地鐵盾構穿越巖溶區域技術研究

袁世金

（中鐵四局集團有限公司 安徽合肥 230022）

摘要：巖溶地層主要分布在我國廣西、云南、貴州等地，由于地層的長期作用，易形成溶洞。地下巖溶的地層情況具有復雜性，不可預見性和危險性等特征，給地鐵施工過程中帶來了較大的困難和風險。如果巖溶區域不加以預處理措施，盾構施工過程中很可能會發生地表塌陷和盾構機的突陷溶洞現象，給工程帶來巨大的施工危險和經濟損失。本文根據巖溶的不同特征，對地鐵隧道穿越巖溶區域做了較為詳細的技術研究，以供參閱。

關鍵詞：地鐵盾構；巖溶施工；技術研究

1技術特點

盾構機穿越巖溶前，首先必須探明溶洞的具體分布以及類型特征，確定溶洞所處地層位置及大小，避免方案措施制定的盲目性，為巖溶處理措施提供科學的依據。同時針對溶洞的處理，應選用科學、有效的預處理措施，降低了施工風險、減少經濟損失的同時，還應具有簡單實用，效率高，可靠性好，易于驗證及經濟性好等優點。此外，盾構機穿越巖溶地層前，需對盾構機作合理的適應性調整，提高功效。最后以科學、合理的盾構參數確保盾構機姿態的準確性及管片的拼裝質量。

2工藝原理

巖溶地層特性與分布情況采用高密度電法及鉆孔取芯的方法。針對巖溶大小、分布及類型，并制定針對性處理措施，結合盾構機的優化、盾構參數的合理設定等一系列的技術措施，確保盾構機快速、順利的穿越巖溶區，效果突出，經濟效益顯著。

3施工工藝要點

3.1溶洞范圍、具體分布及類型的確定

采用高密度電法對巖溶區進行勘測，確定溶洞的位置及形態，并形成準確、可靠的巖溶分布平面及剖面圖。

另外在溶洞區域進行探孔作業（孔距一般為3.5m×3.0m布置），進一步確定溶洞的類型及與盾構隧道的位置關系。根據探孔結果顯示出溶洞類型。

3.2溶洞處理方案

根據高密度電法、鉆孔取芯結果判斷巖溶地層特性與分布情況，并判斷溶洞大小及類型，根據溶洞與隧道的位置關系，確定處理范圍如下：

⑴隧道頂部溶洞：處理隧道頂部6m范圍內溶洞。

⑵溶洞位于隧道洞身：處理隧道周邊3m范圍內溶洞。

⑶溶洞位于隧道底部：處理隧底10m范圍內的溶洞。

根據溶洞類型、特性，確定處理范圍如下：

⑴溶洞無充填或半充填類型時，且溶洞頂板與隧道底板距離小于10m，上至溶洞頂板以上1m，下至溶洞底板下1m采用預加固措施填充。

⑵溶洞全充填類型時，且溶洞頂板與隧道底板距離小于6m，填充溶洞頂板以上1m，隧底下5m范圍。

⑶溶洞洞高大于2m的無充填溶洞，采用高壓投砂法加固；半充填、全充填溶洞，直接灌漿處理；對于半邊狀、串珠狀溶洞，采用袖閥管注漿填充。

3.3盾構機的適應性調整

⑴盾構機的選型

針對巖溶地層地質條件，投入的盾構機應具備以下功能：

①采用了高強度和剛度的刀盤結構，能較好地避免在不均勻的地層中刀盤結構變形。

②采用盤形滾刀、羊角刀和刮刀等相結合的復合式刀具布置，可以同時挖掘軟土和硬巖，各種刀具的高度經過充分研究和精確計算，理論可以掘進150Mpa巖層。

③考慮在掘進過程中要經常更換刀具，各種刀具都設計成背裝式，即刀具的拆裝都在刀盤后面的土倉內進行，非常方便和安全。

④采用泡沫注入系統，通過向刀盤前注入泡沫可起到降低溫度、減小阻力和刀盤扭矩，防止粘土結餅現象等作用。

⑵刀具的配置

巖溶地層主要采用土壓平衡盾構機，面板式刀盤，開口率30%，主要配置32把單刃滾刀、6把雙刃滾刀，40把刮刀，理論可以掘進150Mpa巖層，同時適應軟土地層。

⑶刀盤優化、渣土改良及螺旋機改造

①由于巖層巖石直徑較大，為防止巖石卡住螺旋機，在刀盤開口處焊接鋼板格柵，降低刀盤開口率，控制進入倉內的巖石大小。

②通過注漿泵向掌子面、土倉內及螺旋輸送機內噴射含水量較大的泡沫，降低渣土的黏性，使渣土具有良好的流動性，防止巖石在倉內形成泥餅，加快出土速度。注入的泡沫量一般為35L/m。注入泡沫劑和水可以冷卻刀具，同時可以減少刀具連續工作狀態下的磨損量。在泡沫劑作用下，增加刀盤作用在掌子面上的有效扭矩。

③增大螺旋機出土口直徑，防止巖石卡住出土口，避免出現無法出土、渣土堆積等現象。

⑷盾構掘進參數

盾構機進入巖溶地層，根據覆土厚度設置土倉壓力P。 P值應能與地層土壓力和靜水壓力相平衡，設刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為PO，PO=γ·h（γ—土的平均重度，h—刀盤中心至地表的垂直距離），則P=K·PO（K—土的側向靜止土壓力系數）。

推力應控制在1200t以內、刀盤扭矩控制在1.5MN？m以內，推進速度控制在10～20mm/min、刀盤轉速設定為1.3～1.5r/min、注漿量控制在5方適當提高水泥用量以縮短同步漿液初凝時間。

⑸盾構姿態控制

盾構在巖溶區正常掘進過程中，因嚴格按已設定盾構參數進行推進，同時還應做好以下措施：

①控制好盾構姿態，避免盾構大幅糾偏、上浮、叩頭、后退等現象發生；

②保持盾構開挖面的穩定，防止欠壓、過壓推進，嚴格控制螺旋出土器出土量與盾構推進速度間的相互關系，防止過量出土或出土不足等現象發生；

③同步注漿要足量、及時，同時根據盾構姿態、管片變形量等因素及時做好二次注漿。

④注意盾構在曲線上推進及盾構糾偏。

⑤由于巖層段充盈系數變化，密切關注注漿壓力變化，以免因注漿壓力過大破壞盾尾密封。同時，應勤打盾尾油脂，保護盾尾刷。

4結束語

隨著城市地鐵的發展，盾構穿越巖溶區域的可能性不斷增加。不同性質的巖溶地層，施工所面臨的風險等級、大小不一。因此，施工方法的選擇不可墨守成規、一成不變、照搬硬套。地鐵盾構施工前，必須針對所處巖溶地層的地質情況，做深入的技術研究，制定合理、靈活、有效的施工方案，降低施工風險的同時，確保工期進度滿足業主要求。

參考文獻：

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