復雜地質條件地鐵盾構施工技術要點及安全影響因素

李躍民

（北京城建軌道交通建設工程有限公司，北京 100088）

1 項目主要特點

1.1 安全性高

當今科學技術、城市軌道交通高速的發展，直接促進了盾構施工技術不斷的優化與完善，地鐵工程盾構施工均是在地下環境進行，盾構施工是半智能、機電一體化、流水線作業，所有的施工人員都是在盾構機內輔助作業，有盾體、土倉、刀盤支撐掌子面的土體壓力。相比傳統的人工開挖、人工支護隧道（暗挖）施工，采用盾構施工技術施工更能保證掌子面的穩定、施工人員的安全，計劃工期目標的實現。

1.2 環境影響程度低

由于地鐵建設工程采用盾構技術施工，均是在地下長距離施工作業，不會在地面沿線大開挖，從而提高地下空間利用率，更不會對城市緊缺的地面空間、交通環境造成較大的壓力。

2 施工技術要點

2.1 盾構機的選型

工程技術人員經過對施工線路的地質詳勘、補勘報告精確分析，從而了解地鐵工程施工線路的地址、水文以及周邊建構筑物情況，為盾構設備的選型以及盾構施工參數選擇提供有力依據，大大提高盾構施工的穩定性和安全性；

2.2 盾構施工環節

在全面開展盾構掘進施工之前，要對盾構設備進行反復試驗和調試并經驗收合格，保障實際所選擇的盾構設備的性能符合施工的各項要求，針對不滿足施工要求的設備參數進行科學的調整處理，從而保障盾構施工的順利進行。技術人員要對盾構施工進行全面詳細安全技術交底之后，再開展盾構掘進施工，并對盾構設備在整個盾構掘進施工過程全面監控，對各種參數詳細記錄和分析，一旦盾構機施工參數出現了異常現象，要分析原因，必要時立即停止施工，排除或糾正異常現象后方可繼續施工，讓盾構設備保持最佳運行狀態，確保成型隧道符合線路設計要求。

2.3 盾構姿態控制

在盾構機進洞之前，技術人員則要根據圖紙設計線路，對盾構機掘進姿態精準定位，盾構機掘進過程中應嚴格控制盾構機掘進姿態，糾偏量每環應不大于3mm，并加強對自動測量控制點的復測，由此保障盾構機在后期施工過程中的精準性。

3 復雜地質條件地鐵盾構施工控制措施

3.1 上軟下硬地層掘進

盾構穿越上軟下硬地層，由于拱部和底部的圍巖強度差異，導致上部軟弱圍巖受到刀具切削比下部較硬圍巖更容易破碎，盾構姿態較難控制，容易產生超排。掘進過程中，保持較高的土壓，平衡外部土體壓力，防止在盾構掘進速度較慢的情況下，拱部土體大量進入土倉，造成地面塌陷。根據盾構機埋深14m情況，土倉壓力保持在1.4～1.6bar。上部較軟弱巖體通過切削即可破碎，下部較硬巖體不容易破碎。掘進過程中，應降低刀盤的轉速，減少軟硬不均的巖體對于刀具的沖擊力，保護刀具。刀盤轉速控制在1.2～1.6r/min。推力不宜過大，保持在1000～1500t。在上軟下硬地層中，土壓的保持尤為重要。由于軟巖部分收到切削容易破碎，為了保護刀具需要降低掘進速度，但掘進速度的降低對于保持軟巖的穩定非常不利，因此要保證掌子面的穩定，需要做到盾構機掘進速度和土倉壓力達到平衡。根據實際情況各參數值可進行適當調節。掘進過程中，向土倉中注入膨潤土或發泡劑，也可以根據情況同時使用膨潤土和發泡劑加強碴土改良，對于軟弱不均地層起到泥膜護壁的作用，對硬巖地層掘進時可以保護刀具，對軟硬不均地層可以增加渣土流塑性防止因掘進速度慢刀盤和土倉溫度高導致刀盤結泥餅。

3.2 全斷面硬巖地層掘進

全斷面硬巖地層掘進，由于巖體的自穩性很好，不需要通過倉內土體來保持掌子面的穩定，可采用半敞開式甚至敞開式掘進，因而土倉內可以保持1/3～2/3的土體，便于開倉檢查刀具的情況。由于掌子面比較均勻，可以適當提高刀盤轉速，通過刀具的滾動產生的沖擊和剪切作用，達到破巖的目的。推力在1400～1800t間調節，刀盤轉速在1.5～1.9r/min。硬巖地層中掘進速度慢，且土倉內碴土量少，不太需要通過控制螺旋機轉速來調節掘進速度，因此螺旋機轉速可在6～10r/min之間調節。可適當加大泡沫劑的用量。泡沫劑和水可以冷卻刀具和碴土，同時又可以改良碴土，使其具有更好的流動性。

3.3 盾構機進出洞環節

盾構機出洞及盾構機接收是指盾構沿設計線路，在貫通前100m時暫停掘進，為盾構機能順利出洞做好準備工作。

3.4 接收段的準備工作

盾構接收前，應對洞口段土體進行加固處理，保障土體自穩性，如果是地下水豐富地層，還應該降水至隧道底部以下1.5m-2m，并驗收合格；如果是在在穩性不好并且地下水豐富，加固并不能滿足接收條件的可以采用鋼套筒接收。防止在盾構機出洞時出現涌水涌沙導致大的塌方及安全事故。

4 結語

綜上所述，科學把控地鐵盾構施工技術要點與安全影響因素，能直接提升地鐵盾構施工的效率與質量，從而增強地鐵工程施工的整體安全性與穩定性，由此才能為地鐵建設事業安全、平穩、快速的發展提供有力保障。