土壓平衡盾構機在青島地鐵施工中的應用

王衛學

摘? ? 要：隨著我國社會經濟的發展，人們的出行方式逐漸變得多樣化，而地鐵即為人們的主要交通工具之一。為推動城市建設進程，為人們提供更為安全便捷的出行條件，必須針對地鐵施工進行深層研究。在地鐵施工中，土壓平衡盾構機為其中重要設備，其能夠有效提高地鐵的整體安全性，進而保證地鐵施工的順利開展。本文針對青島地鐵工程概況進行分析，并針對土壓平衡盾構機的應用進行研究，為提高青島地鐵施工質量及效率提供參考依據。

關鍵詞：土壓平衡盾構機;地鐵施工;盾構機;應用

1? 引言

我國科學技術不斷發展，人們生活質量也隨之得到提升，同時我國也開始大力發展交通設施建設，一定程度上提高我國人們出行便捷性。而在地鐵施工過程中，盾構法為其中應用較為廣泛的施工技術，其主要應用土壓平衡盾構機進行技術施工，為保證施工質量及施工效率，相關人員必須及時針對土壓平衡盾構機進行深層研究，使其能夠在地鐵施工過程中充分發揮其應用價值，進而實現青島地鐵的有效建設。

2? 工程概況

2.1? 工程簡介

青島地鐵1號線土建二標07工區工程包括一站兩區間，其中車站為汽車北站，區間為汽車北站～流亭機場站區間（下稱汽流區間）和汽車北站～瑞金路大斷面處區間（下稱瑞汽區間），兩個區間均為盾構法施工。汽流區間設計里程為K58+309.21～K61+344.255，長度3035.045m，設4處聯絡通道和1處風井兼泵站及聯絡通道;瑞汽區間設計里程K57+239.000～K58+156.650，長917.65m，設1處聯絡通道兼泵房。

2.2? 地形地貌及地質構造

汽流區間地形整體較為平緩，由南向北緩傾，地貌類型為沖洪積平原～河床～沖洪積平原地貌。汽流區間范圍內第四系主要由第四系全新統人工填土層及洪沖積層組成，基巖主要為白堊系青山群石前莊組流紋巖以及白堊系青山群八畝地組安山巖、火山角礫巖。瑞汽區間盾構段地形整體較為平緩，由南向北緩傾，地貌類型為剝蝕斜坡～剝蝕堆積～洪沖積平原地貌。瑞汽區間盾構段范圍內第四系主要由第四系全新統人工填土層、洪沖積層及上更新統洪沖積層組成，基巖主要為白堊系青山群石前莊組流紋巖、白堊系青山群八畝地組安山巖及火山角礫巖及其構造巖，整體上基巖面自東南向西北緩傾。地下水類型均主要為第四系孔隙潛水、第四系微承壓水和基巖裂隙水。

3? 系統部件功能

3.1? 刀盤

在進行刀盤的設計期間，聯合廠家人員和盾構專家對地質資料進行了充分了解，刀盤設計為為復合式刀盤（6輻條+6面板），中間支撐，并且切刀、滾刀等刀具皆安裝于刀盤表面，所有可拆式刀具均可從刀盤背部進行更換，具備磨損檢測與超挖功能，并配置泥餅探測裝置。對隧道進行全斷面開挖，并可實現正反雙向旋轉出渣，能夠合理切斷隧道內部構造。操作人員在實際施工期間，可根據地質情況切換刀盤功能使用。

3.2? 盾體

盾體所涉及內容相對較多，主要包括前盾、中盾、盾尾以及人艙等，前盾連接的部件相對較多，如人艙以及主驅動等。盾體中盾與前盾存在較大差異，中盾內部帶有加強環以及H架，此部件能夠充分保證中盾整體剛度及強度，能夠為推進油缸及拼裝機等的實際安裝提供了基礎。盾尾主要設置于中盾后部，為管片拼裝提供空間。在前、中、尾盾環向均設有多個Rp2的徑向潤滑孔，施工期間期間可對盾體預留孔進行膨潤土的注入，能從根本上降低土層與盾殼間產生的摩擦，并進而起到止水和防止漏氣的效果。在盾構挖掘過程中，其中人艙為進行帶壓作業的關鍵設備，其主要作用即為調節設備壓力和安全過渡，因此若相關人員持續處于惡劣地質條件下進行入土艙作業，即可利用人艙前往指定區域。

3.3? 主驅動

主驅動系統的作用是提供刀盤正反方向掘削動力，同時承受刀盤掘削土體的軸向支撐反力。主動驅內部帶有驅動系統、密封系統、安全設置以及齒輪油潤滑系統，其中驅動系統內部的主軸承負責承載軸向推力以及反推力，一般情況下，主軸承的實際使用壽命大于10000小時。在主驅動內部主要包括內外兩套密封系統，兩系統主要負責開挖掌子面土倉密封。

為保證變速箱內部的各個部件能夠安全運行，變速齒輪油需進行冷卻處理，進而保證主驅動系統的穩定運行。在實際作業期間能夠及時對減速機等的油溫進行監控，并能采取措施合理降低各類油油溫，避免其超過設定溫度，否則將引起主驅動機出現自動停機現象。

4? 青島地鐵施工中土壓平衡盾構機的應用

4.1? 盾構始發及準備工作

實際施工過程中需要注意以下幾點：首先為洞門加固措施，此措施需提前展開，當盾構機安裝前兩月左右，應針對始發井、接收井端頭采取鉆孔樁和垂直旋噴樁的加固措施，提高土體的強度和自穩能力，同時達到止水的效果。旋噴樁按照鉆孔樁樁徑大小進行無縫搭接，并在始發端頭10×12m范圍內加固，目的在于穩固土體、加強其強度，防止塌方與止水、保持盾構機正確姿態，順利始發。

