探究基于膨脹土地層的地下隧道盾構磨群樁施工方法

代建桃

隨著城市化進程的快速發展，地下隧道建設成為現代城市發展中不可或缺的重要工程，然而在實際施工中，膨脹土地層具有高度可壓縮性和膨脹性，對地下結構的穩定性和施工過程的安全性提出了嚴峻要求，給地下隧道施工帶來了巨大的挑戰。為了克服這一難題，本文針對基于膨脹土地層的地下隧道盾構磨群樁施工方法開展了深入的研究和探索，以期為解決膨脹土地層條件下的地下隧道施工技術難題提供新的思路和方法。

盾構磨群樁是一種用于地下隧道施工中處理樁基問題的施工方法。在部分情況下，隧道的設計線路與現有的樁基相交或樁基已經侵入隧道內部，在面對無法避開原有樁基，同時又無法對樁基進行拔樁處理的情況下，應用盾構磨群樁技術就成為一種克服膨脹土地層帶來的施工問題的可靠的解決方案。該方法通過切削和處理膨脹土地層中的樁基，使盾構機能夠在樁基侵入隧道內的情況下持續前進，不僅能夠解決無法拔樁或調整線路的難題，而且能夠確保隧道的穩定性和施工的高效性。因此，本研究旨在探究基于膨脹土地層的地下隧道盾構磨群樁施工方法，研究其工藝流程以及施工過程中的關鍵技術，以期為城市基礎設施建設提供有力支撐，同時推動隧道工程領域的發展和創新。

一、工程概況

某市中心區域地鐵2號線地下隧道工程，隧道類型為雙線雙洞，隧道起點里程為YDK10+500，終點里程為YDK12+800。右線設計長度為300.5m，左線為305.2m。線路最小曲線半徑為500m。隧道間距為15.2～35.6m，埋深為10.3～20.8m。線路最小縱坡為0.3%，最大縱坡為1.8%。區間YDK11+200及YDK11+700處設置有2個聯絡通道。該地下隧道區域的地質條件主要由膨脹土地層組成，有樁基為295mm沉管灌注樁，樁長22.5～24.6m，混凝土強度等級為C35，隧道內共有16根樁基侵入，由于樁基無法進行拔除處理，且受線路限制，隧道埋深的最大可調整值已達上限，須采用切削樁基的方式，以確保隧道能夠順利推進。因此采用盾構磨群樁的方法進行施工，希望實現連接市中心區域的交通線路的目標，為市民提供安全、高效、便捷的交通運輸方式。

二、地下隧道盾構磨群樁施工工藝流程

地下隧道盾構磨群樁施工是一種特殊的工程技術，用于處理隧道施工過程中遇到的樁基問題。通過盾構機上的切削工具，施加切削力并采用旋轉、振動或錘擊等方式，對樁基進行切削和破碎，以確保樁基侵入隧道的情況下，盾構機能夠繼續前進。地下隧道盾構磨群樁施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 地下隧道盾構磨群樁施工工藝流程

在地下隧道盾構磨群樁的施工過程中，首先進行現場勘察，確定樁基的位置和尺寸，并制定施工方案和圖紙，準備盾構機、切削設備和所需材料。并在隧道進口處設置施工平臺，安裝盾構機和切削設備，配置電力、供水和排水系統，使用盾構機和切削設備逐步切削樁基，并在切削過程中進行安全監測。完成切削后，進行清理和檢查，確保施工區域無殘留物和其它施工隱患，記錄施工過程的數據、質量檢驗結果、安全情況、變更記錄、照片和圖紙等信息。通過以上工藝流程，達到高效、安全、質量可控的地下隧道盾構磨群樁施工目標。

