地鐵復雜地質條件的盾構施工技術

高廣沂

摘要：在我國經濟體系越發穩定的今天，國內城市軌道系統的建設速度有不斷提高。我國各地幾乎都在興建地鐵項目。當然不同的地區有著不同的地層條件、地層環境。眾多且復雜的地質問題成為了地鐵修建最大的挑戰。為了保障地鐵項目安全性，就需要合理分析施工現場條件和情況，采取有效的技術，盾構施工是一種很好的方法。當然使用該技術前必須合理、科學的控制盾構機的掘進參數，要按照相應技術流程和規范操作才能夠克服不同地質帶來的施工負面問題，保障施工進度和施工效果。本文將深入分析地鐵復雜地質視角下的盾構施工技術思路，以便為更多業界人士作業提供思路上的支持。

Abstract： With the economic system of China becoming more and more stable， the construction speed of urban rail system has been continuously improved. Subway projects are being built almost all over China. Different areas have different stratigraphic conditions and environments. Many and complex geological problems have become the biggest challenge of subway construction. In order to ensure the safety of subway project， it is necessary to analyze the construction site conditions and adopt effective technology. Shield construction is a good method. Of course， it is necessary to control the tunneling parameters of shield machine reasonably and scientifically before using this technology. Only in accordance with the corresponding technical process and specifications can we overcome the negative construction problems caused by different geological conditions and ensure the construction progress and construction effect. This paper will deeply analyze the shield construction technology under the complex geological perspective of metro， in order to provide the support for more people in the industry.

關鍵詞：地鐵項目;復雜地質;盾構施工

Key words： metro project;complex geology;shield construction

中圖分類號：U455.43;U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0113-02

0? 引言

國內很多城市近些年都在修建地鐵項目，尤其是一線、二線城市更是幾乎都有地鐵工程。在國內地鐵數量、地鐵規模不斷增長的今天人們意識到，不同地區的地質需要用不同的施工思路才能夠保障安全。地鐵作為現代城市的代表作之一，地鐵項目能夠有效緩解城市地表交通壓力，緩和城市人地矛盾問題。但是與普通工程項目相比較，地鐵施工難度要更大，復雜程度要更高，需要投入大量物力、人力和資金。地鐵項目本身就是地下工程，施工單位需要在地下環境作業。而面對復雜地質條件，如果缺少合適、合理的施工技術將會遇到很大的施工問題，尤其是質量問題和安全問題。面對這樣的背景就需要用到盾構施工方法，提高施工安全性和質量。

1? 盾構施工風險分類

1.1 人為風險? 因為大部分的時候，盾構施工都發生在地下，所以會受到很多因素影響，比如氣候災害、地質災害，如果發生了雨雪天氣，那么就需要考慮排水的問題。此外不良地質會加劇施工風險，比如坍塌事故[1]。當然大多數情況下，不良地質條件如果可以提前勘探出來并制定對應的處理辦法是能夠規避自然風險、自然問題的，是消除自然風險隱患的前提工作。

1.2 自然風險? 對于地鐵盾構作業來說，人為風險同樣也是很關鍵的因素，其指的就是在地鐵盾構施工設計環節沒有合理的設計方案。并且施工合同、施工技術都有很大問題，欠缺對財務資金的考慮。以上因素帶來的隱患和風險影響十分嚴重。施工前，必須提前做好各種準備工作，并處理掉各種人為風險，保障施工安全且順利。

1.3 機型選擇風險? 不同盾構機有著不同的性能，盾構機的合理選擇才能夠保障施工進度、施工效果。在選擇盾構機的時候一定要結合實際情況處理，慎重選擇盾構機是保障施工進度、施工質量的關鍵。盾構機依靠刀盤保障掌子面穩定性[2]。所以刀盤的設計應當充分考慮地質條件、地質狀況。刀具、刀盤等很容易磨損，要配備強度足夠的刀盤刀具，使用更耐磨的焊接技術處理焊接刀盤的表面。不同刀具的用途不一樣，刀具選擇中，單刃滾刀、刮刀、寬刃齒刀都是比較常用的。要合理控制刀具高度和間距。盾尾密封方面容易有失效風險的出現，如果發生泥水泄露，工程有可能有沉降問題爆發。所以應選擇密封性良好的盾尾油脂，保障穩定性，將其均勻的抹在盾構機的盾尾，發揮密封作用。此外管片和盾尾刷同樣也要選擇合適的型號，以免盾尾作業中發生擠壓、破損現象。

