地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)分析

張芳儒

摘 要：地鐵工程建設(shè)是現(xiàn)代城市地下軌道交通體系建設(shè)的重要內(nèi)容，在當(dāng)前我國的地鐵工程建設(shè)中，土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)是一種較為常用而有效的技術(shù)手段，由于其施工對于地面影響較小，能夠保證施工的較高效率，因此，受到了許多地鐵工程建設(shè)企業(yè)的青睞。本文主要對地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；土壓平衡式盾構(gòu)；施工技術(shù)

本文主要結(jié)合合肥地鐵施工工程，對地鐵土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了分析，以期提高地鐵工程的施工質(zhì)量和水平，構(gòu)建和諧的城市地下交通。

一、土壓平衡式盾構(gòu)概述

土壓平衡盾構(gòu)主要用于軟土、砂礫和強(qiáng)風(fēng)化巖層及含水的混合地層的隧道掘進(jìn)。掘進(jìn)施工具有土壓平衡（earth pressure balance mode），簡稱EPBM、氣壓平衡和敞開（open mode）三種模式。掘進(jìn)操作可以自動(dòng)控制，也可以半自動(dòng)控制或是手動(dòng)控制。盾構(gòu)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，配備了導(dǎo)航系統(tǒng)，可以有效的控制掘進(jìn)的方向，具有靈活轉(zhuǎn)向糾偏能力，掘進(jìn)的誤差可以有效的控制在以內(nèi)。盾構(gòu)刀盤的結(jié)構(gòu)具有刀具（滾刀、齒刀）的互換性和可更換性，因此，其可以適應(yīng)底層的更廣范圍掘進(jìn)，滿足不同的底層對掘進(jìn)速度的要求。同時(shí)，盾構(gòu)還配備了同步注漿系統(tǒng)，對控制隧道周圍土體沉陷以及建筑物保護(hù)非常的有利。

二、適應(yīng)的地質(zhì)條件

土壓平衡盾構(gòu)較適應(yīng)于在軟弱的沖積土層中掘進(jìn)。但在礫石層或者砂土層中，只要加入適當(dāng)?shù)恼惩恋韧寥栏牧紕┖螅材馨l(fā)揮出土壓平衡盾構(gòu)應(yīng)有的特點(diǎn)。而本文中研究的合肥市地處江淮丘陵地帶，大部分地域崗沖起伏，壟畈相間。總的地勢呈中間高、南北兩側(cè)低的地貌特征。段內(nèi)上覆主要為第四系人工填筑土，黏土，第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)粘性土、粉細(xì)砂層，其厚度從十余米至幾十米不等，總體上從西北向東南由薄變厚。下伏地層主要為下第三系定遠(yuǎn)群和白堊系上統(tǒng)張橋組砂礫巖、砂巖及砂質(zhì)泥巖及侏羅系中統(tǒng)粉砂巖及泥巖。

三、地鐵工程中土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

（一）盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備的合理選型。在地鐵工程中的土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)的有效應(yīng)用，是建立在合理的選擇設(shè)備類型的基礎(chǔ)之上的，這樣才能夠滿足施工的要求，施工才能夠順利的開展。在實(shí)際的選型過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：首先，盾構(gòu)機(jī)開挖尺寸應(yīng)滿足盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計(jì)斷面尺寸要求；其次，盾構(gòu)開挖的功能必須要滿足區(qū)間隧道的地質(zhì)條件，保障施工的安全性和可靠性；最后，在正式施工之前，要對盾構(gòu)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算，所以盾構(gòu)設(shè)備在制造之前必須根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)條件作詳細(xì)分析計(jì)算。

（二）端頭加固處理技術(shù)的運(yùn)用。當(dāng)盾構(gòu)始發(fā)到達(dá)端頭周圍地層為自穩(wěn)能力差、透水性強(qiáng)的松散砂土和含水粘土?xí)r，需要對其進(jìn)行加固處理，避免出現(xiàn)大面積地表下沉現(xiàn)象的發(fā)生。目前，常用的加固方法：有注漿、旋噴、深層攪拌、井點(diǎn)降水、凍結(jié)法等，可根據(jù)土體種類、滲透系數(shù)和標(biāo)貫值、加固深度和加固的主要目的、工程規(guī)模和工期、環(huán)境要求等條件進(jìn)行選擇。加固后土體應(yīng)有一定的自立性、防水性和強(qiáng)度。為了確保盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)的安全性，必須對始發(fā)和到達(dá)端頭的加固土體的范圍、強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，并嚴(yán)格檢驗(yàn)。

四、合肥地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)分析

（一）盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)施工（見圖1）

（二）盾構(gòu)100m試掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試完成后，在試掘進(jìn)過程中進(jìn)一步調(diào)整盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)，同時(shí)做好對本區(qū)段的地質(zhì)評估工作。始發(fā)時(shí)，由于受到始發(fā)托架、反力架的限制，推力不宜過大，為保持洞門周邊地層的穩(wěn)定，采用相對較高的土倉壓力掘進(jìn)，同時(shí)要密切監(jiān)測地表隆起、洞門預(yù)埋鋼環(huán)。當(dāng)盾尾通過洞口密封后，應(yīng)暫停掘進(jìn)，需要對洞口進(jìn)行注漿封堵，采用水泥+水玻璃雙液漿進(jìn)行封堵、回填注漿，利用管片注漿孔壓入式注漿，以確保管片不下沉和繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)同步注漿的效果。

（三）盾構(gòu)正常掘進(jìn)施工。根據(jù)隧道洞身地質(zhì)情況及周邊環(huán)境，本標(biāo)段隧道擬采用土壓平衡模式掘進(jìn)，在施工過程中時(shí)刻注意地層的變化，根據(jù)實(shí)際的掘進(jìn)情況及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

（四）土倉壓力的設(shè)定。當(dāng)土質(zhì)滲透系數(shù)較大時(shí)，正面水土壓力的理論值采用水土分算：

式中：Pc—土壓力；Pw—水壓力；K0=1-sinφφ—為土的有效內(nèi)摩擦角；q—地面超載；γ—土的有效重度；H—盾構(gòu)工作面中心處深度。

當(dāng)土質(zhì)滲透系數(shù)較小時(shí)，土倉可以采用水土合算：

式中：—土的飽和重度

實(shí)際盾構(gòu)推進(jìn)過程中為了補(bǔ)償后期的沉降，考慮到土倉壓力的波動(dòng)及衰減，以及為了彌補(bǔ)盾尾沉降損失造成的沉降。一般來說土壓力的設(shè)定要稍高于理論土壓力，但也不宜于過大，過大則使地層產(chǎn)生隆起變形。

綜上所述，本文主要對土壓平衡式盾構(gòu)概述和施工地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，并對地鐵工程中土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)分析了在合肥地鐵施工中盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)施工的工藝流程和正常掘進(jìn)中土倉壓力的設(shè)定參數(shù)的研究，內(nèi)容還有待補(bǔ)充，由于篇幅有限，本文不予詳細(xì)介紹。

參考文獻(xiàn)：

[1]張成.地鐵工程土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2002.endprint