(jìn)施工中遇到此類石塊會增加破損難度，因此在進(jìn)行孤石掘進(jìn)施工時(shí)會采用滾刀破碎方式。將線作為起刀點(diǎn)形成向外拉伸的力，然后破碎孤石。用滾刀破碎直徑較大的孤石時(shí)會經(jīng)過較復(fù)雜的過程，孤石表面有大量碎石時(shí)說明孤石已破開，應(yīng)進(jìn)一步加大切割力度并提升沖擊力，從而將孤石進(jìn)行全面破碎。盾構(gòu)掘進(jìn)施工中處理孤石時(shí)會給掘進(jìn)效率帶來影響，由于孤石較硬，所使用的破碎時(shí)間相對較長，增加了刀盤磨損速度。刀盤磨損程度的增加也會影響到盾構(gòu)掘進(jìn)效率，導(dǎo)致偏離現(xiàn)象。要想解決這類問題應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定刀盤更換頻率并提升刀盤耐磨能力;同時(shí)孤石破碎后應(yīng)采用相應(yīng)的措施將碎石出。假如孤石直徑相對較小，若不超過0.2米時(shí)就可以沿用傳統(tǒng)方式將孤石排出。但是孤石直徑相對較大應(yīng)提升刀盤開口效率并調(diào)整刀盤開口寬度。此外，根據(jù)孤石破損情況合理選擇螺旋輸送設(shè)備，保證破碎效果及破碎質(zhì)量。完成最初階段的破碎工作后，如果沒有達(dá)到理想的破碎效果，碎石直徑相對較大可以采用盤形滾刀進(jìn)一步進(jìn)行破碎，縮小碎石直徑為后期排出提供便利。

要想保證孤石掘進(jìn)施工效果應(yīng)合理選擇盾構(gòu)設(shè)備型號。一般情況下，在進(jìn)行孤石地段盾構(gòu)施工時(shí)應(yīng)先了解具體情況，然后根據(jù)孤石直徑合理選擇盾構(gòu)設(shè)備型號。當(dāng)孤石段孤石直徑較大時(shí)應(yīng)加強(qiáng)破碎力度;孤石直徑較小時(shí)可以將其直接排出，從而加快處理孤石的速度。選擇處理孤石的盾構(gòu)刀盤時(shí)應(yīng)與孤石情況相結(jié)合，保證刀盤應(yīng)用的合理性。通常情況下，在孤石處理時(shí)多會選擇面板式刀盤，也可以在刀盤開口位置進(jìn)行特殊處理，也就是將碎石粒徑限制器焊接到開口位置，從而避免孤石直徑過大出現(xiàn)跳刀切割現(xiàn)象，確保碎石直徑滿足排出要求。同時(shí)做好盾構(gòu)設(shè)備刀盤配套工作，通常會配置滾刀、刮刀、切刀、撕裂刀等，在處理直徑較大的碎石時(shí)若在刀盤外側(cè)可以利用滾刀進(jìn)行處理，完成進(jìn)一步破碎處理后在排出。

土壓平衡盾構(gòu)設(shè)備運(yùn)行過程中可以采用螺旋輸送設(shè)備輸送土體，但是若盾構(gòu)設(shè)備尺寸與要求不符會給施工帶來難度。當(dāng)施工時(shí)可以采用帶式螺栓輸送設(shè)備排出直徑相對較大的孤石，但是在此過程中依然會存在一部分漂石無法及時(shí)排出，應(yīng)將漂石進(jìn)行深度破碎，然后可以從刀盤位置輸送給帶式螺旋設(shè)備中。因此要想提升出土效率可以采用泥式土壓平衡盾構(gòu)設(shè)備，保證施工進(jìn)度。此外，在出土?xí)r還可以采用雙螺旋螺旋輸送機(jī)或軸式螺旋輸送機(jī)等，通過輸送設(shè)備可以提升直徑較大孤石的運(yùn)送速度，從而可以保證掘進(jìn)速度滿足施工要求。在對渣土流動效率等方面進(jìn)行綜合考慮后可知，在完成孤石段掘進(jìn)施工時(shí)還應(yīng)在螺旋輸送設(shè)備位置預(yù)留孔中添加外加材料并對添加量進(jìn)行嚴(yán)格控制，添加外加料的主要目的是保證渣土具有良好的流動性，通過此來提升掘進(jìn)速度并保證掘進(jìn)質(zhì)量。在處理孤石時(shí)，應(yīng)先了解孤石情況，在確定具體情況后若出現(xiàn)無法采用盾構(gòu)設(shè)備破碎的孤石時(shí)可以利用以下方法：第一，采用相應(yīng)的加固方式做好孤石周邊加固工作，確保孤石破碎時(shí)的安全。第二，最初進(jìn)行孤石破碎時(shí)可以采用炸藥。第三，孤石預(yù)處理時(shí)通常會采用地面鉆孔破碎方式，保證預(yù)處理效果。

3.4河道環(huán)境處理應(yīng)用的盾構(gòu)施工技術(shù)

首先，河道處理時(shí)可以根據(jù)情況選擇適合的渣土將河道進(jìn)行優(yōu)化，利用渣土對河道盾構(gòu)工程進(jìn)行重塑。采用渣土對河道進(jìn)行處理可以提升河道的和易性并可以提升掌子面的泥土壓力，從而保證施工面的穩(wěn)定性，避免刀盤挖掘過程中挖出泥餅給刀盤使用效率帶來影響。在進(jìn)行施工的過程中要想保證河道改良效果應(yīng)做好渣土配比試驗(yàn)。如某河道改造時(shí)，根據(jù)該河道實(shí)際情況可以在渣土中添加一定量的發(fā)泡劑與膨潤土，同時(shí)在利用盾構(gòu)機(jī)挖掘時(shí)可以添加分散劑與高密度聚合物。其次，強(qiáng)化施工期間監(jiān)督管理。河道土體挖掘采用盾構(gòu)設(shè)備時(shí)應(yīng)對挖掘過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，避免挖掘過程中導(dǎo)致河床變形，有效地施工監(jiān)管工作可以在第一時(shí)間對危險(xiǎn)進(jìn)行評估與預(yù)警，并進(jìn)行及時(shí)的處理。再次，采用盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行穿越施工時(shí)應(yīng)確保其具有良好的性能并嚴(yán)格管控盾構(gòu)機(jī)下穿與挖掘參數(shù)，即使施工期間為枯水期也應(yīng)做好涌水防控工作。最后，在采用盾構(gòu)設(shè)備挖掘時(shí)可以采用智能信息技術(shù)對整體挖掘過程進(jìn)行控制，避免地面已有建筑出現(xiàn)下沉或地表隆起現(xiàn)象，還應(yīng)避免采用盾構(gòu)機(jī)時(shí)工程底層出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

4結(jié)語：

總的來說，在進(jìn)行地鐵施工過程中若遇到復(fù)雜地形會增加盾構(gòu)施工難度，同時(shí)在進(jìn)行施工時(shí)不可預(yù)見的問題也會增多，因此在進(jìn)行地鐵工程復(fù)雜地形施工過程中應(yīng)先了解施工現(xiàn)場情況及要求，然后合理選擇盾構(gòu)施工技術(shù)，制定盾構(gòu)施工要點(diǎn)，從而確保盾構(gòu)施工可以順利開展，避免因復(fù)雜地質(zhì)條件給地鐵施工所帶來的影響，提升地鐵工程施工質(zhì)量，加快城市交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

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