长距离硬岩地层的盾构隧道施工技术探析

赵武强　贾进博　查庆

摘要：随着社会经济建设的不断发展与进步，我国交通运输业有了良好的发展空间，同时不断增多的车流量也给城市的交通带来了巨大的压力，特别是地面交通已经无法满足人们的需求，因此地铁的发展成为了人们关注的重点。文章对长距离硬岩地层的盾构隧道施工技术进行了研究，以期供读者参考借鉴。

关键词：长距离；硬岩地层；盾构法；隧道施工技术；交通运输业 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2015）31-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.052

1 概述

为了分析长距离硬岩地层的盾构隧道施工技术，本文以某长距离硬岩地层隧道施工为例，研究盾构隧道施工技术的应用。工程全长为11927米，隧道建设所要穿越的地层地质主要为粉质黏土、全风化的花岗片麻岩、强风化的花岗片麻岩、中等风化的花岗片麻岩、微风花的花岗片麻岩以及碎石土，其中全风化和中等风化的花岗片麻岩最多，在实际的施工中，发现存在抗压强度是137MPa的岩石，地层地质较为复杂，因此对于盾构机的刀盘与刀具要求较高，合理地选择适合的刀盘、刀具有利于提高工程的掘进速度，对促进工程高效率完工具有积极的作用。

2 盾构机的选择

2.1 盾构机的构成

主机以及配套设备为盾构机的构成，其中主机主要包含刀盘及其驱动、推进系统、盾体、输送机、控制室以及管片拼装机，而配套设备主要包含渣土改良、出渣、同步注浆、管片输送、控制、液压、供电、压缩空气、连续皮带输送、通风以及水循环等系统。本文选择的盾构机总长为375米（含加利福尼亚道岔），刀盘的开挖为5750毫米，开口率为28%。

2.2 刀盘

本文选择的刀盘钢结构原料主要是铸钢（Q345R），结构是面板式的焊接结构，刀盘上已经安装好各类型的刀座，刀盘与主驱动之间的连接主要是通过中心铸钢件的法兰盘（扭力臂式）来进行连接，以便于传递推力及扭矩，让正反方向的旋转切割效果一致。刀盘的开口槽为沿着刀盘十字线分布的开口槽，有8个长条扇形的孔，开口槽壁板和刀盘钢板呈后扩张八字状，以便于泥土能顺利进入到土仓中，促进掘进的效率，开口槽最大宽度是200毫米，渣土先是由开口槽直接进入到土仓之后再经过螺旋输送机送出。根据工程硬岩特性，刀盘在容易出现磨损部位焊接了较多的网格状耐磨合金颗粒，且刀盘的圆周上也安置了耐磨的合金环，提高其耐磨性与使用寿命，促进掘进效率的

发展。

2.3 刀具

根据刀盘不同区域的特点和各种刀具（例如齿刀、滚刀和刮刀）对土层的作用，结合工程施工的地质后，选择的刀具布置为：在刀盘的中间区域设置4个双刃的滚刀、32个单刃的滚刀、16个边缘滚刀以及64个齿刀，其中滚刀比刀盘的面板高175毫米，齿刀和刮刀比刀盘的面板高140毫米。由于滚刀比齿刀和刮刀高35厘米，在进行掘进的时候能有效保护齿刀和刮刀不会被磨损损坏，滚刀通过滚压作用来破开岩石，刮刀松动和切割开挖面，边缘刮刀矫正隧道的开挖圆周，保证工程掘进严格依照施工设计进行，提高施工效率。

