論復雜地層的盾構施工技術

張明華

摘? ? 要：盾構施工作業均在地下進行，噪音、振動引起的公害小，既不影響地面交通，又不對附近居民造成影響。其推進、出土、拼裝襯砌循環進行，易于管理，人員較少，勞動強度低，生產效率高，因其綠色環保的特點成為地下工程優先考慮的施工方法。盾構法雖然是一種安全高效的施工方法，但也不是萬能的施工方法。如遇曲線半徑過小、地表沉陷、復雜地層時得慎重對待。本文針對復雜地層的盾構施工技術和難點進行分析。

關鍵詞：復雜地層;盾構施工

1? 引言

盾構是指利用盾構機進行隧道開挖、襯砌等作業的施工方法。盾構施工過程中，要在施工前做好地質勘查工作、掌握工程地質條件、合理控制掘進參數，進而保障工程質量。

2? 復雜地層盾構掘進面臨的問題

復雜地層由于工作面地層巖石力學指標及地質特征差異大，盾構掘進過程中容易出現掌子面坍塌、土壓盾構噴涌、泥水盾構環流異常、超量出碴、地表沉降超限、刀盤結泥餅、刀具偏磨損壞和盾構姿態難以控制等問題，出現上述問題的原因，主要如下。

2.1? 復雜地層中工作面平衡難以建立

盾構施工的核心之一就是要建立和維持工作面的水土壓力平衡，從而達到減少地層擾動、控制沉降和保護環境的目的。在軟土地層中，盾構可以建立起理想的水土壓力平衡模式;在復雜地層中，掌子面上部需要平衡水土壓力，下部僅需要平衡水壓力。若僅考慮掌子面上部平衡，則下部可能出現超壓;若僅考慮掌子面下部平衡，則掌子面上部會出現欠壓。

掌子面超壓在富含黏、粉粒地層中極易出現結泥餅、糊刀盤和刀具異常磨損現象;掌子面欠壓則會發生上部軟弱地層坍塌、超量出碴和沉降超限等異常情況。

2.2? 軟硬不均地層中盾構工作狀態不佳

盾構在軟硬不均地層掘進時，刀盤受力復雜，刀具在掌子面上、下部位貫入度相差很大。刀盤旋轉過程中刀具接觸巖土分界面產生的撞擊易造成刀圈崩刃、開裂和脫落，刀體損壞。

2.3? 復雜地層中滾刀容易過載

復雜地層中盾構總推力克服盾殼摩擦力、土艙堆碴反力和后配套拖車牽引反力后，剩余的凈推力全部作用在接觸掌子面硬巖的部分滾刀上面，推力控制稍有不慎，即可造成滾刀過載損壞，引起刀具損壞的多米諾骨牌效應。

2.4? 復雜地層中碴土改良難度大

復雜地層中掌子面圍巖物理力學性狀差異大，從松散、流塑、軟塑到堅硬石同時存在。一方面碴土改良的客觀難度增加，另一方面掌子面水土平衡對碴土改良的要求更高。

3? 復雜地質條件中的盾構隧道施工技術

3.1? 土壓式平衡盾構機施工技術要點

（1）模式的選擇。土壓式平衡盾構機有三種模式，包括敞開式、半敞開式和土壓平衡模式。在對掘進模式進行選擇時，我們應該根據地層的不同條件特征來選擇。通常情況下，對全斷面巖層掘進時，我們可選擇敞開式掘進模式，并使用泡沫劑對渣土進行改良;而對于存在軟弱層的復雜地層，則可選擇土壓平衡模式，并采用泡沫和適量的膨潤土對渣土進行改良。采用此種模式時，土倉的壓力不用過于頻繁調節，只要保證土倉壓力略高于掌子面的土壓和水壓力和即可;對于處理砂卵石或者上軟下硬的土層，由于土層比較復雜，則同樣需要采用土壓平衡模式來掘進，因為在這種復雜土層掘進時控制土倉壓力較難，所以掘進時必須認真對待每個環節。

