地鐵工程復合式土壓平衡盾構施工技術應用建議

趙宏偉

【摘要】地質條件的復雜性，對地鐵工程盾構施工提出較高的要求，文章以某地鐵工程為例，在大致了解該工程地質水文條件的基礎上，分析工程盾構施工客觀存在的技術難點，進而深入研討該工程復合式土壓平衡盾構施工技術的應用方法。

【關鍵詞】地鐵工程，復合式，土壓平衡，盾構施工

1.某地鐵工程盾構施工背景概況及技術難點

某地鐵工程選用復合式土壓平衡盾構施工方法，該施工之前，為全方位了解施工現場的情況，進行了地質水文條件的全面勘察。經勘察，發現工程地層分為4層，首層為第四系全新統人工堆積層，該層由粘性土、砂礫、碎石、塊石、混凝土塊、紅磚組成；第二層為第四系全新統沖洪積層，該層由淤泥、粉質粘土、細砂、礫石、砂礫組成；第三層為殘積層，以可塑性粉質粘土為主，但土質比較均勻；第四層為侏羅紀中統角巖，由全風化角巖、強風化角巖、中等風化角巖、微風化角巖組成。地鐵沿線的地下水，由大氣降水補給，其中孔隙水集中在第四系砂層當中，水位埋深和高層分別在1-3.58m、20.93-35.6m之間，水位平均變化幅度為1.25m，主要與季節變化有關，同時可確定施工區域內的地下水總礦化度為282mg/L，對鋼筋混凝土結構不會造成腐蝕影響。在明確工程地質水文條件的基礎上，在此對施工區域內應用復合式土壓平衡盾構施工技術難點進行分析，一是地層上軟下硬特征明顯，巖層較硬時，切削困難，推進速度容易被削弱，而巖層較軟時，容易出現超挖現象，并誘發地表沉陷和開挖面失穩事故；二是存在長距離的硬巖段，對盾構機刀具磨損程度大，需要頻繁開倉更換刀具，對工程成本、進度和安全管理均有明顯負面影響；三是沿線存在孤石區，且孤石分布位置無規律，很難準確預測其位置，一旦盾構推進時遭遇孤石，將驟然出現較大荷載，不僅會損壞刀盤，而且會導致刀盤變形。以上的施工技術難點，需要在工程施工時加以克服。

2.案例地鐵工程復合式土壓平衡盾構施工技術應用方法

基于案例地鐵工程的施工條件，本工程的復合式土壓平衡盾構施工，需要明確相關的施工步驟，結合工程施工要求，靈活應用各種新型的盾構施工技術，具體施工方法如下：

2.1施工流程

本地鐵工程借助不同土壓平衡盾構技術進行復合施工，其施工流程如下：

（1）施工步驟。從車站場地開始準備端頭豎井的施工，其中基座和反力架的安裝，在井下進行。做好施工準備工作后，加固處理前端頭，然后根據端頭的地質、地下埋設物等情況，檢查豎井開挖時的圍巖擾動允許范圍值，必要時加固端頭地層，以避免盾構時出現地表隆陷和波及地下埋設物等問題。與此同時，盾構機在掘進至一定深度后，如果地層穩定性較好，則可在到達豎井后，停止推進，然后將擋土墻拆除，再繼續盾構施工；如果地層穩定性不佳，尤其是斷面比較大的盾構施工區域，必須在盾構機達到豎井之前，將豎井的擋土墻拆除，直至盾構機完成所有盾構施工任務。

（2）施工要點。按照以上的施工步驟施工，考慮到復合式土壓平衡盾構自動化程序比較高，包括掘進、管片拼裝、回填注漿、方向控制等，都能夠以自動化的方式作業，因此在施工時，應以自動化裝置所提供的信息，由指定操作者進行針對性操作，譬如本工程密封艙水土壓力平衡控制時，水壓力和土壓力的實時監測數據，會直接反饋到操作者的電腦屏幕上，操作者只需要根據水壓力和土壓力的數據，計算出兩者維持的平衡點，即可利用電腦直接控制密封艙水土壓力的平衡。再如盾構機姿態位置的調整控制，在設定盾構機運行軌道后，盾構機在軌道中的運行態勢，會以動態圖像反映出來，而操作者只需要根據動態圖像，就可以判斷盾構機是否在軌道內運行，并靈活調整控制盾構機的姿態位置。

