長距離硬巖地層的盾構隧道施工技術探析

趙武強　賈進博　查慶

摘要：隨著社會經濟建設的不斷發展與進步，我國交通運輸業有了良好的發展空間，同時不斷增多的車流量也給城市的交通帶來了巨大的壓力，特別是地面交通已經無法滿足人們的需求，因此地鐵的發展成為了人們關注的重點。文章對長距離硬巖地層的盾構隧道施工技術進行了研究，以期供讀者參考借鑒。

關鍵詞：長距離；硬巖地層；盾構法；隧道施工技術；交通運輸業 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2015）31-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.052

1 概述

為了分析長距離硬巖地層的盾構隧道施工技術，本文以某長距離硬巖地層隧道施工為例，研究盾構隧道施工技術的應用。工程全長為11927米，隧道建設所要穿越的地層地質主要為粉質黏土、全風化的花崗片麻巖、強風化的花崗片麻巖、中等風化的花崗片麻巖、微風花的花崗片麻巖以及碎石土，其中全風化和中等風化的花崗片麻巖最多，在實際的施工中，發現存在抗壓強度是137MPa的巖石，地層地質較為復雜，因此對于盾構機的刀盤與刀具要求較高，合理地選擇適合的刀盤、刀具有利于提高工程的掘進速度，對促進工程高效率完工具有積極的作用。

2 盾構機的選擇

2.1 盾構機的構成

主機以及配套設備為盾構機的構成，其中主機主要包含刀盤及其驅動、推進系統、盾體、輸送機、控制室以及管片拼裝機，而配套設備主要包含渣土改良、出渣、同步注漿、管片輸送、控制、液壓、供電、壓縮空氣、連續皮帶輸送、通風以及水循環等系統。本文選擇的盾構機總長為375米（含加利福尼亞道岔），刀盤的開挖為5750毫米，開口率為28%。

2.2 刀盤

本文選擇的刀盤鋼結構原料主要是鑄鋼（Q345R），結構是面板式的焊接結構，刀盤上已經安裝好各類型的刀座，刀盤與主驅動之間的連接主要是通過中心鑄鋼件的法蘭盤（扭力臂式）來進行連接，以便于傳遞推力及扭矩，讓正反方向的旋轉切割效果一致。刀盤的開口槽為沿著刀盤十字線分布的開口槽，有8個長條扇形的孔，開口槽壁板和刀盤鋼板呈后擴張八字狀，以便于泥土能順利進入到土倉中，促進掘進的效率，開口槽最大寬度是200毫米，渣土先是由開口槽直接進入到土倉之后再經過螺旋輸送機送出。根據工程硬巖特性，刀盤在容易出現磨損部位焊接了較多的網格狀耐磨合金顆粒，且刀盤的圓周上也安置了耐磨的合金環，提高其耐磨性與使用壽命，促進掘進效率的

發展。

2.3 刀具

根據刀盤不同區域的特點和各種刀具（例如齒刀、滾刀和刮刀）對土層的作用，結合工程施工的地質后，選擇的刀具布置為：在刀盤的中間區域設置4個雙刃的滾刀、32個單刃的滾刀、16個邊緣滾刀以及64個齒刀，其中滾刀比刀盤的面板高175毫米，齒刀和刮刀比刀盤的面板高140毫米。由于滾刀比齒刀和刮刀高35厘米，在進行掘進的時候能有效保護齒刀和刮刀不會被磨損損壞，滾刀通過滾壓作用來破開巖石，刮刀松動和切割開挖面，邊緣刮刀矯正隧道的開挖圓周，保證工程掘進嚴格依照施工設計進行，提高施工效率。

3 盾構掘進

3.1 掘進參數控制

由于在硬巖中施工不僅需要盾構掘進擁有較大的推力，而且硬巖施工還會磨損刀具，讓管片錯臺破損更為嚴重，因此必須要對掘進的參數進行控制，以利于推動長距離硬巖地層的盾構隧道施工順利實施。以下為掘進參數的具體控制方法：（1）如果硬巖底層較為穩定，則掘進方式可以選擇為敞開式施工，以降低推力的消耗，增大盾構機的作用力，讓刀具的破巖更為順利；（2）為了保證掘進效果，施工人員應該盡可能提高刀盤轉速，在掘進時可以設置轉速為1.8～20r/min，以降低刀盤扭矩；（3）在實際的掘進中，施工人員應該嚴格控制盾構掘進速度，最大可能地降低刀具的磨損情況，通?？刂茷?0mm/min最宜，同時施工人員還應該根據掘進參數調整掘進速度，保證掘進的高效完工；（4）對于掘進的推力可以設置為9000～15000kN，而刀盤的扭矩可以設置為20000～30000kN·m。

