地鐵盾構機穿越復雜地質施工技術

胡巨男

摘 要：近些來各城市地鐵建設工程建設數量逐漸增多，在進行地鐵施工時會遇到相對復雜的地形，此時會采用盾構機完成施工內容，在施工過程中應確保盾構機穿越過程的安全，提升地鐵工程施工質量。因此分析地鐵盾構機在復雜地質條件下施工所采用的技術對地鐵施工有著非常重要的意義。

關鍵詞：地鐵盾構機;穿越復雜地質;施工技術

1引言

地鐵已經成為城市交通樞紐中的重要組成部分，地鐵工程可以有效緩解城市交通擁堵等現象。地鐵工程施工中會遇到一些復雜地質條件，此時多會采用盾構機完成施工內容，采用盾構機后可以提升復雜地質情況施工的穩定性與安全性，同時提升施工效率、保證工程施工質量，因此應將盾構施工技術進行推廣，更好的推動地鐵工程發展。

2地鐵盾構施工中的重點

2.1做好盾構施工端頭位置加固

在地鐵盾構施工過程中應認識到端頭位置加固的重要性，采用盾構設備刀盤在進洞施工時沒有按照工程施工要求進行加固會導致涌水等問題，無法保證盾構設備施工效果及使用安全。因此在采用盾構設備進行施工前應先做好準備工作并嚴格做好安全管理，確保進洞位置地層的穩定性，從而減少安全事故的發生。

2.2保證洞門密封效果

在地鐵盾構施工段可能會出現中風化巖層或微風化巖層，導致巖層出現裂縫或涌水現象，同時承壓力相對較高。因此在進行盾構施工前應先將施工段進行清理，然后完成洞口密封作業，保證密封效果。因此在正式開挖前應做好設計圖紙、地質情況交底工作，根據地鐵工程實際情況進行開挖施工，保證施工效果。

2.3地層相對復雜時采用的盾構方式

采用盾構設備進行掘進時會遇到一些問題，如被削切碎的風化巖石與縫隙滲水混合刀盤碾壓溫度較高、刀盤中心位置存在泥土等均會導致刀盤扭矩降低、掘進速度過慢、渣土熱度提升、無法保證刀盤貫入度等。

2.4嚴格把控管線沉降

地鐵盾構施工中遇到線氣流時會增加管線沉降控制難度。如盾構區域中地下管線較多，存在自來水管線、天然氣管線、雨污管線等，施工中沒有嚴格控制管線沉降就會導致安全事故。

2.5河道盾構施工

若地鐵盾構施工區域需要穿越城市一級飲用水源保護區，應強化保護工作。在正式施工前施工人員可以采用鉆芯檢測方式對河道地質條件的復雜性進行判斷與分析，為盾構掘進施工提供依據。

3盾構施工技術應用到不同復雜地質條件下的具體措施

3.1地層軟硬分布不均勻所采用的盾構施工技術

地鐵工程盾構施工中土質硬度并不相同，因此在進行掘進施工時應對掘進參數進行調整，從而保證掘進工作順利進行，反之會導致掘進軸線偏差。面對不同的地質條件應對盾構設備刀盤轉速進行調整，盾構設備刀盤轉動后若遇到較軟的土層會提升掘進擾動，出現土壓不平衡或路線偏移情況，若沒有及時處理掌子面會坍塌，最終增加了安全隱患發生率。此外，在盾構設備糾偏時也會出現坍塌或不穩定等情況。因此利用盾構設備進行以上復雜地質情況施工時應與土層情況進行結合，然后在掘進過程中根據情況隨時調整掘進參數，從而保證掘進施工可以穩定進行，在掘進時注意以下方面。

