復雜地質條件下地鐵盾構隧道施工要點探究

◎江楓

一、盾構法施工技術的特點

盾構法是一種以暗挖施工方式實現全機械化的施工。在盾構機械開挖面的前方使用切削裝置完成開挖施工，然后使用出土機械將開挖過程中的土料運輸出去。在開挖過程中，主要依靠千斤頂確保機械后部加壓頂進，同時對預制混凝土管片進行拼裝，最后形成隧道結構。盾構法施工技術主要有以下特點：①對地鐵區間隧道施工過程中周圍的地面建筑物與環境的影響較小。主要是因為盾構法施工的隧道建設無須地面場地，是一種無噪音、無振動、無公害的施工方式。因此，盾構法施工技術在一些不能進行明挖、埋深度較大的地層施工中的應用較多。②盾構法施工技術對施工精度要求較高，因為盾構法開挖掘進的過程中，盾構外殼與管片的質量直接影響盾構法施工的安全性與穩定性，因此，管片制作的精度與機械制作的精度相似，要求將管片精度誤差控制在標準范圍內（0.5mm之內）。除此之外，還要特別注意嚴格控制前進盾構施工過程中的隧道軸線偏差。

二、地鐵盾構隧道施工存在風險分析

在進行地鐵盾構區間隧道施工過程中，首先要做好施工的風險管理工作，保證后續施工的安全性和穩定性。針對地鐵區間隧道施工的風險控制包括以下幾部分，即確定風險、控制目標、明確風險參與者、資料收集、風險形勢估計、潛在風險因素判別、風險識別報告的編制。為了更加準確地進行盾構法施工風險識別和控制，需要明確地鐵盾構施工風險的識別內容。首先，要對盾構法的風險和特征進行分析探討，明確相關施工風險因素類型，確定風險控制的目標。然后合理規劃設計施工流程，對參與施工過程中的各個方面進行討論，找出施工各個環節的風險因素。其次，還需要做好盾構機械設備、地質環境、施工管理的風險識別工作，嚴格界定風險內涵，在做到風險確認的同時，也需要做好風險排除工作，并考慮風險因素之間的關聯性，保證風險控制的全面性和合理性。

三、復雜地質條件下地鐵盾構隧道的施工要點

1.土壓式平衡盾構機施工技術要點。

（1）模式的選擇。土壓式平衡盾構機有三種模式，包括敞開式、半敞開式和土壓平衡模式。在對掘進模式進行選擇時，我們應該根本地層的不同條件特征來選擇。通常情況下，對全斷面巖層掘進時，我們可選擇敞開式掘進模式，并使用泡沫劑對渣土進行改良；而對于存在軟弱層的復雜地層，則可選擇土壓平衡模式，并采用泡沫和適量的膨潤土對渣土進行改良。采用此種模式時，土倉的壓力不用過于頻繁調節，只要保證土倉壓力略高于掌子面的土壓和水壓力和即可；對于處理砂卵石或者上軟下硬的土層，由于土層比較復雜，則同樣需要采用土壓平衡模式來掘進，因為在這種復雜土層掘進時控制土倉壓力較難，所以掘進時必須認真對待每個環節。

（2）掘進參數的確定。采用土壓式平衡盾構機施工之前，我們應該根據施工現場的不同地質特點和隧道的埋置深度來確定其掘進的主要參數。其中包括對盾構姿態、推力、扭矩、掘進速度以及刀盤轉速等參數的確定，同時還需要根據掘進試驗段的監測情況，對施工現場的參數進行隨時調整。由于采用的是土壓平衡模式，所以需要通過螺旋機的旋轉出土來維持動態平衡，所以在實際施工過程中，我們還需要對螺旋機的轉速和壓力進行有效控制。

（3）盾構機姿態的控制。在復雜地層掘進時，對于盾構機姿態的控制尤其重要，特別是在硬巖地層和土層條件變化較大的地段，對盾構機的姿態糾正難度較大。如果采用調整千斤頂推力來糾正姿態，往往很難得到較好的效果，而且會使刀具的磨損加大，甚至會出現盾構機被卡或者管片錯臺的嚴重后果。所以在這類地層中掘進時，應該嚴格遵守長距離、慢糾偏的原則，避免用力過猛，造成掘進困難。

2.泥水加壓式平衡盾構機施工技術要點。

（1）泥水性能的確定。在對泥水性能進行確定時，首先要確定好泥水的密度，因為在掘進開挖時，泥水可以有效控制開挖面的變形。通常認為泥水的密度可相對高些，最好能夠達到開挖土體的密度。但在實際施工中，泥水密度過大，可能會影響泥漿泵的運轉以及泥水處理困難，所以我們應該結合土層的結構以及設備的運行能力，對泥水密度進行合理確定；含砂量是泥水的又一關鍵性問題，當在強透水性土體中掘進時，泥水的含砂量及砂的最大粒徑，對泥膜形成的快慢會產生直接影響。因此，我們可以選擇含量適中的，粒徑比土體孔隙略大的砂；通常為了保證渣土的長距離輸送要求，可將泥水的流速控制在160-210m/min。

（2）掘進參數的確定。在復雜地層掘進作業時，切口的壓力必須穩定，推力和刀盤的轉速也要保持較低的狀態。我們可通過調整導向油缸長度以及推進壓力，來控制盾構的姿態。當在上軟下硬的土層中掘進時，由于上部砂層的自穩定性較差，需要的切削扭矩就較低，而下部的土層硬度較高，對于刀具的阻力就會很大，尤其是軟硬土層的交界處，刀具的損傷會比較嚴重，所以掘進過程中，為了避免刀具遭受過大的瞬時沖擊荷載，可適當降低刀盤的轉速，提高刀盤的扭矩；如果掘進時速度過快，就會對泥水的輸送能力和泥水的處理能力造成壓力，很容易導致超挖問題的產生。所以在過渡段地層掘進時，為了保證刀具的貫入度和泥水設備的處理能力相互適應，應該盡量將速度控制在15-30mm/min。

（3）盾構姿態的控制。較好的盾構姿態是減少掘進摩阻力和對地層擾動的最有效方法，它能夠提高盾構機的掘進質量。我們可采取在掘進速度滿足要求的情況下，降低盾構推力的方法來控制盾構的姿態。如果出現偏差，糾偏的速度不應該過快，避免形成過大的蛇形開挖面；可通過控制各推進油缸的油壓和調節油缸的行程來控制盾構的姿態；對各組導向油缸的差值進行及時調整，并通過導向油缸的壓力差來對盾構姿態進行控制。

結束語：在地鐵隧道施工過程中應用盾構法施工具有良好的安全性、環保性與便捷性，在當前地鐵工程建設中應用盾構法施工技術已經相當普遍。并且隨著我國地鐵建設工程的快速發展，地鐵盾構施工面臨許多復雜的地質條件，對技術要求也會更高，這要求相關人員對盾構法施工技術不斷改進與完善，促進工程建設行業施工水平提升。