地鐵復雜地質(zhì)條件的盾構(gòu)施工技術(shù)

周 翔

中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000

1 復雜地質(zhì)條件下施工技術(shù)的重要性

復雜地質(zhì)條件下，地鐵施工技術(shù)對地鐵的建設質(zhì)量有著直接影響，因此在開展施工作業(yè)的過程中，需要有效落實復雜地質(zhì)的考察工作，只有在掌握地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)之上，才能夠選擇最為合理的施工技術(shù)，以此達到提升施工質(zhì)量和施工效率的目的。同時，在開展地鐵建設工作的過程中，還應該加大對施工成本投入工作的重視力度，在不斷提升施工質(zhì)量的同時，控制企業(yè)成本，重視企業(yè)和市場的健康發(fā)展，只有這樣才能夠在發(fā)展過程中占得先機，并且提升企業(yè)的競爭力。正是因為地鐵建設過程包含多方面的內(nèi)容，所以該項工作的開展需要將不同領(lǐng)域的知識相互交融起來，這就需要相關(guān)部門有效落實施工前期的交流以及方案的建設工作，為地鐵工程項目施工作業(yè)的順利開展提供良好的條件。地鐵項目的建設不僅能夠在一定程度上緩解城市交通壓力，還能夠降低對城市帶來的污染，在優(yōu)化城市居民生活環(huán)境方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

2 盾構(gòu)施工安全影響因素

2.1 土艙壓力的對比

為了能夠掌握不同的土艙壓力對地表位移產(chǎn)生的影響，文章通過模擬隧道的真實情況，將土艙壓力分別設定為0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa 以及0.45MPa。

（1）不同土艙壓力下的地表位移變化。在不同的地表壓力下開展試驗工作，并且借助數(shù)值模擬變形曲線。如果隧道土艙壓力為0.3MPa，就會使地表產(chǎn)生小幅度的沉降位移現(xiàn)象，已經(jīng)開挖的地表部分沉降的最大幅度將達到-2.29mm，而沒有開挖部分的地表沉降位移為-1.99mm，位移沉降較小。對隧道給予不同的土艙壓力，隨著壓力不斷增加，整體地表會表現(xiàn)出小幅度的沉降。在具體開展盾構(gòu)施工作業(yè)的過程中，如果需要對土艙壓力進行調(diào)整，就需要嚴格按照場地的實際情況以及地表的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)來開展該項工作。

（2）不同土艙壓力下的應力變化。對于盾構(gòu)機不同的土艙壓力，隧道沒有開挖部分土地的應力也不同。對于盾構(gòu)開挖刀盤前方位置的土體，應力對其產(chǎn)生的影響比較大，尤其是會表現(xiàn)出較大的主應力，而土體上方位置的應力則相對較弱，盾構(gòu)機周圍土體的應力變化也比較明顯，同時隨著土艙壓力的不斷增加，掌子面的壓力也會隨之增加。

2.2 注漿量影響因素對比

隧道工程是地鐵盾構(gòu)施工主體，在開挖地鐵隧道的過程中，需要設置管片，管片的設置應該遵循每掘進12m 增加一級管片的原則，對于管片和隧道土體之間的空隙，需要有效落實縫隙的注漿填充工作，以便能夠減少地表沉降，并且可以有效改善周圍的土體。在開展模擬工作的過程中，需要根據(jù)管片的厚度來決定注漿的數(shù)量，原有的管片厚度為300mm，需要借助彈性模量改變有效厚度，等效厚度注漿為50mm、100mm、150mm 以及250mm。使用數(shù)值模擬能夠?qū)⒆{量差異性地表沉降變化曲線顯示出來，隨著等效厚度的不斷增加，地表沉降將會越來越小[1]。在開展地鐵盾構(gòu)施工的實際注漿環(huán)節(jié)，科學合理地注漿會減小地表的沉降變化，但是如果注漿數(shù)量太多，就會導致地表隆起，從而破壞土地的穩(wěn)定性，加大地表沉降。由此可見，在具體開展盾構(gòu)施工作業(yè)的過程中，需要根據(jù)實際情況以及地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定合理的注漿量。

2.3 隧道穿越不同土層的影響

面對復雜的地質(zhì)條件，在隧道開挖過程中使用盾構(gòu)施工技術(shù)，穿越土層的差異性非常大，在穿越上硬下軟土層時，借助模擬能夠掌握地表的變化狀況。隧道在0.35MPa 的土艙壓力下，在應對全風化軟土層時，上部位置呈現(xiàn)硬土層風化土，而在對其實施全面挖掘之后，就會使地表位移發(fā)生變化，隨著開挖工作的不斷推進，會使得整體地表的位移逐漸減小，最大位移和最小位移之間的差距不大，同時地表的變化也不明顯。在上軟下硬的土層中開展隧道施工作業(yè)，應力變化并不明顯，掌子面上的應力變化比較大，在這樣的地質(zhì)土層中，由于受到土艙壓力變化的影響，應力應變值產(chǎn)生影響的區(qū)域遠遠大于硬土層，但是對下部土體并不會產(chǎn)生太大的影響，主要是因為下部的土質(zhì)經(jīng)過硬化之后會成為硬土層風化類型，其土體穩(wěn)定性相對較好[2]。

3 盾構(gòu)法在復雜地質(zhì)中的應用

3.1 土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)

（1）選擇合適的模式。半敞開式模式、敞開式模式以及土壓平衡模式是土壓式平衡盾構(gòu)機的三種模式。在掘進模式的選擇方面，需要結(jié)合地層的表現(xiàn)特征以及實際條件選擇合適的掘進模式。通常情況下，應該將敞開式模式作為全斷面巖層的掘進方法，需要使用泡沫對渣土進行改良。使用這種模式時無需頻繁調(diào)節(jié)土艙壓力，只要確保土艙壓力大于土壓力以及掌子面的水壓即可。對于比較復雜的砂卵石土層以及上軟下硬的土層，需要用到土壓平衡的掘進方法。在這種復雜的土層掘進工作中，對于土艙壓力的控制比較困難，要求施工人員做好各個細節(jié)位置處的處理工作。