第一，在進行掘進施工時應嚴格控制掘進速度，避免速度過快，這樣在遇到較硬的土質時盾構設備刀盤也可以順利運轉，將硬質土層進行破碎。同時要想避免因堅硬土質給刀盤帶來損壞應根據情況適當調整盾構設備推力，降低刀盤轉速，每分鐘控制在1.0r，每圈貫入量不得超過5毫米。具體掘進施工時應對各掘進段距離進行控制并做好檢查工作，保護好刀盤等，避免給刀盤帶來損傷，確保掘進工作可以順利開展。第二，在掘進施工中配套設備起到了重要的作用。如千斤頂，在進行鉸接作業時應對刀盤傾角進行調整，確保傾角可以滿足施工要求，此時千斤頂就充分發揮出自身作用，可以有效避免掘進過程中出現軸線偏移現象。第三，在應用千斤頂時應根據地質條件對油壓進行控制。若掘進施工時遇到較硬巖石應將千斤頂油壓提升;若巖石較軟可以降低千斤頂油壓。第四，掘進施工過程中應確保土層壓力的平衡性，避免給盾構設備掘進帶來影響。第五，掘進施工時要想避免路線偏移可在盾構設備刀盤上添加超挖刀，從而對挖掘速度進行控制并可以進行糾偏，確保盾構設備掘進時可以沿著軸線掘進。第六，換刀時應選擇合適的場合，避免將換刀場地設置到土艙上部或是條件較差的場地。但是若遇到特殊情況必須要進行換刀應對換刀現場進行調查，并對刀具磨損情況進行控制，當了解掘進現場地質情況后合理選擇場地換刀，并將地層進行加固，確保換刀位置強度滿足要求，然后開展后續工作。第七，停機后應控制好土艙封閉性、平衡性，避免掌子面出現坍塌等事故。第八，要想杜絕盾構掘進施工時出現坍塌等事故應充分了解地質條件并做好加固工作，然后根據施工進度提前選好換刀場地，為盾構掘進施工奠定基礎。

3.2巖層被中風或微風風化后所采用的盾構施工技術

在地鐵盾構施工時會存在風化巖石，此路段地層相對較硬，在進行盾構掘進施工時也增加了難度且會導致刀盤磨損，因此無法保證巖體切割進度。在盾構掘進施工不斷開展的過程中刀盤的磨損程度也會隨之加劇，在這樣的情況下就無法保證巖石破碎效果，但是當刀盤被嚴重磨損后就無法保證巖石切割的完整性，出現巖石碎片大小不齊的現象，在這樣的情況下會直接影響螺旋輸送設備順利排渣，最終給地鐵盾構掘進施工帶來不利的影響。要想對上述問題進行有效處理，在進行中風或微風風化巖層掘進施工時可以采用以下方式。第一，在掘進施工時應根據實際情況合理選擇盾構施工模式并做好優化工作，通常會采用半敞開式施工模式或敞開式施工模式，從而提升盾構掘進效率。第二，在進行盾構掘進時應對掘進速度進行控制，當要到達較硬巖石地段時應由專業人員完成入艙施工，根據情況更換刀盤，與較硬巖石特點進行結合后優化巖石破碎方式，也就是較常使用的滾刀破巖法，保證巖石破碎效率的同時確保盾構掘進可以穩定開展。第三，盾構掘進施工時可以將一定量的泡沫劑添加到刀具位置，從而減少刀具的磨損度并可以縮小刀盤扭矩，保證較硬巖石破碎效果，確保整體掘進施工順利開展。不僅要將泡沫劑涂抹到刀具上同時還應提升艙中土體的和易性，從而降低對刀體的磨損程度，提升整體掘進效率。當刀體出現比較嚴重的磨損現象時應進行調整及更換，保證刀體強度滿足掘進要求。

3.3孤石施工時采用的盾構施工技術

孤石是指體積較大的石塊，在掘進施工中遇到此類石塊會增加破損難度，因此在進行孤石掘進施工時會采用滾刀破碎方式。將線作為起刀點形成向外拉伸的力，然后破碎孤石。用滾刀破碎直徑較大的孤石時會經過較復雜的過程，孤石表面有大量碎石時說明孤石已破開，應進一步加大切割力度并提升沖擊力，從而將孤石進行全面破碎。盾構掘進施工中處理孤石時會給掘進效率帶來影響，由于孤石較硬，所使用的破碎時間相對較長，增加了刀盤磨損速度。刀盤磨損程度的增加也會影響到盾構掘進效率，導致偏離現象。要想解決這類問題應根據實際情況確定刀盤更換頻率并提升刀盤耐磨能力;同時孤石破碎后應采用相應的措施將碎石出。假如孤石直徑相對較小，若不超過0.2米時就可以沿用傳統方式將孤石排出。但是孤石直徑相對較大應提升刀盤開口效率并調整刀盤開口寬度。此外，根據孤石破損情況合理選擇螺旋輸送設備，保證破碎效果及破碎質量。完成最初階段的破碎工作后，如果沒有達到理想的破碎效果，碎石直徑相對較大可以采用盤形滾刀進一步進行破碎，縮小碎石直徑為后期排出提供便利。

