土壓平衡盾構法在地鐵暗挖隧道工程中的應用研討

張利華

摘要：借助盾構法修建地鐵隧道工程，對施工技術的自動化和機械化要求比較高，再加上地鐵隧道工程本身施工環境的復雜多變，正面要求我們進一步對地鐵隧道工程中盾構法應用的研究。文章將以某地鐵隧道工程為例，在了解該工程施工背景概況的基礎上，深入研討土壓平衡盾構法在該工程中的應用方法。

關鍵詞：地鐵隧道，暗挖施工，土壓平衡盾構

1.某地鐵修建工程盾構法施工背景概況

某地鐵工程，全長40km，沿線6個車站和車庫，均采用明挖法施工，而車站的區間隧道，則借助土壓平衡盾構法進行暗挖掘進施工。地鐵盾構推進始于A車站，縱坡-1.8%，直至E車站，全長1240m，沿線經過密集居民區和遇到很多水井。另外據地質勘察報告顯示，沿線地質中普遍含有平均粒徑65mm的礫石，礫石最大粒徑為300mm-400mm，而且地層含水量極為豐富，含水層的透水系數在 之間。

工程使用盾構掘進機的前端刀盤，為輪輻式，共8根輻射條，且帶有面板和切削刀，其中面板的作用是保證掘進過程中，有效地將開挖面土體推開，減少掘進的阻力，相關施工經驗證明，即便粒徑350mm的卵石土體，也能達到43%左右的正面開口率。另外盾構機的螺旋輸送裝置，用于排除粒徑350mm-400mm大小的卵石，至于掘進量與排土量的平衡，需要利用排土口旁邊的土壓力設定好土壓值。同時在排土口位置上，設置了螺旋料斗器，目的是平衡土壓和控制土砂的噴發量。

2.案例地鐵修建工程土壓平衡盾構施工的技術建議

2.1土壓控制

地鐵隧道的開挖，必須保持開挖面的穩定，尤其是泥土壓平衡的保持，是開挖質量前提。本工程盾構機在設定管理土壓值的時候，根據靜止土壓力和水壓力的和值，確定開挖面的土壓理論值，同時結合開挖面地層的具體情況，在該理論值彈性范圍內，選擇最為合理的土壓值，并圍繞施工實情適時調整。在盾構機開始推進的時候，考慮到輻射刀盤里面的泥土處于密壓狀態，刀盤與攪拌器的扭矩均呈增大趨勢，因此需要假設排土量 和理論值 一致，將土壓值設定為 ；初始段掘進完工后，將土壓值修改為 ；掘進到 位置時，將土壓值修改為 ；掘進到550m位置時，發現土層為硬粘狀，將土壓值重新調整為 。在控制調整土壓值的同時，需要同步分析土壓與扭矩、推力等之間的關系，測量出密封土倉內泥土壓的大小。

2.2材料添加

盾構掘進期間，為改良地層的土體，需按照一定的配比標準，將NP石灰、膨潤土、水混合添加，其中每立方米添加 NP石灰、 膨脹土、 水，添加材料比重為1.19，但具體配比，還需視掘進詳情予以適當調整，譬如某區域改良后地層比重1.37，排土坍落度增加了0.22，但在掘進約60m后，發現濃度太高，于是將比重下調到1.17；當掘進深度到達660m時，發現地層粘性土增多，于是將比重下調到1.09；當掘進深度到達760m時，發現地層粘性土數量更多，于是加入繼續下調比重；當掘進深度到達900m時，發現地層恢復砂層和砂礫層地質，于是將比重上調到1.18。按照以上方法添加材料，在很大程度上改良了地層土體，將注入率控制在合理范圍內，相應的排土坍落度也保持在合理范圍內，保證了掘進施工的穩定性，將掘進事故發生率控制在0狀態。

2.3壓漿和掘進

考慮到盾構掘進期間地層容易出現間隙，并造成土體損失，而壓入在強度、塑流性等較佳的雙液型壓漿材料，將地層間隙填充滿。本工程壓漿時，將注漿壓力控制在 范圍內，并保持 的實際注入率。至于盾構掘進，工程要求保持施工的持續性，期間除了盾構檢修耽擱掘進作業，其余時間均能夠正常掘進。盾構機在推進到 和 時，檢查發現開挖面氣壓異常，施工人員利用二重注漿方式加固開挖面周圍地層后，發現切削刀頭嚴重受損，進行了多次更換處理。本工程盾構掘進施工，主要參照以下掘進推力和土壓的標準施工，具體如下表2-1所示：

按照以上掘進實際推力和土壓標準范圍施工，初始段平均日掘進量為 ，最大掘進量為 ；正常掘進時平均日掘進量為 ，最大掘進量為 。

在出洞初推段，發現刀盤扭矩為 ，與設計標準不符，現場進行泥量和泥土濃度的調整，將扭矩下調至 ，排土量保持與設計值的一致。盾構機推力為 ，推力由四個部分組成，一是盾殼與土層摩阻力，數值 ；二是盾尾與管片的摩阻力，數值 ；三是開挖面與切削抵抗，數值 ；四是開挖面與土壓抵抗，數值 。

2.4構筑物保護

工程盾構掘進施工范圍內，沿線經過密集居民區和遇到很多水井，盾構推進時難免擾動周圍的土體，進而波及周圍的建筑物和埋設物等。為保護這些建筑物和埋設物，一方面采用雙液注漿法，注漿加固隧道上方的地層，期間將注漿加固地段分為3個區域，每個區域包含3個部分，注漿時暫停盾構機掘進作業，其中橫斷面上盾構上半部分注漿厚度2m，而地層一次性壓漿注入率僅為35%，因此分為兩次注漿，首次是利用注漿設備在地面壓漿，第二次是借助運輸車于隧道內運載注漿設備，在隧道內向上壓漿，總共耗費50天注漿加固后，將隧道上方建筑物的擾動影響控制到最小狀態；另一方面是考慮到施工區域周圍水井比較多，為避免污染地下水源，工程選用無機溶液型瞬結材料，即采用特殊水玻璃、稀硫酸和水配比摻入注漿材料中，將漿液凝結時間縮短至7s-10s。通過這兩種壓漿方式，基本解決周圍建筑物和埋設物的擾動問題，同時避免對地下水源的污染，施工成效明顯。

2.5地層沉降監測

除了以上的施工方法，施工期間還必須以始發井195m的位置作為監測點，密切監測地層的沉降狀態。其監測情況如下圖2-1所示：

通常情況下，盾構推進施工的地表沉降，出現在盾構兩邊與垂線呈45°的斜線范圍內，但上圖所顯示的數據，表明深層土體與地表土體的沉降量基本持平，其中在盾構掘進前期，沒有出現沉降情況；盾構機到達開挖面時，地表沉降量為1.7mm；盾尾到達時，地表沉降量為1mm，而盾構間隙誘發的沉降量為0.4m；盾構掘進后期沉降量為1.9m，即整個掘進施工期間，地表累計沉降量僅為5mm，說明本工程盾構掘進施工質量過關。

3.結束語

文章通過研究，基本明確了以上案例工程盾構掘進施工技術的應用方法，其主要的施工技術涵蓋土壓控制、材料添加、壓漿、掘進、構筑物保護、地表沉降監測幾個方面。但考慮到不同地鐵工程盾構掘進施工要求和條件的差異性，以上方法在其他工程中應用時，還需結合具體工程的實際施工情況，予以靈活地參考借鑒。

參考文獻

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