（2）明確掘進參數(shù)。在使用土壓平衡盾構(gòu)機之前，要求施工方按照隧道的埋置深度以及施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件確定掘進參數(shù)，包含掘進速度、刀盤轉(zhuǎn)速、推力、扭矩以及盾構(gòu)姿態(tài)等。此外，還應該有效落實試驗監(jiān)測工作，根據(jù)試驗階段監(jiān)測反饋對施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行隨時調(diào)整。由于施工過程中用到的是土壓平衡的方法，這就需要用到螺旋機旋轉(zhuǎn)以確保土層的動態(tài)平衡。在施工過程中還需要對螺旋機的轉(zhuǎn)速以及壓力進行合理控制，最大限度地確保生產(chǎn)作業(yè)的有序性。

（3）合理控制盾構(gòu)機姿態(tài)。對于復雜地層的掘進工作，應有效落實盾構(gòu)機姿態(tài)的控制工作，特別是對土層變化比較大的硬巖石層以及地段，難以對盾構(gòu)機的姿態(tài)進行糾正。實踐經(jīng)驗表明，使用千斤頂是最為有效的糾正姿態(tài)的方法，能夠取得很好的效果。但是千斤頂?shù)氖褂脮黾拥毒叩哪p程度，還有可能會引發(fā)盾構(gòu)機被卡以及管片錯臺的故障，這就需要在開展地層施工作業(yè)的過程中嚴格遵循長距離、慢糾偏的原則，不可用力太大，不然就會增加施工作業(yè)難度。

3.2 泥水加壓平衡技術(shù)

（1）確定泥水性能。在確定泥水性能的過程中，需要確定泥水的密度。泥水是掘進工作開展過程中有效避免開挖面變形現(xiàn)象出現(xiàn)的關(guān)鍵。通常情況，應該盡可能提升泥水密度，使其與開挖土體密度一致。但是，在具體實踐過程中，一旦泥水的密度太大，就很有可能對泥漿泵的處理能力產(chǎn)生影響，增加泥水處理工作難度，還會引起泵運轉(zhuǎn)不達標的現(xiàn)象。

（2）確定掘進參數(shù)。在開展復雜地層掘進工作的過程中，需要確保切口壓力的穩(wěn)定性，同時應該使推力和刀盤轉(zhuǎn)速處于水平狀態(tài)。對于盾構(gòu)姿態(tài)的控制，需要用到調(diào)整導向油缸長度以及推進壓力的方法。如果在上軟下硬的土層中開展各項工作，由于上層砂層自身的穩(wěn)定性不高，所需的切削扭轉(zhuǎn)相對較低，隨著下層土層硬度的不斷增大，對刀具的阻力也會比較大，會對刀具產(chǎn)生嚴重的損傷，特別是在軟硬土層相接的位置。在開展掘進工作的過程中，為了能夠有效避免刀具受到較大荷載作用，需要提升刀具扭矩、放緩刀盤轉(zhuǎn)速。如果掘進速度太快，就會加劇泥水輸送壓力以及處理壓力，在這一階段很有可能出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

4 盾構(gòu)施工過程中需要注意的問題

4.1 開挖前做好勘測工作

在開展挖掘工作之前，需要全面落實掘進路線的地質(zhì)勘測工作，以便掌握掘進過程中可能遇到的各種復雜地質(zhì)，比如在土層以及斷層薄弱環(huán)節(jié)，需要根據(jù)測得的地質(zhì)情況制訂合理的預防措施，以此控制地質(zhì)問題對盾構(gòu)施工帶來的影響[3]。此外，還應該按照地質(zhì)情況構(gòu)件科學合理的盾構(gòu)機保養(yǎng)機制，并且針對特殊情況還需制訂應急措施。盾構(gòu)施工作業(yè)的開展還應該嚴格按照地質(zhì)勘測結(jié)果了解地質(zhì)變化情況，保障盾構(gòu)施工的高效性。

4.2 預防管片上浮問題

管片上浮對于盾構(gòu)施工作業(yè)的正常開展影響也相對較大，因此在施工前需要施工人員準確勘測地質(zhì)情況，并且要按照盾構(gòu)施工參數(shù)對其給予相應的指導，以便在出現(xiàn)管片上浮問題之后能夠及時進行調(diào)整。此外，還應該合理把控盾構(gòu)掘進速度，結(jié)合施工工程項目的需要使用千斤頂，以免施工過程中出現(xiàn)超標現(xiàn)象而引發(fā)坍塌故障。

4.3 避免地面沉降措施

在開展盾構(gòu)施工作業(yè)的過程中，沉降問題比較常見，因此在開展盾構(gòu)施工作業(yè)前需要制訂合理的預防措施，并選擇相應的盾構(gòu)機，以免出現(xiàn)地面沉降問題。此外，注漿還會對地面沉降產(chǎn)生影響，這就需要根據(jù)土質(zhì)參數(shù)來調(diào)整注漿時間以及速度。

5 結(jié)束語

總之，在我國城市交通壓力不斷增大的時代背景下，地鐵工程逐漸成為城市交通系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)，但是受復雜的地質(zhì)環(huán)境的影響，地鐵工程施工過程中會遇到各種類型的問題，這就需要選擇合適的盾構(gòu)機，同時要應用科學合理的施工技術(shù)，確保地鐵盾構(gòu)施工作業(yè)的順利開展。