地鐵復雜地質條件的盾構施工技術

周 翔

中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000

1 復雜地質條件下施工技術的重要性

復雜地質條件下，地鐵施工技術對地鐵的建設質量有著直接影響，因此在開展施工作業的過程中，需要有效落實復雜地質的考察工作，只有在掌握地質狀況的基礎之上，才能夠選擇最為合理的施工技術，以此達到提升施工質量和施工效率的目的。同時，在開展地鐵建設工作的過程中，還應該加大對施工成本投入工作的重視力度，在不斷提升施工質量的同時，控制企業成本，重視企業和市場的健康發展，只有這樣才能夠在發展過程中占得先機，并且提升企業的競爭力。正是因為地鐵建設過程包含多方面的內容，所以該項工作的開展需要將不同領域的知識相互交融起來，這就需要相關部門有效落實施工前期的交流以及方案的建設工作，為地鐵工程項目施工作業的順利開展提供良好的條件。地鐵項目的建設不僅能夠在一定程度上緩解城市交通壓力，還能夠降低對城市帶來的污染，在優化城市居民生活環境方面發揮著關鍵的作用。

2 盾構施工安全影響因素

2.1 土艙壓力的對比

為了能夠掌握不同的土艙壓力對地表位移產生的影響，文章通過模擬隧道的真實情況，將土艙壓力分別設定為0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa 以及0.45MPa。

（1）不同土艙壓力下的地表位移變化。在不同的地表壓力下開展試驗工作，并且借助數值模擬變形曲線。如果隧道土艙壓力為0.3MPa，就會使地表產生小幅度的沉降位移現象，已經開挖的地表部分沉降的最大幅度將達到-2.29mm，而沒有開挖部分的地表沉降位移為-1.99mm，位移沉降較小。對隧道給予不同的土艙壓力，隨著壓力不斷增加，整體地表會表現出小幅度的沉降。在具體開展盾構施工作業的過程中，如果需要對土艙壓力進行調整，就需要嚴格按照場地的實際情況以及地表的沉降監測數據來開展該項工作。

（2）不同土艙壓力下的應力變化。對于盾構機不同的土艙壓力，隧道沒有開挖部分土地的應力也不同。對于盾構開挖刀盤前方位置的土體，應力對其產生的影響比較大，尤其是會表現出較大的主應力，而土體上方位置的應力則相對較弱，盾構機周圍土體的應力變化也比較明顯，同時隨著土艙壓力的不斷增加，掌子面的壓力也會隨之增加。

2.2 注漿量影響因素對比

隧道工程是地鐵盾構施工主體，在開挖地鐵隧道的過程中，需要設置管片，管片的設置應該遵循每掘進12m 增加一級管片的原則，對于管片和隧道土體之間的空隙，需要有效落實縫隙的注漿填充工作，以便能夠減少地表沉降，并且可以有效改善周圍的土體。在開展模擬工作的過程中，需要根據管片的厚度來決定注漿的數量，原有的管片厚度為300mm，需要借助彈性模量改變有效厚度，等效厚度注漿為50mm、100mm、150mm 以及250mm。使用數值模擬能夠將注漿量差異性地表沉降變化曲線顯示出來，隨著等效厚度的不斷增加，地表沉降將會越來越小[1]。在開展地鐵盾構施工的實際注漿環節，科學合理地注漿會減小地表的沉降變化，但是如果注漿數量太多，就會導致地表隆起，從而破壞土地的穩定性，加大地表沉降。由此可見，在具體開展盾構施工作業的過程中，需要根據實際情況以及地表位移監測數據來確定合理的注漿量。

2.3 隧道穿越不同土層的影響

面對復雜的地質條件，在隧道開挖過程中使用盾構施工技術，穿越土層的差異性非常大，在穿越上硬下軟土層時，借助模擬能夠掌握地表的變化狀況。隧道在0.35MPa 的土艙壓力下，在應對全風化軟土層時，上部位置呈現硬土層風化土，而在對其實施全面挖掘之后，就會使地表位移發生變化，隨著開挖工作的不斷推進，會使得整體地表的位移逐漸減小，最大位移和最小位移之間的差距不大，同時地表的變化也不明顯。在上軟下硬的土層中開展隧道施工作業，應力變化并不明顯，掌子面上的應力變化比較大，在這樣的地質土層中，由于受到土艙壓力變化的影響，應力應變值產生影響的區域遠遠大于硬土層，但是對下部土體并不會產生太大的影響，主要是因為下部的土質經過硬化之后會成為硬土層風化類型，其土體穩定性相對較好[2]。

