復雜地質條件下地鐵施工技術要點

李 季

濟南軌道交通集團建設投資有限公司 山東 濟南 250000

如今，地鐵成為城市最熱門的公共出行方式，不僅方便快捷，避免地面交通擁堵，還適應現階段綠色出行要求，受到城市居民的青睞。但地鐵是一個極為龐大的工程，施工過程極其復雜，施工中會受到地質、環境等各方面因素的影響，尤其是當地質條件較為復雜時，技術、成本、工期都會受到影響。因此，必須重視復雜地質段的施工，根據所用施工技術，結合不同的地質地層情況，探究有效處理方法和技術要點，以保證施工順利完成。

1 工程概況

某軌道交通8#線是全市規劃線網主要組成部分，其一期工程總長約30.25km，共24站，站間距最大、最小分別為3.84km和0.62km。在整個區間長度內，本工程地質條件較為復雜，為保證施工安全和質量，需采用多種施工方法，包括明挖法、盾構法、礦山法等。其中盾構法施工長度最大，為11.22km，共配備14臺盾構機。現圍繞本工程實際情況，對其盾構施工要點進行進入分析。

2 施工要點

在本次盾構施工中，主要經過三個復雜地質段，即上軟下硬段、局部硬巖段和含孤石段。

對不同的復雜地質段，提出以下施工要點及輔助措施。

2.1 上軟下硬段

（1）掘進參數

①對上軟下硬段進行掘進時，對掌子面實施切削就能使軟巖剝落，然而，硬巖會對盾構的刀具造成很大磨損，因此要減慢轉速，避免刀具受到太大瞬時沖擊。基于此，本工程對刀盤轉速按1.0-1.2r/min嚴格控制。

②因軟巖易產生坍塌，但硬巖卻很難破碎，所以為了避免刀具損壞，應減慢掘進的速度，而這樣會影響軟巖自身穩定性，需使掌子面保持穩定，提高土壓。土倉壓力要以地層的特性為依據，結合覆土厚度通過計算確定。

③刀盤的扭矩嚴格按10-13MPa進行控制；盾構掘進速度按3-5mm/min嚴格控制；而推力則需按10000-18000kN嚴格控制[2]。

④為使土倉壓力處理平衡狀態，應對輸送機實際出渣速度進行控制，一般以3-8r/min為宜。

（2）輔助措施

①因巖面的軟硬程度不均，會與刀具產生碰撞，使刀盤產生震動。對此，操作人員應認真觀察刀盤實際情況，聽取聲音，確定刀盤扭矩是否正常，以免刀盤發生卡阻。

②若刀盤扭矩明顯變小，或渣土的溫度升高，則說明刀具的磨損十分嚴重，此時要對刀具進行認真檢查與更換。

③做好渣土改良，在加泡沫過程中，向倉內加注泥漿，這樣能對軟弱地層進行保護，避免產生坍塌。

2.2 局部硬巖段

（1）掘進參數

①刀盤轉速按1.5-1.7r/min控制，當刀具旋轉一圈時，其貫入量應達到5-10mm；對于掘進速度，按7.5-17mm/min嚴格控制[3]。

②在硬巖段，掌子面相對穩定，能在土壓相對較低時掘進。如果地層中有很大的含水量，則可提高一定上部土壓，至于提高多少，需根據覆土厚度合理確定。

③刀盤扭矩按17-19MPa控制，推力按14000-17000kN控制。

④一般硬巖段的掘進速度都很慢，而且渣土量也不多，在這種情況下，將輸送機實際轉速控制在6-10r/min范圍內即可。

（2）輔助措施

①采用注入泡沫的方式除了能對刀具予以冷卻，還能提高渣土自身流動性，對于泡沫的用量，以35L/m為宜，具體根據渣土實際情況調整或加水。

②因硬巖段的斷面比較光滑和完整，在同步注漿后，漿液達到初凝之前，管片將受到一定浮力，可能大于其重力，導致上浮后。對此，掘進中應調低豎向姿態，以此抵消上浮力。注漿時所用漿液的初凝時間應控制在不超過8h，按照10環管片的間隔加注雙液漿。另外，還應做好人工測量，實時掌握盾構及管片所處姿態[4]。

2.3 含孤石段

對該段進行掘進時，會對刀盤刀具造成很大磨損，嚴重時將使刀盤磨穿，導致地表坍塌。對此，應在了解孤石實際分布情況的基礎上，制定有效處理措施。

（1）切削孤石時，應減慢轉速，提高推力，并通過正轉和反轉變換來保證切削效果，刀盤扭矩在切削時產生的變化不能超過10%。

（2）向土倉與刀盤中盡量多的注入泡沫，冷卻刀盤刀具，避免損壞。

如果采取以上措施依然無法破碎孤石，則可進行帶壓處理。待人員進入到土倉內后，采用液壓錘實施處理。若沒有帶壓進倉的基礎條件，或存在大量的孤石，則可在地面對地層實施加固，確認掌子面保持穩定后，開始進倉處理。對于加固的方式，需要對地質等進行綜合考慮，以保證所選方式的合理性與可行性。

確定孤石所處位置后，利用鉆機在地面上進行沖孔破碎，這是最簡便和有效的方式。但如果孤石的體積極大，其它方式均沒有效果，則可在地面設置豎井來破碎。雖然這樣有效，但會增加成本，只有在必須情況下才使用。

（3）深孔爆破：它指的是孔深超過5m的鉆孔爆破，以孤石實際情況為依據，對鉆孔的深度、直徑與裝藥量進行確定。對炮眼之間的距離與裝藥量進行調整能實現對爆破后產生的石塊規格控制，一般石塊單邊長度應小于300mm，為出渣提供方便。爆孔的直徑通常為110mm，排距與孔距都按800mm控制。鉆孔中的雷管主要為毫秒導爆管，雷管為瞬發電雷管，乳化炸藥，藥卷規格60mm。盾構到達地層中存在的孤石之前，采用這一技術方法能對孤石進行有消處理。使盾構順利從這一段落通過。

結束語

綜上所述，在當前的地鐵隧道施工中，難免會遇到不同的復雜地質，這對隧道的盾構施工會帶來不同程度的影響，這就需要針對不同地質情況，制定有效、可行的施工措施，將復雜地質地層對施工造成的影響降至最低。