3 盾构掘进

3.1 掘进参数控制

由于在硬岩中施工不仅需要盾构掘进拥有较大的推力，而且硬岩施工还会磨损刀具，让管片错台破损更为严重，因此必须要对掘进的参数进行控制，以利于推动长距离硬岩地层的盾构隧道施工顺利实施。以下为掘进参数的具体控制方法：（1）如果硬岩底层较为稳定，则掘进方式可以选择为敞开式施工，以降低推力的消耗，增大盾构机的作用力，让刀具的破岩更为顺利；（2）为了保证掘进效果，施工人员应该尽可能提高刀盘转速，在掘进时可以设置转速为1.8～20r/min，以降低刀盘扭矩；（3）在实际的掘进中，施工人员应该严格控制盾构掘进速度，最大可能地降低刀具的磨损情况，通常控制为30mm/min最宜，同时施工人员还应该根据掘进参数调整掘进速度，保证掘进的高效完工；（4）对于掘进的推力可以设置为9000～15000kN，而刀盘的扭矩可以设置为20000～30000kN·m。

3.2 掘进控制

长距离硬岩地层的盾构隧道施工掘进控制主要为：（1）在实际的施工中，发现工程硬岩岩渣流塑性较差，需要调整泡沫剂用量以改善其岩渣的流塑性，以便螺旋机出土能更顺畅，形成土塞效应以控制土仓的压力；（2）在掘进时，由于围岩对盾构机影响较大，容易使得盾构机自转及震动较大，因此在施工时应该注意盾构掘进的姿态，在改变其姿态的时候应该尽量保证平稳过度，避免磨损刀具，影响管片的拼装有效性，同时，对于盾构机自转偏离情况可以利用反转刀盘的方式调整滚动角来实现。由于工程施工的围岩强度较高，刀具在进行挤压和切削岩体的时候，会释放出较多的热量，致使刀具自身的温度上升，加剧刀具的磨损，降低其使用寿命，同时，刀具的温度上升还会使得土仓的温度增加，甚至达到80℃左右，在这种情况下，隧道建设的温度会高达40℃，不仅容易影响硬岩地层盾构掘进的有效进行，严重时还会危及到施工人员的生命财产安全。因此，对于刀具的使用可以通过加入泡沫剂来降低其温度上升的情况，改善土壤质量，减少刀具和围岩之间的摩擦，如果施工现场的环境温度存在上升情况，则施工人员可以利用冷却的循环水系统降温，确保施工环境处于正常温度下，保障工程施工的有效进行。

3.3 注浆

由于在硬岩地层进行盾构掘进会使得围岩收敛减少，管片壁与围岩之间存在一定的空隙，在这情况下如果不及时填充空隙，将会导致管片在千斤顶影响下出现上移，在实施掘进过程中，管片会出现较为剧烈的晃动情况，不仅会影响到管片拼装质量，出现渗水、错台和破损等情况，严重时甚至会影响工程质量，因此有效的注浆方式十分重要。

有效的同步注浆方法能有效改善管片拼装质量问题，所以施工人员在进行同步注浆的时候，应该根据掘进的实际速度来控制注浆的速度，依照地层的埋深情况来调整好注浆的压力，以控制注浆量。保证注浆的浆液能在管片和围岩之间填充紧密，让浆液能在管片与围岩之间形成填充层，保证管片拼装后的成型并形成隧道的防水层，避免出现渗水的情况。由于工程属于硬岩地层，因此在浆液的调配上应该加大水泥用量，让浆液能尽早凝结。如果在进行注浆的时候出现注浆不充分、浆液没有完全填充、注浆参数设置并不合理等情况，则应该及时地实施二次注浆，防止出现地面沉降问题。

4 结语

地铁具有节省土地、噪音少、干扰少、污染低、节约能源的优势，而且出行便利，作为出行工具已逐渐被人们所认可，因此近年来地铁隧道的相关工程不断增多，工程所涉及到的地形地势也逐渐复杂起来，传统的成洞方法如矿山法已经无法满足地铁隧道的成洞要求，特别是长距离的硬岩地层隧道建设更是有着较多的弊端，所以本文以某长距离硬岩地层隧道施工为例，从盾构机的选择到盾构掘进施工具体控制，浅析盾构法施工技术的实际应用，以期解决长距离硬岩地层隧道施工困难的现状，推动长距离硬岩地层盾构隧道建设的发展。

参考文献

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[2] 周诗俊，王金安.曲线隧道盾构引起地表沉降分析

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（责任编辑：黄银芳）endprint