复杂地质条件下地铁施工技术要点

2019-02-20李季

城市建设理论研究（电子版） 2019年5期

李季

济南轨道交通集团建设投资有限公司山东济南 250000

如今，地铁成为城市最热门的公共出行方式，不仅方便快捷，避免地面交通拥堵，还适应现阶段绿色出行要求，受到城市居民的青睐。但地铁是一个极为庞大的工程，施工过程极其复杂，施工中会受到地质、环境等各方面因素的影响，尤其是当地质条件较为复杂时，技术、成本、工期都会受到影响。因此，必须重视复杂地质段的施工，根据所用施工技术，结合不同的地质地层情况，探究有效处理方法和技术要点，以保证施工顺利完成。

1 工程概况

某轨道交通8#线是全市规划线网主要组成部分，其一期工程总长约30.25km，共24站，站间距最大、最小分别为3.84km和0.62km。在整个区间长度内，本工程地质条件较为复杂，为保证施工安全和质量，需采用多种施工方法，包括明挖法、盾构法、矿山法等。其中盾构法施工长度最大，为11.22km，共配备14台盾构机。现围绕本工程实际情况，对其盾构施工要点进行进入分析。

2 施工要点

在本次盾构施工中，主要经过三个复杂地质段，即上软下硬段、局部硬岩段和含孤石段。

对不同的复杂地质段，提出以下施工要点及辅助措施。

2.1 上软下硬段

（1）掘进参数

①对上软下硬段进行掘进时，对掌子面实施切削就能使软岩剥落，然而，硬岩会对盾构的刀具造成很大磨损，因此要减慢转速，避免刀具受到太大瞬时冲击。基于此，本工程对刀盘转速按1.0-1.2r/min严格控制。

②因软岩易产生坍塌，但硬岩却很难破碎，所以为了避免刀具损坏，应减慢掘进的速度，而这样会影响软岩自身稳定性，需使掌子面保持稳定，提高土压。土仓压力要以地层的特性为依据，结合覆土厚度通过计算确定。

③刀盘的扭矩严格按10-13MPa进行控制；盾构掘进速度按3-5mm/min严格控制；而推力则需按10000-18000kN严格控制[2]。

④为使土仓压力处理平衡状态，应对输送机实际出渣速度进行控制，一般以3-8r/min为宜。

（2）辅助措施

①因岩面的软硬程度不均，会与刀具产生碰撞，使刀盘产生震动。对此，操作人员应认真观察刀盘实际情况，听取声音，确定刀盘扭矩是否正常，以免刀盘发生卡阻。

②若刀盘扭矩明显变小，或渣土的温度升高，则说明刀具的磨损十分严重，此时要对刀具进行认真检查与更换。

③做好渣土改良，在加泡沫过程中，向仓内加注泥浆，这样能对软弱地层进行保护，避免产生坍塌。

2.2 局部硬岩段

（1）掘进参数

①刀盘转速按1.5-1.7r/min控制，当刀具旋转一圈时，其贯入量应达到5-10mm；对于掘进速度，按7.5-17mm/min严格控制[3]。

②在硬岩段，掌子面相对稳定，能在土压相对较低时掘进。如果地层中有很大的含水量，则可提高一定上部土压，至于提高多少，需根据覆土厚度合理确定。

③刀盘扭矩按17-19MPa控制，推力按14000-17000kN控制。

④一般硬岩段的掘进速度都很慢，而且渣土量也不多，在这种情况下，将输送机实际转速控制在6-10r/min范围内即可。

（2）辅助措施

①采用注入泡沫的方式除了能对刀具予以冷却，还能提高渣土自身流动性，对于泡沫的用量，以35L/m为宜，具体根据渣土实际情况调整或加水。

②因硬岩段的断面比较光滑和完整，在同步注浆后，浆液达到初凝之前，管片将受到一定浮力，可能大于其重力，导致上浮后。对此，掘进中应调低竖向姿态，以此抵消上浮力。注浆时所用浆液的初凝时间应控制在不超过8h，按照10环管片的间隔加注双液浆。另外，还应做好人工测量，实时掌握盾构及管片所处姿态[4]。

2.3 含孤石段

对该段进行掘进时，会对刀盘刀具造成很大磨损，严重时将使刀盘磨穿，导致地表坍塌。对此，应在了解孤石实际分布情况的基础上，制定有效处理措施。

（1）切削孤石时，应减慢转速，提高推力，并通过正转和反转变换来保证切削效果，刀盘扭矩在切削时产生的变化不能超过10%。

（2）向土仓与刀盘中尽量多的注入泡沫，冷却刀盘刀具，避免损坏。

如果采取以上措施依然无法破碎孤石，则可进行带压处理。待人员进入到土仓内后，采用液压锤实施处理。若没有带压进仓的基础条件，或存在大量的孤石，则可在地面对地层实施加固，确认掌子面保持稳定后，开始进仓处理。对于加固的方式，需要对地质等进行综合考虑，以保证所选方式的合理性与可行性。

确定孤石所处位置后，利用钻机在地面上进行冲孔破碎，这是最简便和有效的方式。但如果孤石的体积极大，其它方式均没有效果，则可在地面设置竖井来破碎。虽然这样有效，但会增加成本，只有在必须情况下才使用。

（3）深孔爆破：它指的是孔深超过5m的钻孔爆破，以孤石实际情况为依据，对钻孔的深度、直径与装药量进行确定。对炮眼之间的距离与装药量进行调整能实现对爆破后产生的石块规格控制，一般石块单边长度应小于300mm，为出渣提供方便。爆孔的直径通常为110mm，排距与孔距都按800mm控制。钻孔中的雷管主要为毫秒导爆管，雷管为瞬发电雷管，乳化炸药，药卷规格60mm。盾构到达地层中存在的孤石之前，采用这一技术方法能对孤石进行有消处理。使盾构顺利从这一段落通过。