地鐵工程土壓平衡式盾構施工技術分析

張芳儒

摘 要：地鐵工程建設是現代城市地下軌道交通體系建設的重要內容，在當前我國的地鐵工程建設中，土壓平衡式盾構施工技術是一種較為常用而有效的技術手段，由于其施工對于地面影響較小，能夠保證施工的較高效率，因此，受到了許多地鐵工程建設企業的青睞。本文主要對地鐵工程土壓平衡式盾構施工技術進行了分析。

關鍵詞：地鐵工程；土壓平衡式盾構；施工技術

本文主要結合合肥地鐵施工工程，對地鐵土壓平衡式盾構施工技術進行了分析，以期提高地鐵工程的施工質量和水平，構建和諧的城市地下交通。

一、土壓平衡式盾構概述

土壓平衡盾構主要用于軟土、砂礫和強風化巖層及含水的混合地層的隧道掘進。掘進施工具有土壓平衡（earth pressure balance mode），簡稱EPBM、氣壓平衡和敞開（open mode）三種模式。掘進操作可以自動控制，也可以半自動控制或是手動控制。盾構在實際的運行過程中，配備了導航系統，可以有效的控制掘進的方向，具有靈活轉向糾偏能力，掘進的誤差可以有效的控制在以內。盾構刀盤的結構具有刀具（滾刀、齒刀）的互換性和可更換性，因此，其可以適應底層的更廣范圍掘進，滿足不同的底層對掘進速度的要求。同時，盾構還配備了同步注漿系統，對控制隧道周圍土體沉陷以及建筑物保護非常的有利。

二、適應的地質條件

土壓平衡盾構較適應于在軟弱的沖積土層中掘進。但在礫石層或者砂土層中，只要加入適當的粘土等土壤改良劑后，也能發揮出土壓平衡盾構應有的特點。而本文中研究的合肥市地處江淮丘陵地帶，大部分地域崗沖起伏，壟畈相間?？偟牡貏莩手虚g高、南北兩側低的地貌特征。段內上覆主要為第四系人工填筑土，黏土，第四系全新統、上更新統粘性土、粉細砂層，其厚度從十余米至幾十米不等，總體上從西北向東南由薄變厚。下伏地層主要為下第三系定遠群和白堊系上統張橋組砂礫巖、砂巖及砂質泥巖及侏羅系中統粉砂巖及泥巖。

三、地鐵工程中土壓平衡式盾構施工技術的應用要點

（一）盾構機械設備的合理選型。在地鐵工程中的土壓平衡式盾構施工技術的有效應用，是建立在合理的選擇設備類型的基礎之上的，這樣才能夠滿足施工的要求，施工才能夠順利的開展。在實際的選型過程中，需要注意以下幾點：首先，盾構機開挖尺寸應滿足盾構區間設計斷面尺寸要求；其次，盾構開挖的功能必須要滿足區間隧道的地質條件，保障施工的安全性和可靠性；最后，在正式施工之前，要對盾構機的各項參數進行科學合理的計算，所以盾構設備在制造之前必須根據盾構區間地質條件作詳細分析計算。

（二）端頭加固處理技術的運用。當盾構始發到達端頭周圍地層為自穩能力差、透水性強的松散砂土和含水粘土時，需要對其進行加固處理，避免出現大面積地表下沉現象的發生。目前，常用的加固方法：有注漿、旋噴、深層攪拌、井點降水、凍結法等，可根據土體種類、滲透系數和標貫值、加固深度和加固的主要目的、工程規模和工期、環境要求等條件進行選擇。加固后土體應有一定的自立性、防水性和強度。為了確保盾構始發和到達的安全性，必須對始發和到達端頭的加固土體的范圍、強度進行驗算，并嚴格檢驗。

四、合肥地鐵工程土壓平衡式盾構施工技術分析

（一）盾構始發掘進施工（見圖1）

（二）盾構100m試掘進。盾構機組裝調試完成后，在試掘進過程中進一步調整盾構機狀態，同時做好對本區段的地質評估工作。始發時，由于受到始發托架、反力架的限制，推力不宜過大，為保持洞門周邊地層的穩定，采用相對較高的土倉壓力掘進，同時要密切監測地表隆起、洞門預埋鋼環。當盾尾通過洞口密封后，應暫停掘進，需要對洞口進行注漿封堵，采用水泥+水玻璃雙液漿進行封堵、回填注漿，利用管片注漿孔壓入式注漿，以確保管片不下沉和繼續掘進時同步注漿的效果。

（三）盾構正常掘進施工。根據隧道洞身地質情況及周邊環境，本標段隧道擬采用土壓平衡模式掘進，在施工過程中時刻注意地層的變化，根據實際的掘進情況及時調整盾構掘進參數。

（四）土倉壓力的設定。當土質滲透系數較大時，正面水土壓力的理論值采用水土分算：

式中：Pc—土壓力；Pw—水壓力；K0=1-sinφφ—為土的有效內摩擦角；q—地面超載；γ—土的有效重度；H—盾構工作面中心處深度。

當土質滲透系數較小時，土倉可以采用水土合算：

式中：—土的飽和重度

實際盾構推進過程中為了補償后期的沉降，考慮到土倉壓力的波動及衰減，以及為了彌補盾尾沉降損失造成的沉降。一般來說土壓力的設定要稍高于理論土壓力，但也不宜于過大，過大則使地層產生隆起變形。

綜上所述，本文主要對土壓平衡式盾構概述和施工地質條件進行了分析，并對地鐵工程中土壓平衡式盾構施工技術的應用要點進行了闡述，重點分析了在合肥地鐵施工中盾構始發掘進施工的工藝流程和正常掘進中土倉壓力的設定參數的研究，內容還有待補充，由于篇幅有限，本文不予詳細介紹。

參考文獻：

[1]張成.地鐵工程土壓平衡式盾構施工技術研究[D].西南交通大學，2002.endprint