2? 盾構施工組織管理

2.1 選擇合適的工藝與盾構機? 因為地鐵工程的主戰場就是地下，而地下通常都有非常復雜的地質條件、地質環境。所以為了保障地鐵工程作業質量，確保其能夠充分滿足地鐵施工要求，就需要選擇合適的盾構機配合著施工。當然在面對復雜地質條件以及廣泛施工范圍的時候，勢必需要考慮到非常多的施工程序。復雜的程序如果有其中一個環節錯誤，就會影響到施工效果、施工質量[3]。對此需要嚴格按照規定施工規范與流程作業，保障地鐵盾構施工質量和效果。地鐵作業中，施工工藝的要求通常都很高。除了要做好地面沉降反應控制以外，還要控制好地面沉降值問題，將其調整和約束在合適范圍，確保盾構掘進以及洞內的輔助施工可以同步推進。

2.2 施工準備? 復雜地質條件下的盾構施工會遇到很多的風險。為了避免風險影響到施工，引起安全事故，就需要提前做好一系列的準備工作。首先要做的是，提前勘察好施工區域、施工線路的實際狀況、地質條件。用勘察的過程了解地質的歷史和可能發生的變化。當然天氣因素也要考慮在內，要對具體變化做正確反映。示范路段、加固路段要重點勘測，獲取準確、詳細數據。準確無誤且充足可靠的材料是地鐵盾構安全施工的關鍵。要想保障地鐵作業順利進行，能夠發揮盾構技術最大價值，施工前應當根據之前獲得的數據設計合理、科學方案，做好技術交底。比如穿越鐵路施工方案、技術加固思路等等。技術方案應當包括所有可能遇到的風險因素和突發事故。

2.3 掌握盾構機性能? 盾構機作業過程中需要用到大量燃油，這些燃油等同于大量成本。如果盾構機長期處于負荷狀態操作，那么施工中就會消耗非常恐怖的燃油。基于這樣的考慮，盾構機施工人員必須充分了解盾構機性能。在操作盾構機前準備足夠的燃料，以免出現燃油不夠用的問題[4]。當然這也是保障成本有效控制的關鍵，是工程安全的前提。

2.4 嚴格按照方案施工? 有資料顯示，面對復雜的地質環境，使用盾構施工辦法會面臨復雜施工工藝條件。這些施工條件、施工技藝之間聯系十分密切。假設某個施工環節出現質量不達標的問題，就會影響到工程整體施工質量、施工水平。盾構施工中必須嚴格按照技術方案展開操作，要確保其充分滿足施工規定、施工要求，做好工程質量管理、質量控制。地鐵隧道中心線需要有合理的控制手段，避免施工安全問題發生。拼裝盾尾以及管片選擇的時候，應著重考慮質量問題，確保盾構機能夠穩定生產、安全作業。

3? 盾構法在復雜地質中的應用

3.1 土壓平衡盾構技術? 第一步選擇合適的模式。土壓式平衡盾構機總共有三種生產模式，分別是敞開式模式、半敞開式模式、土壓平衡模式。在選擇掘進模式的時候，應當結合地層實際條件、表現的特征抉擇。一般來說，全斷面巖層的掘進需要用敞開式模式。要利用泡沫劑改良渣土。軟弱層復雜地層要應用土壓平衡這種施工模式，依靠適量膨潤土、泡沫改良渣土。這種模式的使用，不可以頻繁的調節土倉壓力。只要土倉壓力比掌子面水壓、土壓大一些即可。上軟下硬類土層以及砂卵石土層的結構要更加復雜，當然這兩種類型的土層也可以使用土壓平衡這種掘進模式。這種復雜類型的土層在掘進中，土倉壓力控制比較難，施工人員必須認真且嚴肅的對待每一個細節。

