溶洞地層盾構(gòu)施工技術(shù)探究

蒼盛

摘 要：在巖溶分布如此廣泛的地區(qū)上修建城市軌道交通，對于勘察及其處理技術(shù)、以及盾構(gòu)施工技術(shù)的要求很高。若其中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，有可能造成隧道坍塌等后果，從而影響線路的推進，或者導(dǎo)致施工進度中斷，甚至換線等嚴(yán)重后果。本文對溶洞地層盾構(gòu)施工技術(shù)進行了闡述，為后續(xù)工程提供寶貴的施工經(jīng)驗提供借鑒。

關(guān)鍵詞：溶洞地層 盾構(gòu)施工技術(shù)

一、溶洞對隧道工程的影響

當(dāng)隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)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(dāng)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(fù)雜、范圍寬廣，處理十分困難。[1]

二、盾構(gòu)機原理

1.泥水加壓式盾構(gòu)

所謂泥水加壓式盾構(gòu)就是在刀盤后面設(shè)置一個封閉隔板，稱之為泥水艙。當(dāng)盾構(gòu)掘進時通過刀盤切削土體，然后在泥水艙內(nèi)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(jīng)過這樣帶動整個泥水艙，經(jīng)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(huán)過程，使得盾構(gòu)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(gòu)，稱為泥水加壓式盾構(gòu)。[2]

2.土壓平衡式盾構(gòu)

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

三、掘進施工

1.盾構(gòu)掘進施工前準(zhǔn)備

盾構(gòu)掘進施工前，采用地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)雷達探測詳細探明溶洞、土洞情況，在地面建筑物密集區(qū)無鉆孔及雷達探測條件的區(qū)段采用盾構(gòu)掘進過程中利用超前地質(zhì)鉆探探測溶洞、土洞情況。根據(jù)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(zhì)鉆探發(fā)現(xiàn)溶洞（土洞）后，及時進行溶洞處理，在隧道貫通后采用管片預(yù)留注漿孔進行洞內(nèi)注漿處理。盾構(gòu)掘進根據(jù)地質(zhì)條件，計算各項參數(shù)的初始值，在施工過程中，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行調(diào)整優(yōu)化。

2.掘進速度

推進速度根據(jù)地層確定，一般控制在2cm/min，由于巖面不規(guī)則，盾構(gòu)掘進過程中，盾構(gòu)抖動大，適當(dāng)控制掘進速度，減小掘進對周圍地層的擾動，保證地層穩(wěn)定。

3.注漿

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

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(gòu)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(fù)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(wěn)固管片。

5.盾構(gòu)掘進過程控制

盾構(gòu)掘進過程中，嚴(yán)格監(jiān)視土倉壓力、扭矩、刀盤壓力、盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)、盾構(gòu)及管片姿態(tài)等參數(shù)。土倉壓力變化，壓力突然降低或上升時，立即停機，分析發(fā)生原因，及時進行處理，處理完成后再恢復(fù)掘進。

加強渣樣分析，為掘進參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。控制推力及刀盤轉(zhuǎn)速，根據(jù)主控室內(nèi)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(gòu)掘進前，先初步擬定盾構(gòu)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(jù)實際的掘進、刀具磨損情況，及時更換刀具。如果不能在預(yù)定開倉位置進行換刀，則根據(jù)地層條件，采用帶壓換刀的技術(shù)，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(gòu)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(gòu)掘進過程中的溶洞處理。

在盾構(gòu)掘進過程中，利用盾構(gòu)機上預(yù)留孔進行超前地質(zhì)鉆探。若發(fā)現(xiàn)溶（土）洞，利用超前鉆孔灌注雙液漿進行溶洞處理。在盾構(gòu)完成后，利用管片上預(yù)留注漿孔進行補充注漿。

四、施工測量及監(jiān)測

1.施工測量

盾構(gòu)機安裝了一套VMT公司的SLS-TAPD盾構(gòu)激光導(dǎo)向系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)Χ軜?gòu)在掘進中的各種姿態(tài)、以及盾構(gòu)的線路和位置關(guān)系進行精確的測量和顯示。操作人員可以及時根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的信息，快速、實時地對盾構(gòu)的掘進方向及姿態(tài)進行調(diào)整，再附以人工測量復(fù)核，保證了盾構(gòu)掘進方向的正確。

建立高精度導(dǎo)線控制網(wǎng)，采取強制歸心，將點位建立在區(qū)間隧道附近較穩(wěn)定的建筑物上。高程控制點為II等水準(zhǔn)網(wǎng)，遠離施工區(qū)。通過控制網(wǎng)，用方向線法或投點法向井下傳遞，雙導(dǎo)線進洞，并在井內(nèi)組成小控制網(wǎng)向隧道內(nèi)傳遞。洞內(nèi)導(dǎo)線點每掘進100環(huán)復(fù)核一次。

2.施工監(jiān)測

采用地表和深層觀測相結(jié)合的方法。沿隧道中線在地表設(shè)置沉降觀測點。

進出洞區(qū)30m范圍內(nèi)每5m設(shè)置觀測點，每間隔10m設(shè)置一沉降觀測斷面，每個斷面設(shè)置7個觀測點；正常掘進段每10m設(shè)置觀測點，每間隔30m設(shè)置一沉降觀測斷面。線路影響范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物設(shè)置沉降、位移、傾角觀測點，對建（構(gòu)）筑物進行觀測。每天兩次測量盾構(gòu)機刀盤前20m、盾尾后30m地面沉降，經(jīng)計算分析后，作為調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)的依據(jù)。

每天對已拼裝完成的管片姿態(tài)進行測量，測量范圍為掘進環(huán)后60環(huán)。根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)進行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，作為管片外注漿防止管片上浮、變形的依據(jù)。保證成型隧道質(zhì)量。

結(jié)語

綜上所述，盾構(gòu)穿越不同的溶洞形態(tài)時，需做好預(yù)防措施。盾構(gòu)施工前要做好超前鉆探，對出現(xiàn)溶土洞的地區(qū)要適當(dāng)加密勘察，盡量探明溶土洞的數(shù)量、類型、大小及分布等。同時，還要控制對溶洞的處理質(zhì)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。

參考文獻

[1]任建喜.黃土地區(qū)地鐵盾構(gòu)下穿鐵路變形控制技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報2013.5 57-62.

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