復雜地質條件下城市軌道交通工程盾構施工技術研究

摘" 要：隨著城市化步伐的加快，城市軌道交通系統成為減輕城市交通負擔、增強城市通行能力的關鍵途徑。但在地質條件復雜的區域實施城市軌道交通建設項目時，采用盾構施工法往往會遇到許多難題?；诖?，從盾構施工技術的基礎理論出發，分析復雜地質條件對盾構施工的具體影響，進而探討復雜地質條件下盾構施工的關鍵技術，希望為復雜地質條件下的城市軌道交通工程盾構施工提供了理論支撐和技術指導。

關鍵詞：復雜地質條件" 城市軌道交通"" 盾構機[wl1]"" 盾構施工技術

中圖分類號：U239.5

Research on Shield Tunneling Construction Technology of Urban Rail Transit Engineering Under Complex Geological Conditions

LIN Gan

Fujian Chuanzheng CommunicationsShipbuilding and Transportation Vocational College， Fuzhou， Fujian Province， 350007 China

Abstract： With the acceleration of urbanization， urban rail transit system has become a key way to reduce the burden of urban transportationtraffic and enhance the capacity of urban traffic. However， when implementing the urban rail transit construction project in the area with complex geological conditions， the use of shield tunneling construction method often meets many problems. Based on this， this paper starts from the basic theory of shield tunneling construction technology， analyzes the specific impact of complex geological conditions on shield tunneling construction， and then discusses the key technologies of shield tunneling construction under complex geological conditions， hoping to provide theoretical support and technical guidance for shield tunneling construction of urban rail transit engineering under complex geological conditions.

Key Wwords： Complex geological conditions; Urban rail transit; Shield machine; Shield construction technology

鑒于城市化進程的不斷加快，城市軌道交通工程已成為現代城市發展的重要組成部分，對于提升城市交通容量、改善居民出行環境具有不可替代的作用。但在復雜地質條件下進行軌道交通建設，盾構施工技術面臨著前所未有的挑戰。復雜的地質構造、多變的地下水位以及潛在的不良地質現象，如斷層、巖溶、軟土等，都可能對盾構施工造成嚴重影響，甚至引發安全事故。因此，深入研究復雜地質條件下盾構施工的關鍵技術，提升施工的安全性和效率，已成為當前亟待解決的問題。

1" 盾構施工技術基礎理論

盾構施工技術是在地面下暗挖隧洞的一種施工方法，它使用地鐵盾構機在地下掘進，同時在機內安全地進行隧洞的開挖和襯砌作業。盾構機是一種隧道掘進的專用工程機械，集光、機、電、液、傳感、信息技術于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能^[1]。它涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，并且需要根據不同地質條件進行定制化設計制造，可靠性要求極高。盾構機的基本工作原理可以概括為：一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線，邊向前推進，邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行^[1]。

2" 盾構機的類型與選擇依據

在復雜多變的地質環境中進行城市軌道交通工程建設，盾構施工技術的運用顯得尤為重要，而盾構機的類型選擇與配置則是技術實施的核心環節。盾構機作為隧道掘進的主力軍，其類型主要歸納為兩大類：土壓平衡盾構與泥水平衡盾構，兩者各具特色，適用于不同的地質條件。

2.1" 土壓平衡盾構機

土壓平衡盾構機[wl2]"，設計精巧，以其精密的土壓控制系統，維持開挖面與土倉內的壓力平衡，有效應對黏性土、粉質土等地質狀況。該系統能夠靈活調整土倉內的土壓力，以抵消開挖面前方的水土壓力，確保隧道掘進過程中的穩定性。此外，土壓平衡盾構機[wl3]"在掘進過程中，能夠實現對挖掘土體的即時處理與利用，減少了廢土排放，提升了施工效率與環保性。

2.2" 泥水平衡盾構機

泥水平衡盾構機則更擅長于處理高水壓、高滲透性地層，如砂層、卵石層及富含地下水的地層。它利用泥漿循環系統，通過調節泥漿的壓力與流量，形成一道穩定的泥漿護壁，有效隔絕地下水，保持開挖面的穩定。泥水平衡盾構的顯著優勢在于其對復雜地質條件的強適應性，尤其是在穿越江河、湖泊等水域下方時，能夠確保施工安全，減少地層擾動，保護周邊環境。

在選擇盾構機類型時，需要綜合考慮工程地質勘察報告，分析地層結構、土質特性、地下水位、隧道埋深、周邊環境敏感性、工期成本等因素。既要確保盾構機能夠高效、穩定地完成隧道掘進任務，又要兼顧施工安全性與經濟合理性，力求在技術先進性與實際可行性之間找到最佳平衡點^[2]。