3 盾構法在復雜地質中的應用

3.1 土壓平衡盾構技術

（1）選擇合適的模式。半敞開式模式、敞開式模式以及土壓平衡模式是土壓式平衡盾構機的三種模式。在掘進模式的選擇方面，需要結合地層的表現特征以及實際條件選擇合適的掘進模式。通常情況下，應該將敞開式模式作為全斷面巖層的掘進方法，需要使用泡沫對渣土進行改良。使用這種模式時無需頻繁調節土艙壓力，只要確保土艙壓力大于土壓力以及掌子面的水壓即可。對于比較復雜的砂卵石土層以及上軟下硬的土層，需要用到土壓平衡的掘進方法。在這種復雜的土層掘進工作中，對于土艙壓力的控制比較困難，要求施工人員做好各個細節位置處的處理工作。

（2）明確掘進參數。在使用土壓平衡盾構機之前，要求施工方按照隧道的埋置深度以及施工現場的地質條件確定掘進參數，包含掘進速度、刀盤轉速、推力、扭矩以及盾構姿態等。此外，還應該有效落實試驗監測工作，根據試驗階段監測反饋對施工現場的數據進行隨時調整。由于施工過程中用到的是土壓平衡的方法，這就需要用到螺旋機旋轉以確保土層的動態平衡。在施工過程中還需要對螺旋機的轉速以及壓力進行合理控制，最大限度地確保生產作業的有序性。

（3）合理控制盾構機姿態。對于復雜地層的掘進工作，應有效落實盾構機姿態的控制工作，特別是對土層變化比較大的硬巖石層以及地段，難以對盾構機的姿態進行糾正。實踐經驗表明，使用千斤頂是最為有效的糾正姿態的方法，能夠取得很好的效果。但是千斤頂的使用會增加刀具的磨損程度，還有可能會引發盾構機被卡以及管片錯臺的故障，這就需要在開展地層施工作業的過程中嚴格遵循長距離、慢糾偏的原則，不可用力太大，不然就會增加施工作業難度。

3.2 泥水加壓平衡技術

（1）確定泥水性能。在確定泥水性能的過程中，需要確定泥水的密度。泥水是掘進工作開展過程中有效避免開挖面變形現象出現的關鍵。通常情況，應該盡可能提升泥水密度，使其與開挖土體密度一致。但是，在具體實踐過程中，一旦泥水的密度太大，就很有可能對泥漿泵的處理能力產生影響，增加泥水處理工作難度，還會引起泵運轉不達標的現象。

（2）確定掘進參數。在開展復雜地層掘進工作的過程中，需要確保切口壓力的穩定性，同時應該使推力和刀盤轉速處于水平狀態。對于盾構姿態的控制，需要用到調整導向油缸長度以及推進壓力的方法。如果在上軟下硬的土層中開展各項工作，由于上層砂層自身的穩定性不高，所需的切削扭轉相對較低，隨著下層土層硬度的不斷增大，對刀具的阻力也會比較大，會對刀具產生嚴重的損傷，特別是在軟硬土層相接的位置。在開展掘進工作的過程中，為了能夠有效避免刀具受到較大荷載作用，需要提升刀具扭矩、放緩刀盤轉速。如果掘進速度太快，就會加劇泥水輸送壓力以及處理壓力，在這一階段很有可能出現超挖現象。

4 盾構施工過程中需要注意的問題

4.1 開挖前做好勘測工作

在開展挖掘工作之前，需要全面落實掘進路線的地質勘測工作，以便掌握掘進過程中可能遇到的各種復雜地質，比如在土層以及斷層薄弱環節，需要根據測得的地質情況制訂合理的預防措施，以此控制地質問題對盾構施工帶來的影響[3]。此外，還應該按照地質情況構件科學合理的盾構機保養機制，并且針對特殊情況還需制訂應急措施。盾構施工作業的開展還應該嚴格按照地質勘測結果了解地質變化情況，保障盾構施工的高效性。

4.2 預防管片上浮問題

管片上浮對于盾構施工作業的正常開展影響也相對較大，因此在施工前需要施工人員準確勘測地質情況，并且要按照盾構施工參數對其給予相應的指導，以便在出現管片上浮問題之后能夠及時進行調整。此外，還應該合理把控盾構掘進速度，結合施工工程項目的需要使用千斤頂，以免施工過程中出現超標現象而引發坍塌故障。

4.3 避免地面沉降措施

在開展盾構施工作業的過程中，沉降問題比較常見，因此在開展盾構施工作業前需要制訂合理的預防措施，并選擇相應的盾構機，以免出現地面沉降問題。此外，注漿還會對地面沉降產生影響，這就需要根據土質參數來調整注漿時間以及速度。

5 結束語

總之，在我國城市交通壓力不斷增大的時代背景下，地鐵工程逐漸成為城市交通系統的主要組成結構，但是受復雜的地質環境的影響，地鐵工程施工過程中會遇到各種類型的問題，這就需要選擇合適的盾構機，同時要應用科學合理的施工技術，確保地鐵盾構施工作業的順利開展。