要想保證孤石掘進施工效果應合理選擇盾構設備型號。一般情況下，在進行孤石地段盾構施工時應先了解具體情況，然后根據孤石直徑合理選擇盾構設備型號。當孤石段孤石直徑較大時應加強破碎力度;孤石直徑較小時可以將其直接排出，從而加快處理孤石的速度。選擇處理孤石的盾構刀盤時應與孤石情況相結合，保證刀盤應用的合理性。通常情況下，在孤石處理時多會選擇面板式刀盤，也可以在刀盤開口位置進行特殊處理，也就是將碎石粒徑限制器焊接到開口位置，從而避免孤石直徑過大出現跳刀切割現象，確保碎石直徑滿足排出要求。同時做好盾構設備刀盤配套工作，通常會配置滾刀、刮刀、切刀、撕裂刀等，在處理直徑較大的碎石時若在刀盤外側可以利用滾刀進行處理，完成進一步破碎處理后在排出。

土壓平衡盾構設備運行過程中可以采用螺旋輸送設備輸送土體，但是若盾構設備尺寸與要求不符會給施工帶來難度。當施工時可以采用帶式螺栓輸送設備排出直徑相對較大的孤石，但是在此過程中依然會存在一部分漂石無法及時排出，應將漂石進行深度破碎，然后可以從刀盤位置輸送給帶式螺旋設備中。因此要想提升出土效率可以采用泥式土壓平衡盾構設備，保證施工進度。此外，在出土時還可以采用雙螺旋螺旋輸送機或軸式螺旋輸送機等，通過輸送設備可以提升直徑較大孤石的運送速度，從而可以保證掘進速度滿足施工要求。在對渣土流動效率等方面進行綜合考慮后可知，在完成孤石段掘進施工時還應在螺旋輸送設備位置預留孔中添加外加材料并對添加量進行嚴格控制，添加外加料的主要目的是保證渣土具有良好的流動性，通過此來提升掘進速度并保證掘進質量。在處理孤石時，應先了解孤石情況，在確定具體情況后若出現無法采用盾構設備破碎的孤石時可以利用以下方法：第一，采用相應的加固方式做好孤石周邊加固工作，確保孤石破碎時的安全。第二，最初進行孤石破碎時可以采用炸藥。第三，孤石預處理時通常會采用地面鉆孔破碎方式，保證預處理效果。

3.4河道環境處理應用的盾構施工技術

首先，河道處理時可以根據情況選擇適合的渣土將河道進行優化，利用渣土對河道盾構工程進行重塑。采用渣土對河道進行處理可以提升河道的和易性并可以提升掌子面的泥土壓力，從而保證施工面的穩定性，避免刀盤挖掘過程中挖出泥餅給刀盤使用效率帶來影響。在進行施工的過程中要想保證河道改良效果應做好渣土配比試驗。如某河道改造時，根據該河道實際情況可以在渣土中添加一定量的發泡劑與膨潤土，同時在利用盾構機挖掘時可以添加分散劑與高密度聚合物。其次，強化施工期間監督管理。河道土體挖掘采用盾構設備時應對挖掘過程進行嚴格監管，避免挖掘過程中導致河床變形，有效地施工監管工作可以在第一時間對危險進行評估與預警，并進行及時的處理。再次，采用盾構設備進行穿越施工時應確保其具有良好的性能并嚴格管控盾構機下穿與挖掘參數，即使施工期間為枯水期也應做好涌水防控工作。最后，在采用盾構設備挖掘時可以采用智能信息技術對整體挖掘過程進行控制，避免地面已有建筑出現下沉或地表隆起現象，還應避免采用盾構機時工程底層出現變形現象。

4結語：

總的來說，在進行地鐵施工過程中若遇到復雜地形會增加盾構施工難度，同時在進行施工時不可預見的問題也會增多，因此在進行地鐵工程復雜地形施工過程中應先了解施工現場情況及要求，然后合理選擇盾構施工技術，制定盾構施工要點，從而確保盾構施工可以順利開展，避免因復雜地質條件給地鐵施工所帶來的影響，提升地鐵工程施工質量，加快城市交通網絡建設。

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