（2）掘進參數的確定。采用土壓式平衡盾構機施工之前，我們應該根據施工現場的不同地質特點和隧道的埋置深度來確定其掘進的主要參數。其中包括對盾構姿態、推力、扭矩、掘進速度以及刀盤轉速等參數的確定，同時還需要根據掘進試驗段的監測情況，對施工現場的參數進行隨時調整。由于采用的是土壓平衡模式，所以需要通過螺旋機的旋轉出土來維持動態平衡，所以在實際施工過程中，我們還需要對螺旋機的轉速和壓力進行有效控制。

（3）盾構機姿態的控制。在復雜地層掘進時，對于盾構機姿態的控制尤其重要，特別是在硬巖地層和土層條件變化較大的地段，對盾構機的姿態糾正難度較大。如果采用調整千斤頂推力來糾正姿態，往往很難達到理想的效果，而且會使刀具的磨損加大，甚至會出現盾構機被卡或者管片錯臺的嚴重后果。所以在這類地層中掘進時，應該嚴格遵守長距離、慢糾偏的原則，避免用力過猛，造成掘進困難。

3.2? 盾構穿越施工技術

在加固完成后，接下來需要進行盾構穿越施工。盾構穿越施工需要考慮到施工工藝選擇，要結合現場的具體情況，從而保證施工工藝起到較好的施工效果。盾構穿越過程中，根據模擬段進行參數設置，以保證土倉壓力值符合施工需要。在對盾構壓力控制時，其波動應在0kPa～15kPa之間，并根據土壓傳感器傳回的數據信息，對千斤頂的推進速度進行考慮，一般來說，千斤頂的推進速度宜控制在3cm/min，每天推進的環數在5～9環，從而保證注漿速度、推進速度與施工進度具有較好的協調性。在同步注漿過程中，可采取硬性漿液，并且注漿的壓力要進行有效控制。盾構施工過程中，盾構姿態控制的角度變化不要太大，偏差量控制在10mm范圍內，坡度變化不應超過1‰，進而有效地減少地表沉降現象發生。在盾構穿越既有鐵路施工時，要注重對刀盤進行有效地潤滑，并且在盾尾5環的時候，進行二次注漿處理，有效降低地表變形量。

3.3? 始發掘進技術要點

（1）盾構始發掘進時的總推力應控制在反力架承受能力之內，同時確保在此推力下刀具切入地層所產生的扭矩小于始發基座提供的反扭矩。

（2）在盾構推進、建立土壓過程中應注意對洞門密封，始發基座、反力架及反力架支撐的變形，渣土狀態等情況必須認真觀察，發現異常時，應適當降低土壓力（或泥水壓力）、減小推力、控制推進速度。

（3）由于始發基座軌道與管片有一定的空隙，為了避免負環管片全部推出盾尾后下沉，可在始發基座導軌上焊接外徑與理論間隙相當的圓鋼，將負環管片托起。

（4）在盾構內拼裝好整環管片后，利用盾構推進油缸將負環管片緩慢推出盾尾，直至與負鋼環接觸，并用管片螺栓連接固定。負環管片的最終位置要以推進油缸的行程進行控制，將第1環負環管片與負鋼環之間的空隙用早強砂漿或鋼板填滿，確保推進油缸的推力能較好地傳遞至反力架上。第2環負環管片及以后管片將按照正常的安裝方式進行安裝。

（5）隨著負環管片的拼裝，應不斷用準備好的木楔填塞負環管片與始發基座軌道及三角支撐之間的間隙，待洞門圍護結構完全拆除后，盾構應快速地通過洞門進行始發掘進施工。

4? 結語

盾構施工方法以其安全可靠、地層適應性好、施工影響小、機械化程度高、掘進速度快、土方外運量少、穿越河道時不影響航運、施工不受風雪雨等氣候條件影響的諸多優點，在工程領域得到廣泛應用。但針對各種復雜條件，應因地制宜，及時調整施工措施，使盾構機保持良好狀態，從而保障掘進過程的安全平穩進行以及設備的經濟有效使用。

參考文獻：

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