（3）施工難點。盡管本工程的復合式土壓平衡盾構自動化程度很高，但在施工過程中，仍然不可避免地存在諸多施工難點，譬如盾構機的工況轉換，從土壓平衡轉換到非土壓平衡的工況，土壓參數設定不正確時，掘進方向會出現偏離，進而引起地層沉陷，針對該施工難點，在轉換工況時，應設置10m的過渡段，在該過渡段完成工況轉換，同時逐漸降低土倉壓力，直至過渡到非土壓平衡工況，另外還要密切觀察巖渣情況，以此分析判斷掌子面巖石的穩定性，作為土倉壓力調整的依據，將其反饋用于指導施工。

2.2施工問題處理

本工程在施工期間，針對不同的施工問題，要采用合適的土壓平衡盾構施工技術進行處理：

（1）特殊斷面盾構處理。本工程的地鐵隧道斷面形態有多種類型，其中特殊斷面的盾構施工，譬如地鐵盾構的共同溝等，可使用雙圓形盾構，而車站的修建，可使用三圓盾構。在施工時還需要考慮斷面的形狀，以便控制分隔的次數、組裝的順序、組裝的精度、盾構的姿勢等，一旦發現盾構偏移跡象，要第一時間修正超挖機構和千斤頂，同時兼顧洞口止水性。

（2）圍巖強度控制處理。本工程原有盾構隧道的部分區間，為安裝設備所需，進行直徑擴展，期間就需要借助擴徑盾構技術，在施工時，將原隧道的部分襯砌和圍巖撤除，騰出供以擴徑盾構機施工的空間，但在襯砌撤除后，隧道結構承載力會隨著降低，要求加固開孔位置和盾構周邊，在確保撤除襯底和圍巖位置能夠承受擴徑盾構機運行荷載后，方可開始盾構推進，此時產生的盾構推力，將均勻作用于盾構機正后方的圍巖上，因此需要在盾構機尾部安裝反力支承裝置，同時加固圍巖的強度。

（3）混凝土密合效果控制。本工程在素混凝土結構施工過程中，可使用ECL技術，該技術強調盾構施工的一體化，具有良好的防水性。施工時，在盾構內部綁扎鋼筋，然后同步進行盾構空隙填充和混凝土加壓，隨著盾構機的不斷推進，混凝土加壓千斤頂產生的加壓壓力，將新澆筑的混凝土，配合盾構擠壓到圍巖的空隙當中。

（4）盾構施工時間的控制。為保持盾構機的連續施工，在較為狹窄的施工區域內，采用了球體盾構施工技術。這種施工技術，亦稱之為連續掘進施工技術，可同時進行縱向和橫向連續掘進，但需配置兩臺盾構機，沿著直角方向分別開挖豎井和掘進隧道，期間盾構的自重、反力平衡是施工控制的重點，尤其是在反力開挖過程中，當掘進方向偏移，必須將次盾構球體旋轉角度，控制在9r之內，否則可能誘發涌水和涌砂的施工事故。與此同時，為避免土、砂、水流入隧道內部，還保證球體部結構的防水性能。

2.3施工總結

通過以上的施工控制，可以看出復合式土壓平衡盾構施工適應巖層范圍廣，在軟硬相夾的地層中，只需要一種類型的盾構機即可完成操作，在技術經濟性方面，優勢頗多；遇到硬巖地層時，不需要利用鉆爆施工方法，能有效避免爆破振動對地表建筑物的影響，而遇到軟弱地層時，能夠有效控制地表沉降和減少塌方，技術適應面廣，安全性能極高；在功能方面，復合式土壓平衡盾構施工性能完善，具備非常高的自動化水平，不需要投入太多的施工人員，即可完成整個施工。

3.結束語

文章通過研究，基本明確了案例地鐵工程復合式土壓平衡盾構施工技術應用方法，但考慮到不同地鐵工程盾構施工要求和條件的差異性，以上施工技術在其他地鐵工程盾構施工中應用時，還需要根據具體工程的盾構施工情況，予以因地制宜地靈活應用，同時結合施工實踐中不斷提煉出來的技術應用經驗，進行補充和完善。

參考文獻

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