溶洞地層盾構施工技術探究

（哈爾濱鐵道職業技術學院 黑龍江哈爾濱 150060）

一、溶洞對隧道工程的影響

當隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質破碎，容易發生組塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時遇到填滿飽含水分的充填物溶槽，當坑道掘進至其邊緣時，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。有時遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量滿入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯、分支錯綜復雜、范圍寬廣，處理十分困難。[1]

二、盾構機原理

1．泥水加壓式盾構

所謂泥水加壓式盾構就是在刀盤后面設置一個封閉隔板，稱之為泥水艙。當盾構掘進時通過刀盤切削土體，然后在泥水艙內加入水和添加劑制成泥漿用來抵擋前方土壓和水壓，通過輸送管道把泥漿輸送到地面，經過這樣帶動整個泥水艙，經過不斷地掘進—切削土體—攪拌成泥漿，輸送地面—再掘進的循環過程，使得盾構不斷推進，其中用來抵擋掌子面上的土壓和水壓，稱之為泥水壓力。通過泥水壓力平衡掌子面的水、土壓力，不斷前進的盾構，稱為泥水加壓式盾構。[2]

2．土壓平衡式盾構

土壓平衡式盾構與泥水加壓式盾構不同之處在于，抵擋掌子面前方的水、土壓介質不同。泥水加壓式盾構的介質為泥水，而土壓平衡式盾構的介質為泥土。但保持掘削面的穩定的原理是一樣的。

三、掘進施工

1．盾構掘進施工前準備

盾構掘進施工前，采用地質鉆孔、地質雷達探測詳細探明溶洞、土洞情況，在地面建筑物密集區無鉆孔及雷達探測條件的區段采用盾構掘進過程中利用超前地質鉆探探測溶洞、土洞情況。根據溶洞、土洞特點對其采用不同方法進行處理。在未勘測地段掘進中，采用超前地質鉆探發現溶洞（土洞）后，及時進行溶洞處理，在隧道貫通后采用管片預留注漿孔進行洞內注漿處理。盾構掘進根據地質條件，計算各項參數的初始值，在施工過程中，根據監測結果進行調整優化。

2．掘進速度

推進速度根據地層確定，一般控制在2cm/min，由于巖面不規則，盾構掘進過程中，盾構抖動大，適當控制掘進速度，減小掘進對周圍地層的擾動，保證地層穩定。

3．注漿

同步注漿量為6～8m3，同時，滯后盾構掘進環5環進行雙液漿加強注漿。加強注漿壓力控制在0.5MPa以內，注漿量以壓力控制為準。

4．管片拼裝

管片采用錯縫拼裝，增強整體剛度。管片采用高強螺栓連接，管片拼裝完成后及時擰緊螺栓，同時在盾構掘進過程中，加強對已拼裝完成的管片螺栓檢查，及時做好螺栓復擰工作，減少管片變形空間。同時加強管片外二次注漿，減小管片變形空間，穩固管片。

5．盾構掘進過程控制

盾構掘進過程中，嚴格監視土倉壓力、扭矩、刀盤壓力、盾構偏轉、盾構及管片姿態等參數。土倉壓力變化，壓力突然降低或上升時，立即停機，分析發生原因，及時進行處理，處理完成后再恢復掘進。

加強渣樣分析，為掘進參數調整提供依據。控制推力及刀盤轉速，根據主控室內能顯示的刀盤受力分布的狀況，體會掘削面巖塊分布位置，控制刀具磨損，防止刀圈崩裂。

6．刀具檢查及更換

盾構掘進前，先初步擬定盾構開倉位置，并加強對該段地層進行加固處理。在施工過程中，根據實際的掘進、刀具磨損情況，及時更換刀具。如果不能在預定開倉位置進行換刀，則根據地層條件，采用帶壓換刀的技術，在保證土倉壓力的情況下進行換刀。

7．地面無條件進行溶洞處理地段盾構掘進

由于地面部分地段建筑物密集，如果采用地面溶洞處理的方法，需要進行建筑物拆遷或租用，大幅增加造價。因此需進行盾構掘進過程中的溶洞處理。

在盾構掘進過程中，利用盾構機上預留孔進行超前地質鉆探。若發現溶（土）洞，利用超前鉆孔灌注雙液漿進行溶洞處理。在盾構完成后，利用管片上預留注漿孔進行補充注漿。

四、施工測量及監測

1．施工測量

盾構機安裝了一套VMT公司的SLS-TAPD盾構激光導向系統。本系統能夠對盾構在掘進中的各種姿態、以及盾構的線路和位置關系進行精確的測量和顯示。操作人員可以及時根據導向系統提供的信息，快速、實時地對盾構的掘進方向及姿態進行調整，再附以人工測量復核，保證了盾構掘進方向的正確。

建立高精度導線控制網，采取強制歸心，將點位建立在區間隧道附近較穩定的建筑物上。高程控制點為II等水準網，遠離施工區。通過控制網，用方向線法或投點法向井下傳遞，雙導線進洞，并在井內組成小控制網向隧道內傳遞。洞內導線點每掘進100環復核一次。

2．施工監測

采用地表和深層觀測相結合的方法。沿隧道中線在地表設置沉降觀測點。

進出洞區30m范圍內每5m設置觀測點，每間隔10m設置一沉降觀測斷面，每個斷面設置7個觀測點；正常掘進段每10m設置觀測點，每間隔30m設置一沉降觀測斷面。線路影響范圍內建（構）筑物設置沉降、位移、傾角觀測點，對建（構）筑物進行觀測。每天兩次測量盾構機刀盤前20m、盾尾后30m地面沉降，經計算分析后，作為調整盾構掘進參數的依據。

每天對已拼裝完成的管片姿態進行測量，測量范圍為掘進環后60環。根據盾構姿態數據進行盾構姿態調整，作為管片外注漿防止管片上浮、變形的依據。保證成型隧道質量。

結語

綜上所述，盾構穿越不同的溶洞形態時，需做好預防措施。盾構施工前要做好超前鉆探，對出現溶土洞的地區要適當加密勘察，盡量探明溶土洞的數量、類型、大小及分布等。同時，還要控制對溶洞的處理質量，對相互連通的溶洞要加強注漿，施工時防止噴涌，另外，還要加強同步注漿以及二次注漿。

[1]任建喜.黃土地區地鐵盾構下穿鐵路變形控制技術[J].鐵道工程學報2013.5 57-62.

[2]呂培林.軟土地區盾構隧道下穿鐵路干線引起的線路沉降規律分析[J].中國鐵道科學2007.3 12-16.