3" 復雜地質條件下盾構施工的關鍵技術

3.1" 盾構始發與接收技術

在復雜地質條件下，盾構始發與接收技術是盾構施工中的兩大核心挑戰，它們不僅關乎整個施工過程的順利進行，更是確保工程安全與質量的關鍵環節。盾構始發，即盾構機從起始工作井（通常稱為始發井）開始進入地下掘進的狀態，而盾構接收則是盾構機在完成隧道掘進后，安全、準確地進入接收工作井（接收井）的過程。該兩項技術均需要在充分考慮地質條件復雜性的基礎上進行精細化的設計與施工控制。

3.1.1" 盾構始發技術[wl4]

盾構始發技術是對始發井周圍地層進行有效的加固處理。復雜地質條件下，地層可能涵蓋軟弱土層、砂層、卵石層、巖層等多種類型，并且往往伴隨著地下水的影響。因此，必須根據具體的地質勘察結果，采用注漿、旋噴樁、SMW工法（水泥土攪拌墻）等手段對地層進行預加固，以提高地層的承載力和穩定性，確保盾構機始發時不會因地層失穩而導致塌方或沉降。同時，在洞門破除與盾構機姿態控制中，洞門破除須精確控制破除范圍與深度，避免對周圍地層造成不必要的擾動。盾構機在始發初期，其姿態控制尤為重要，需要運用精密的測量與導向系統，實時監測盾構機的位置、姿態與掘進方向，確保盾構機能夠按照設計線路平穩推進；操作人員應具備豐富的經驗與高超的技能，也需要盾構機具備良好的操控性與穩定性。

3.1.2" 盾構接收

在接收井附近，地層加固以確保接收過程中地層不會發生坍塌或過大變形。接收前，須對接收井進行詳細的測量與定位，確保盾構機能夠準確對位。接收過程中，須嚴格控制盾構機的掘進速度與推力，避免對接收井結構造成沖擊或破壞^[3]。與此同時，還需密切關注地下水的動態變化，采取有效措施防止地下水涌入接收井，確保施工安全。

此外，盾構始發與接收過程中，還需要考慮盾構機的密封性與防水性。復雜地質條件下，地下水往往成為施工中的一大難題。盾構機在設計時，就須充分考慮其密封性能，確保在掘進過程中能夠有效阻擋地下水。在施工過程中，也須定期對盾構機進行密封性檢查與維護，確保其始終處于良好的工作狀態。

3.2" 盾構掘進控制技術[wl5]

在復雜地質條件下，盾構掘進控制技術是確保隧道施工安全、高效進行的核心技術之一。盾構掘進控制不僅關乎掘進效率，更直接關系到隧道結構的穩定性和周邊環境的保護。因此，在復雜多變的地質環境中，精準而靈活的掘進控制技術顯得尤為重要。

盾構掘進控制技術的核心在于對掘進參數的科學設定與實時調整，此參數涵蓋掘進速度、刀盤轉速、推力、扭矩、土倉壓力等。在復雜地質條件下，如遇到軟硬不均的地層、斷層帶、巖溶發育區或高水壓地層，掘進參數的選擇須尤為謹慎。過高的掘進速度或推力可能導致地層擾動過大，引發地表沉降或隧道結構受損；而過低的參數設置則會降低施工效率，增加工程成本。

為了實現掘進過程的精準控制，現代盾構機普遍配備了先進的自動化與智能化系統。這些系統通過集成傳感器、控制器和執行機構，能夠實時監測掘進過程中的各項參數，并根據地質條件的變化自動調整掘進策略。例如：運用激光導向系統，可以精確測量盾構機的位置和姿態，確保隧道沿設計線路掘進；而土壓平衡控制系統則能夠根據土倉內的壓力變化，自動調節掘進速度和排土量，維持開挖面的穩定。

此外，盾構掘進控制技術還涉及對掘進過程中產生的渣土的有效管理。在復雜地質條件下，渣土的性狀（如粒度分布、含水量、黏性等）可能隨地層變化而大幅度波動，這對渣土的輸送、處理和排放都提出了更高要求。因此，需要采用先進的渣土處理技術和設備，如渣土改良系統、高效螺旋輸送機等，以確保渣土的順暢排放和隧道的連續掘進。

盾構掘進控制技術還與施工人員的專業技能和經驗密切相關。盡管現代盾構機已經實現了高度自動化和智能化，但施工人員的判斷力和應急處理能力仍然是不可或缺的。在面對突發情況時，如地層塌方、地下水突涌等，施工人員需要迅速做出反應，調整掘進參數或采取緊急措施，以確保施工安全。

3.3" 盾構襯砌與注漿技術

在復雜地質條件下進行盾構施工時，盾構襯砌與注漿技術是確保隧道結構穩定性和耐久性的關鍵環節，此技術不僅關乎隧道本身的安全，還直接影響到周邊環境的保護和長期運營效果。