3.2 掘進控制

長距離硬巖地層的盾構隧道施工掘進控制主要為：（1）在實際的施工中，發現工程硬巖巖渣流塑性較差，需要調整泡沫劑用量以改善其巖渣的流塑性，以便螺旋機出土能更順暢，形成土塞效應以控制土倉的壓力；（2）在掘進時，由于圍巖對盾構機影響較大，容易使得盾構機自轉及震動較大，因此在施工時應該注意盾構掘進的姿態，在改變其姿態的時候應該盡量保證平穩過度，避免磨損刀具，影響管片的拼裝有效性，同時，對于盾構機自轉偏離情況可以利用反轉刀盤的方式調整滾動角來實現。由于工程施工的圍巖強度較高，刀具在進行擠壓和切削巖體的時候，會釋放出較多的熱量，致使刀具自身的溫度上升，加劇刀具的磨損，降低其使用壽命，同時，刀具的溫度上升還會使得土倉的溫度增加，甚至達到80℃左右，在這種情況下，隧道建設的溫度會高達40℃，不僅容易影響硬巖地層盾構掘進的有效進行，嚴重時還會危及到施工人員的生命財產安全。因此，對于刀具的使用可以通過加入泡沫劑來降低其溫度上升的情況，改善土壤質量，減少刀具和圍巖之間的摩擦，如果施工現場的環境溫度存在上升情況，則施工人員可以利用冷卻的循環水系統降溫，確保施工環境處于正常溫度下，保障工程施工的有效進行。

3.3 注漿

由于在硬巖地層進行盾構掘進會使得圍巖收斂減少，管片壁與圍巖之間存在一定的空隙，在這情況下如果不及時填充空隙，將會導致管片在千斤頂影響下出現上移，在實施掘進過程中，管片會出現較為劇烈的晃動情況，不僅會影響到管片拼裝質量，出現滲水、錯臺和破損等情況，嚴重時甚至會影響工程質量，因此有效的注漿方式十分重要。

有效的同步注漿方法能有效改善管片拼裝質量問題，所以施工人員在進行同步注漿的時候，應該根據掘進的實際速度來控制注漿的速度，依照地層的埋深情況來調整好注漿的壓力，以控制注漿量。保證注漿的漿液能在管片和圍巖之間填充緊密，讓漿液能在管片與圍巖之間形成填充層，保證管片拼裝后的成型并形成隧道的防水層，避免出現滲水的情況。由于工程屬于硬巖地層，因此在漿液的調配上應該加大水泥用量，讓漿液能盡早凝結。如果在進行注漿的時候出現注漿不充分、漿液沒有完全填充、注漿參數設置并不合理等情況，則應該及時地實施二次注漿，防止出現地面沉降問題。

4 結語

地鐵具有節省土地、噪音少、干擾少、污染低、節約能源的優勢，而且出行便利，作為出行工具已逐漸被人們所認可，因此近年來地鐵隧道的相關工程不斷增多，工程所涉及到的地形地勢也逐漸復雜起來，傳統的成洞方法如礦山法已經無法滿足地鐵隧道的成洞要求，特別是長距離的硬巖地層隧道建設更是有著較多的弊端，所以本文以某長距離硬巖地層隧道施工為例，從盾構機的選擇到盾構掘進施工具體控制，淺析盾構法施工技術的實際應用，以期解決長距離硬巖地層隧道施工困難的現狀，推動長距離硬巖地層盾構隧道建設的發展。

參考文獻

[1] 曾東洋，胡蔓寧，史彥文.盾構隧道施工地表沉隆變位影響因素研究[J].鐵道工程學報，2014，5（4）.

[2] 周詩俊，王金安.曲線隧道盾構引起地表沉降分析

[J].地下空間與工程學報，2014，3（5）.

[3] 王德詠，羅先啟，張振華，李宏階.軟土盾構隧道施工沉陷的探地雷達檢測[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2013，12（10）.

（責任編輯：黃銀芳）endprint