其次為洞門安裝密封裝置，此工作的目的在于保障洞門防水措施能夠有效開展。實際施工過程中，由于洞口鋼環與盾構外徑具有一定空隙，為防止地下水、土體在盾構機掘進過程中于此處流失，出現安全隱患，特于洞門鋼環上安裝密封裝置，主要由橡膠簾布、扇形鋼壓板組成，是根據實際結構進行調整的密封裝置。其次為始發托架、反力架和負環管片的安裝工作，依靠始發托架提供較為牢固的支撐體系，保證實際操作過程中需要注意盾構機軸線的垂直;反力架結構方面應能夠滿足實際工作過程中盾構機帶來的反力作用，一般情況下此參數應不小于15000kN;負環管片選用錯縫拼裝，通過管片持續為盾構機掘進提供反力，保障盾構掘進順利進行。

隨后需要注意的是盾構始發階段的土壓。就上文所述的相關內容展開分析，盾構始發階段中的土壓預算可根據加固體的實際情況進行綜合考量，考量過程中結合反力架的承載情況進行綜合考慮，以實際過程中的承載情況科學、合理，能夠應對工作需求為準，保證盾構機推力滿足掘削加固區土體的要求，能夠有效工作的同時適當提升土壓，加強工作效率。當盾構機過了加固區后，根據隧道埋深、土層性質與地面荷載作為參照標準等計算出土壓理論參考值，掘進過程中根據盾構機土倉隔板上布設的5個土壓傳感器測得的土壓數據對比分析，并對掘進參數進行實時調整，能有效控制因參數不合理導致出土過多、工作受到阻礙的情況。掘進過程中應盡快采取各項手段使其盡快達到預算土壓，保障土壓處于控制范圍內，盡可能的提升工作效率。與此同時，施工過程中應注意監測地面沉降數據，避免險情發生。

4.2? 試掘進

掘進工作中的注意事項及監測手段應根據現場實際情況開展，其中重視度較高的部分為試掘進工作，選擇200m長度作為試掘進工作的標準長度。當盾構機整體進入洞門后，盾構機配套同步注漿設備均勻的向管片背后注入漿液，以保障間隙得到較為飽滿的填充，避免發生管片上浮、滲漏水等問題。注漿從管片脫出盾尾正3環管片注漿孔進行注漿，注漿過程中注意注漿壓力的控制（3bar以內）和洞門扇形壓板的加固，時刻注意其是否發生變化，避免因洞門簾布和扇形壓板外翻造成的漿液流失，會導致洞門水土流失嚴重，造成工作效率降低問題。當盾構機完成加固區段掘進的工作時，要保障地面沉降監測工作的及時，結合實際情況進行沉降情況的監測與分析，施工過程中注重如土壓力、推力、速度等參數，如實收集并進行分析工作。當參數存在偏差時，應及時采取對應操作進行調整。200m試掘進工作結束后，需根據獲取參數總結分析參數變化的趨勢，并將參數變化結合工作時間進行分析研究，判定其何段時間內發生變化，變化趨勢是否存在較大程度上的躍進。

4.3? 盾構接收前準備與盾構接收

4.3.1? 盾構接收準備

盾構的接收準備工作于盾構前進至最后階段時展開。當盾構推進至最后約100m～50m左右時，需切實開展準備工作。盾構機到達預定位置前，應按照實際過程中接收段的方式完成端頭方向的土體加固，避免因擾動出現土體坍塌等問題。隨后，應切實展開制作安裝接收托架、破除洞門的相關工作。對盾構接收準備工作專題研究安排，工作中的重點大致為兩點，第一點為加固土體等強時間與相關工作要點，一般情況下端頭加固土體的等強時間應不少于1月，并應于允許范圍內盡可能地延長，保證加固效果，并以取芯檢測查看加固效果。此類工作延長時間的主要原因為混凝土的終凝期較長，加固未到達一定程度時存在一定的安全風險。當盾構掘進至準備范圍內時，首先需針對測量控制工作進行復核與測量，保障其較為穩定;其次應保障盾構姿態正確，與軸線誤差較小，允許差異約為10mm以內。第二點為盾構進入加固體的注漿工作。當盾構進入加固體的前3、4環時，應于管片背襯位置進行注漿，注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配比為（體積比）1：1：0.33，整環注漿做止水環，防止加固體前的地下水匯聚進入始發井。

4.3.2? 盾構接收

洞門破除前期，技術人員需及時觀察土體實際情況，并針對土體情況進行土壓值的設計，此期間操作人員需及時降低設備對土體造成的壓力，以保證洞門破除工作的順利開展。同時，在盾構機刀盤與洞門位置相近時，操作人員需及時降低推進速度，確保接收洞門能夠安全破除。在完成洞門破除工作后，施工人員應加快管片拼裝進度，使盾構出洞時間能夠得到合理縮短，進而降低土體與水分的過分流失。施工人員在完成以上工作后，需及時對環形鋼板以及特殊環管進行焊接，填充洞門與管片之間的間隙，防止水分及土體出現流失嚴重現象。

5? 結語

綜上所述，本工程所選擇的盾構機刀盤具有一定的合理性。在輻條面板式的應用下，其開口率能夠達到33%，能夠保證施工時中渣土順暢的進入土倉，沒有出現結泥餅的情況，能夠很好地控制土壓。在不需要任何添加劑的情況下，能夠保證工程的有序開展。但是，部分區域含水量豐富，為此，加大同步注漿方量和進行二次補漿，保證管片背后空隙的填充飽滿，并起到止水作用，保證盾構能夠給穩定掘進，避免盾構下沉或管片上浮的情況出現。

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