軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工技術(shù)探究

馮余江

摘要：盾構(gòu)施工技術(shù)在隧道工程中應(yīng)用愈加廣泛，但是當(dāng)盾構(gòu)施工技術(shù)遇到軟硬不均復(fù)雜地層時(shí)，就需要采取一些的方式來保證施工的質(zhì)量和效率。這是由于軟硬不均復(fù)雜地層當(dāng)中，軟土層與硬質(zhì)層分布狀態(tài)不均勻，在施工期間容易導(dǎo)致隧道軸線偏移、刀具磨損嚴(yán)重、土層坍塌等問題。因而本文主要對(duì)軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：軟硬不均地層；盾構(gòu)法；施工技術(shù)；探究

盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用能夠有效提高隧道工程質(zhì)量和效率。而且隧道工程所處環(huán)境地質(zhì)結(jié)構(gòu)包含軟質(zhì)層和硬質(zhì)層，并且不同結(jié)構(gòu)層次分布沒有規(guī)律性。在這種軟硬不均復(fù)雜地層當(dāng)中，盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量和效率會(huì)受到影響，如果施工技術(shù)應(yīng)用或處理不當(dāng)，容易引發(fā)施工安全事故，工程施工結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)損壞，因而軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工技術(shù)的研究，對(duì)施工質(zhì)量保障有重要意義。

1 軟硬不均復(fù)雜地層對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的影響

隧道工程軟硬不均復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)是工程建設(shè)中比較常見的現(xiàn)象。而盾構(gòu)施工技術(shù)是目前較為先進(jìn)的隧道工程施工技術(shù)，能夠加快隧道掘進(jìn)速率，提高隧道施工質(zhì)量。但是面對(duì)軟硬不均復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量也受到了嚴(yán)重的影響，下面對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。

1.1 地表不均勻沉降

軟硬不均復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)當(dāng)中，軟質(zhì)的地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，土體強(qiáng)度和硬度都較小。而硬質(zhì)地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較強(qiáng)，巖石硬度較大。在進(jìn)行盾構(gòu)施工期間，機(jī)械會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這對(duì)軟土層結(jié)構(gòu)影響較大，軟土層在振動(dòng)影響下，土體結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)位移，而在遇到硬質(zhì)土層時(shí)如果盾構(gòu)機(jī)械保持原有的推進(jìn)施工速度，也會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)與軟質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化。綜合作用下，地表結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不均勻的沉降，土層結(jié)構(gòu)也容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，引發(fā)安全事故。因而軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工期間需要對(duì)掘進(jìn)模式進(jìn)行控制，利用輔助開挖材料增強(qiáng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而對(duì)地表不均勻沉降進(jìn)行有效控制。

1.2 隧道軸線容易出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象

地質(zhì)結(jié)構(gòu)中軟質(zhì)與硬質(zhì)土層分布不均勻，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工期間，無法預(yù)控遇到的是軟質(zhì)還是硬質(zhì)結(jié)構(gòu)。這樣一來，在掘進(jìn)過程中對(duì)掘進(jìn)姿態(tài)控制難度會(huì)變大，在不斷推進(jìn)的過程中，推進(jìn)軌道容易出現(xiàn)偏離和錯(cuò)位的問題。首先，地質(zhì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中軟質(zhì)層和硬質(zhì)層分布不均勻，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)械設(shè)備遇到軟質(zhì)與硬質(zhì)同時(shí)存在的土層時(shí)，軟土層受到力的作用后，土體結(jié)構(gòu)被瓦解速度較快，而硬質(zhì)土體結(jié)構(gòu)受力瓦解的速度比軟質(zhì)層要慢，掘進(jìn)瓦解的速度出現(xiàn)偏差導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備無法保持水平推進(jìn)，會(huì)產(chǎn)生傾斜致使隧道軸線出現(xiàn)位移。其次，軟質(zhì)與硬質(zhì)土層對(duì)刀盤切削扭矩要求不同，遇到軟硬混合土層時(shí)刀盤扭矩會(huì)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致軸線錯(cuò)位。

1.3 刀具摩擦受損程度加劇

盾構(gòu)施工技術(shù)是利用機(jī)械進(jìn)行掘進(jìn)施工，機(jī)械設(shè)備當(dāng)中刀具是重要的挖掘工具，在挖掘施工期間，刀具會(huì)與土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接的接觸，地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械反饋的摩擦力和阻力也都是由刀具承受的，因而在施工當(dāng)中刀具會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損。在軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工當(dāng)中，無法預(yù)料刀具挖掘時(shí)遇到的是軟土層還是硬質(zhì)層，刀具就會(huì)不定時(shí)的與硬質(zhì)層和軟質(zhì)層產(chǎn)生不同摩擦力。刀具在承受不均勻摩擦力時(shí)，磨損的速度會(huì)加劇，從而影響盾構(gòu)機(jī)械整體運(yùn)行質(zhì)量和效率。