3.3.1" 盾構襯砌技術

盾構襯砌技術[wl6]"是在盾構掘進后，及時在隧道內壁安裝預制管片，形成連續的襯砌結構。在復雜地質條件下，如遇到軟弱地層、高水壓或不良地質現象，襯砌結構的強度和穩定性尤為重要。因此，襯砌管片的設計須充分考慮地質條件、隧道直徑、埋深、外部荷載等因素，確保管片具有足夠的承載力、抗滲性和耐久性^[4]。為了實現襯砌管片的有效安裝，盾構機通常配備有精確的管片拼裝系統。該系統能夠確保管片在拼裝過程中保持正確的位置和姿態，避免出現錯位、偏斜或破損等問題。同時，襯砌管片之間的接縫處理也至關重要，須采用高質量的防水材料，并進行嚴格的密封處理，以防止地下水滲漏和地層沉降。

3.3.2" 注漿技術

注漿技術主要是在襯砌管片安裝完成后，運用管片背后的注漿孔，向隧道周圍地層注入特定的注漿材料，以填充地層空隙、加固地層結構，并減少地層沉降。在復雜地質條件下，注漿材料的選擇和注漿工藝的設計都應特別謹慎。例如：對于軟弱地層，須選擇具有較好流動性和固化性能的注漿材料，以確保注漿效果；而對于高水壓地層，則應考慮注漿材料的抗滲性和穩定性，避免注漿過程中出現漿液流失或地層擾動。注漿技術的實施還要注意注漿壓力和注漿量的控制。過高的注漿壓力可能導致地層劈裂或管片上浮，而過低的注漿壓力則無法有效填充地層空隙。同樣，注漿量的不足會導致地層加固效果不佳，而過量的注漿則可能造成資源浪費和地層隆起。因此，在施工過程中，需要運用實時監測和數據分析，不斷調整注漿參數，確保注漿效果達到最佳。

3.4" 盾構施工中的監測與信息化技術[wl7]

在復雜地質條件下進行盾構施工，監測與信息化技術不僅為施工過程提供了實時、準確的數據支持，還極大地提升了施工的安全性、效率和質量。盾構施工中的監測與信息化技術，是一個融合了傳感器技術、數據傳輸技術、數據分析與處理技術、可視化展示技術的綜合體系。

在復雜地質環境中，盾構施工面臨著諸多未知和不確定因素。地層的變化、地下水的流動、盾構機的姿態與位置、周邊環境的響應等，都是施工過程中需要密切關注的關鍵信息。為了獲取這些信息，監測技術在盾構機、隧道結構、周邊環境、地層中布置各類傳感器，可以實時監測到施工過程中的各種物理量，如位移、應力、壓力、溫度、濕度等，為施工人員提供了第一手的資料，幫助他們及時了解施工狀態，發現潛在問題，并做出相應的調整。

但僅僅獲取監測數據并不足以完全應對復雜地質條件下的盾構施工挑戰。數據的傳輸、分析與處理同樣重要。現代信息化技術運用構建高效的數據傳輸網絡，確保監測數據能夠實時、準確地傳輸到數據分析中心。強大的數據分析與處理軟件能夠對海量數據進行快速處理，提取出有價值的信息，并運用可視化技術呈現出來。此外，監測與信息化技術還為盾構施工的安全管理提供了有力支持。對監測數據的實時分析，可以及時發現施工中的安全隱患，如地層沉降、隧道結構變形、盾構機故障等。一旦發現問題，系統可以立即發出警報，提醒施工人員采取相應措施進行處理^[5]。

4" 結語

綜上所述，復雜地質條件下的盾構施工技術是一項極具挑戰性的工程任務。通過深入研究盾構始發與接收、掘進控制、襯砌與注漿、監測與信息化等關鍵技術，不僅能夠提升施工的安全性和效率，還能夠確保隧道結構的穩定性和周邊環境的保護。隨著技術的不斷進步和經驗的積累，能夠克服更多地質難題，推動城市軌道交通事業的持續發展，為城市化進程提供更加堅實的技術支撐。

參考文獻

[1]劉翌晨.復雜地質條件下城市軌道交通工程盾構施工技術研究[J].產業創新研究，2024（16）：139-141.

[2]陳艷艷，王彩虹，楊茜茜.城市軌道交通工程電子文件歸檔研究[J].中國檔案，2024（6）：62-63.

[3]吳自強.城市軌道交通工程施工技術及管理要點研究[J].中國儲運，2024（10）：140-141.

[4]譚曉偉，楊興，馬壯林，等.不同類型的城市軌道交通車站客流時空分布特征[J].長安大學學報（自然科學版），2024，44（1）：129-140.

[5]劉暢，張超超.城市軌道交通工程施工技術和管理措施探討[J].建材發展導向，2024，22（7）：108-111.