三、膨脹土地層的地下隧道盾構磨群樁施工技術點

1.土層處理

在膨脹土地層的地下隧道盾構磨群樁施工中，第一步是執行土層處理。該地下隧道穿越樁基段范圍地質主要為膨脹土，黏土、壤土和粉土等，液限在20%～100%之間，塑限低于60%。由于該類型土的顆粒表面帶有電荷，在吸水后將吸附水分，并在顆粒間形成一層水合離子層，使土壤顆粒之間的間隙增大，導致土壤體積膨脹，施工過程中推進轉矩較大，出土較為困難。因此，采用加注泡沫的處理方式，每3L水中加入1L泡沫劑和0.2L穩定劑，以60r/min的攪拌速度進行泡沫混合。在混合過程中，觀察泡沫混合物是否均勻且沒有明顯的分層或沉淀現象，確保泡沫劑和穩定劑完全溶解并均勻分散在水中。泡沫混合完畢后，在土層表面設置加注泡沫的噴射口，然后將加注泡沫設備移動到噴射口位置，并將噴嘴置于土層表面。之后啟動加注泡沫設備進行泡沫加注，保持噴射距離為2～3m、噴射角度為45°左右，每環加注量為40～50L，確保泡沫均勻分布在土層中。并根據實際施工需要，在不同位置重復以上步驟，直至整個土層完成加注泡沫處理，加注完畢后最短等待5h，即可繼續正常施工。最后，清理施工區域，移除表層雜物和松散土壤，利用振動器、壓路機等設備進行土壤壓實，以便盾構機在后續工作中能夠以勻速平穩的方式切削樁基，順利推進膨脹土地層的地下隧道施工。

2.盾構機掘進

在推進起點附近的施工區域，清理碎石、垃圾、殘留建筑物等阻礙盾構機推進的障礙物。在施工區域內選擇固定的巖石層或混凝土結構作為基準點，使用激光儀、全站儀等測量工具進行現場測量和標記，確定推進起點的位置和隧道軸線的準確位置，測量誤差在±5mm以內，以確保推進起點和隧道軸線的位置的測量結果具有較高的精度。根據測量結果，使用噴漆、標線等臨時標記物，標記起點和隧道軸線的位置，確保標記清晰可見，為后續的施工過程提供參考和定位。并在推進起點附近安裝盾構機的導軌和防護板，為盾構機引導前進方向，確保盾構機的運行軌跡準確無誤，并防止坍塌土體對現場造成傷害。

根據膨脹土地層地質情況和地下隧道設計要求，控制盾構機的正面土壓力、推進速度及刀盤轉速以及出土量。未遇到樁基時，將盾構機的推進速度控制為3～6cm/min，控制盾構機刀盤轉速為8r/min，正面土壓力波動小于20kPa，若轉矩小、無出土，則增加轉速至10r/min，最高可調整至12r/min。當刀盤貼近樁基時，將推力范圍保持在500～1000kN之間，每次增加推的幅度不超過50kN。由于地下隧道內各個樁基與刀盤的接觸位置具有差別，為確保盾構機在施工期間能夠保持穩定的姿態運行，嚴格控制盾構姿態變化量，將其限制在3～5mm/環的范圍內，將油缸行程差控制在5cm以內，以精確調整盾構機的位置，適應不同樁基礎的接觸位置差異。確認盾構機刀盤完全通過切削樁基區后，逐步將盾構機的推進速度恢復至正常段推進速度，即5～10cm/min。同時，在切削樁基開始后記錄出土方量，將出土量控制在50m3/h左右，同時密切觀察螺旋輸送機出土口處土層的排出情況，使用刷子清除螺旋輸送機內部的殘留物，使用高壓水槍清洗螺旋和螺旋槽，清除土層堆積、泥漿等雜質，每7d清理一次，以保持其順暢的工作狀態。

3.注漿

為保證結構底板下基層密實，確保地下隧道的結構安全，施工中須加強隧道內注漿管理。注漿施工的過程中，要嚴格控制灌注樁工程質量，綜合分析注漿材料的選擇、注漿壓力等因素，確保注漿參數能夠達到地下隧道盾構磨群樁施工需求，降低施工問題的出現概率。

根據膨脹土地層的地質情況，設置同步注漿漿液配比，砂∶粉煤灰∶石灰∶膨潤土∶水泥∶水∶外加劑為100∶200∶50∶50∶300∶150∶10，控制漿液體積質量大于1.2g/cm3，泌水率為10～50ml/h。將注漿孔的位置設置于隧道底板以下，注漿孔的間距在1～2m之間，與樁基相接觸的部分為主要注漿區域，嚴格控制漿液稠度在8～10cm，注漿壓力不可高于0.4MPa，以1.5倍左右的充填率進行注漿。切削樁基后，靜置72h再進行二次注漿，設置二次注漿漿液配比，水泥∶粉煤灰∶砂∶膨潤土∶水∶減水劑為300∶200∶400∶100∶400∶10，并根據地下隧道監測結果進行實時調整，以填充切削樁基與土體之間的空隙，并加固周圍土體，增加支護效果，以防止土體松動和塌方，保證隧道結構的穩定。在二次注漿過程中，保持低速慢壓，控制注漿壓力為0.4～0.6MPa，注漿量為每環1m3。注漿完成后，及時對鉆孔進行堵塞，以防止注漿材料泄漏。