2 軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)化

2.1 盾構(gòu)掘進(jìn)模式的優(yōu)化選擇

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)具有敞開式、半敞開式和土壓平衡模式三種掘進(jìn)模式。根據(jù)地質(zhì)情況，結(jié)合不同地層的特征，所選用的掘進(jìn)模式也不相同。首先，全斷面巖層掘進(jìn)，采用敞開式掘進(jìn)模式，使用泡沫劑來改良渣土。其次，軟弱地層掘進(jìn)，采用土壓平衡模式，渣土改良主要采用泡沫和適量的膨潤土。土倉壓力不需要頻繁調(diào)節(jié)，只需要保證土倉壓力略大于掌子面的土壓和水壓力之和即可。

最后，砂卵石及“上軟下硬”地層掘進(jìn)，此段地層比較復(fù)雜，斷面上地層差異很大。由于斷面上部地層軟弱并局部有含水的砂層，所以容易引起上部塌方，所以也采用土壓平衡模式掘進(jìn)。但在這種不良地層掘進(jìn)時(shí)土倉壓力不易控制，過高則盾構(gòu)推力和扭矩增大，作用在開挖面的有效推力不易掌握，過低則易引起開挖面坍塌造成地面沉陷。

2.2 強(qiáng)化盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)控力度

在復(fù)雜地層，特別是在存在孤石和軟硬不均地層中掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制非常重要，若未及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)就可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)偏離設(shè)計(jì)軸線。調(diào)整千斤頂推力糾偏效果時(shí)會(huì)加大刀具的磨損，同時(shí)糾偏過猛，存在盾構(gòu)機(jī)被卡和管片錯(cuò)臺(tái)加大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地層中掘進(jìn)時(shí)，一定要控制好盾構(gòu)姿態(tài)，一旦盾構(gòu)姿態(tài)出現(xiàn)偏離，要遵循“勤糾偏，緩糾偏”的原則，不能急糾猛糾，造成刀具的無謂磨損，甚至盾構(gòu)機(jī)難以前進(jìn)。

2.3 弱化刀具磨損程度

面對(duì)軟質(zhì)硬質(zhì)不均的復(fù)雜地形，刀具磨損問題需要進(jìn)行弱化，避免影響整個(gè)機(jī)械整體的運(yùn)行質(zhì)量。首先，傳統(tǒng)盾構(gòu)施工期間，往往采用的是單一刀具，面對(duì)軟硬不均復(fù)雜地層，需要采用混合形式的刀具，將滾刀與尺刀組合使用，提高刀具的抗損能力。其次，根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置刀盤開口率，并加入泥漿或泡沫降低刀具與土層的摩擦阻力。

2.4 提高技術(shù)施工作業(yè)管理力度

施工技術(shù)管理工作也是提高施工質(zhì)量的重要措施，而且施工技術(shù)管理也是負(fù)責(zé)解決施工中遇到問題的。首先，在盾構(gòu)施工之前，需要對(duì)軟硬不均復(fù)雜地層進(jìn)行勘察，明確軟硬土層分布情況，為具體的施工提供數(shù)據(jù)參考，提高軟硬土層交接處的處理效果。其次，做好施工前期的準(zhǔn)備工作，包括材料、設(shè)備及人員分配等，尤其要保證施工設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。最后，在施工期間做好管控工作，施工期間定時(shí)檢查刀具磨損情況，及時(shí)的更換或調(diào)整刀具。對(duì)施工人員進(jìn)行指導(dǎo)和幫助，保證施工的規(guī)范性和靈活性，對(duì)于施工中其它的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)控，保持有序進(jìn)行，避免混亂。

3 結(jié)語

軟硬不均復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)對(duì)盾構(gòu)施工質(zhì)量影響還是較深的，為了保證隧道盾構(gòu)施工的質(zhì)量，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)械掘進(jìn)模式進(jìn)行優(yōu)化選擇，加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備姿態(tài)調(diào)控的力度，保持機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行合理的調(diào)整，延緩磨損，保證設(shè)備高效運(yùn)行，從而促進(jìn)軟硬不均復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工質(zhì)量提升。

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（作者單位：中鐵隧道股份有限公司）