第二步明確掘進參數。在使用土壓平衡盾構機前，施工方需要根據施工現場的地質條件以及隧道埋置深度確定掘進參數。這里的參數包括刀盤轉速、掘進速度、扭矩、推力、盾構姿態等等。此外還要做好試驗段監測工作，按照試驗段監測反饋的數據隨時調整施工現場參數。因為施工中用到是土壓平衡模式，故要用到螺旋機旋轉保障土層動態平衡。施工中要合理控制螺旋機的壓力和轉速，保障生產有序性。

第三步合理控制盾構機姿態。復雜地層的掘進工作需要重點關注盾構機姿態控制要求。尤其是面對土層變化大的地段以及硬巖石層，通常很難輕易地糾正盾構機姿態。根據實踐經驗，千斤頂是糾正姿態的很好方法，往往能夠取得不錯效果。當然千斤頂會加劇刀具磨損程度，甚至有可能引發管片錯臺、盾構機被卡一類的事故。這類地層施工需要遵循慢糾偏、長距離原則。不可以用力過度否則會加劇施工難度。

第四步確定同步注漿參數。大多數情況下管片和刀盤有著明顯的外徑不同。而這種現象會導致拼裝好的管片壁厚和圍巖之間有時會出現一定縫隙。如果沒有及時注漿回填，那么在千斤頂的作用下，管片就會上下浮。對此，復雜地層在掘進中需要做好注漿壓力、注漿速度、注漿量控制。以此規避管片的上浮問題。此外漿液在管片、圍巖之間往往能夠形成厚實防水層。同步注漿中，漿液質量是需要加強管理的。

3.2 泥水加壓平衡技術? 第一步確定泥水性能。確定泥水性能的過程中，最重要的就是確定泥水密度。掘進作業中，泥水是避免開挖面變形的關鍵。一般來說泥水密度應盡可能高一些，盡量達到開挖土體密度。不過在實踐中，如果泥水的密度過大，將很有可能會影響到泥漿泵處理能力，引起泥水處理難和泵運轉不達標現象。正因如此才需要合理確定泥水密度、設備性能和土層結構。對泥水來說，含沙量也是關鍵問題。在強透水性土體作業中，泥水砂石最大粒徑和含沙量都會影響到泥膜形成快慢。所以應選擇含量合適粒徑稍微超過土體縫隙的沙粒。為保障渣土足以滿足長距離輸送要求，一般泥水流動速度的大小會被控制為160至210米/分。

第二步確定掘進參數。復雜地層的掘進作業必須保障切口有著穩定的壓力，刀盤和推力的轉速應保持低水平狀態。可以用調整推進壓力、導向油缸長度的方法控制盾構姿態。如果在上軟下硬土層作業，那么因為上層的砂層本身沒有良好穩定性，所需的切削扭轉比較低，下層土層硬度大，對刀具阻力非常大，就會使得刀具出現比較嚴重的損傷，尤其是軟硬土層的交接部位。掘進中，為了防止刀具受到過大荷載，應放緩刀盤轉速，提高刀盤扭矩。假設掘進速度過高，就會成為泥水處理壓力和泥水輸送壓力，超挖問題很有可能在此階段發生。過渡段地層作業要確保泥水設備處理能力和刀具貫入度匹配，速度一般被控制位15至30毫米/分

4? 結語

絕大多數盾構作業中的事故都是因為沒有充分考慮水文條件、地質條件所引起的。為了消除負面影響，工程的技術人員需要嚴格按照掘進施工的技術要點做好參數控制、掘進狀態調整，保障工程質量、工程效益。

參考文獻：

[1]馬建華.地下空間特點與施工技術的探討[J].江西建材，2020（01）：98-99.

[2]王俊彬.根植復合地層理論體系? 引領盾構施工技術發展[J].廣東科技，2020，29（01）：42-44.

[3]劉錚.土壓平衡盾構施工場地布置方法[J].智能城市，2020，6（01）：169-170.

[4]陳立.泥炭質土層條件下的地鐵盾構隧道施工技術[J].四川建材，2020，46（01）：109-110.