4.開倉更換刀具

為保證盾構磨群樁施工的高效、穩定，施工中須每14d檢查一次螺旋刀片、軸承、密封件等零部件的磨損和損壞情況，并及時更換磨損量達到更換標準的刀具，及時更換損壞的零部件。開艙前，停止運行盾構機，并確保已經采取關閉電源、斷開動力源等安全措施。為防止隧道后方地下水涌入艙內，停機后在盾構機后方尾部、盾構機刀盤周圍、螺旋輸送機出口，分別做止水環封水，均勻施注速凝的水泥水玻璃雙液漿，比例為水泥∶水∶水玻璃=1∶1.5∶0.2，控制注入壓力為2.5～3.5MPa，按照從上到下的次序進行注入，逐漸向深層延伸，確保注入效果持續有效。

之后，使用氣體檢測儀對艙內氣體進行檢測，確認無有害氣體后，安排施工人員進艙檢查并記錄刀盤前方鋼筋位置和刀具磨損情況。記錄完畢后，使用扳手和螺絲刀擰松固定螺栓，并使用液壓千斤頂卸下舊刀具，然后使用刷子仔細清理切割區域，安裝新刀具并緊固螺栓以確保刀具安裝的正確性及穩固性。安裝新刀具后，進行檢查和調整，確保刀具安裝正確，沒有松動或傾斜。確認刀具已經安裝好并調整到位后，將刀具螺絲二次復緊，并逐一清點使用工具，將其帶出艙外并關閉刀盤室門，確保門扣緊，嚴格按照規范進入減壓階段，確保施工人員安全出倉。最后，按照操作規程和安全程序逐步啟動盾構機，確保刀盤正常運轉和切削作業。

5.后期處理

在膨脹土地層的地下隧道盾構磨群樁施工完畢后，進行后期的完善處理。使用推車、鏟子、掃帚等工具清理隧道內的碎石，將碎石收集后運出隧道，并將泥漿收集到專用的泥漿池或泥漿槽中，采用泥漿分離器、離心機等泥漿處理設備，進行固液分離處理，將泥漿中的固體顆粒分離出來，對液體進行處理和排放。之后，使用激光測距儀、裂縫測量儀獲取墻壁、天花板、地面等隧道內的結構數據，觀察是否存在裂縫、掉落的石塊或混凝土、脫落的涂層等情況，并對通風孔、緊急出口等隧道內特殊部位進行專門的檢查，確保其完好無損和正常運行。對于裂縫寬度小于0.5mm的裂縫，使用聚合物或水泥漿料進行封堵，當裂縫寬度大于0.5mm時，則需仔細記錄，并報告給相關的工程師和技術人員，使用混凝土修補或重建。最后，為確保修復后的隧道符合設計要求和安全標準，進行土壤穩定性、隧道結構完整性的驗收程序，要求土壤滲透系數小于0.01 cm/s，土壤干密度達到1.8 g/cm3以上，土壤含水量保持在10%～15%之間，隧道結構中裂縫的寬度不超過0.2 mm，土壤側壓力小于20 kPa，從而通過盾構磨群樁施工，減少對周圍土壤和樁基的振動和沖擊，確保地基的穩定性和隧道結構的安全性，順利推進膨脹土地層的地下隧道施工。

四、結束語

綜上所述，通過使用地下隧道盾構磨群樁的施工方法，能夠減輕土壤膨脹對施工的影響，為盾構機提供穩定的施工環境，不僅有助于提高施工效率，還有效地降低了地下隧道施工的安全隱患。本文結合工程概況，介紹了地下隧道盾構磨群樁施工工藝流程，并針對性地提出了土層處理、盾構機掘進、注漿、開倉更換刀具、后期處理等施工技術點，以期進一步優化盾構磨群樁施工方法的細節，為地下隧道工程的安全高效施工提供技術支持。