地铁盾构施工中存在的问题及对策

2020-03-08赵晓岩

工程技术研究 2020年3期

赵晓岩

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京 211899）

在城市交通运营中，由于人口的稳定增长，城市变得越来越拥挤，为了减少城市交通问题，许多城市开始建设地铁项目。在地铁的建造过程中，盾构施工方法是该过程中非常重要的部分，但是由于各种因素，地铁的盾构的建造也存在许多风险。通过加强管理和控制与地铁盾构施工方法有关的风险，可以让地铁盾构施工方法的安全水平得到提高，确保项目的顺利进行[1]。

1 地铁盾构施工技术的应用

1.1 准备阶段

准备阶段最重要的技术工作是盾构出洞。在此环节上需要完成的工作包括三个方面：首先，安排好盾构出洞的前后的设备和材料，并仔细检查盾构出洞的条件是否符合工业和劳工标准，确保员工熟悉工艺流程和技术。为了避免建筑物和地下管道受到地铁建设的影响，必须加强盾构出洞周围的地面加固与防护工作，以便可以在安全可靠的环境中进行盾构出洞，并为将来的工作奠定坚实的基础。其次，确定盾构出洞的基座。基座的精准定位决定了盾构出洞的初始位置，因此，在盾构出洞之前，必须将盾构准确放置在初始基座上，该初始基座对应于结构的轴线，位于底层的施工人员可以沿规划轴工作。最后，设备的验收，即验证盾构出洞的两个主要设备——盾构机和辅助设备[2]。

1.2 掘进阶段

地下盾构的掘进阶段分为两个方面：测试挖掘和正式挖掘。测试挖掘旨在确定正式挖掘的最佳设计参数。首先，假设工作人员根据施工计划和施工要点分析了1000 条隧道的参考数据，由此确定正式开挖过程中工程表层的最佳施工参数。基于此，工作人员使用计算技术调整盾构机的参数，包括控制盾构机的速度、移动方向和刀头的速度。此外，在正式开挖过程中进行监视非常重要，人员应仔细监视盾构机的运行情况以及周围土壤层的环境状况，并制定预定的解决方案，以便在出现故障时可以灵活地进行处理。

1.3 封闭洞口

必须关闭洞口，这对于防止背衬注浆泄漏是必要的。如果在隧道洞口周围进行施工，则必须分为以下两个阶段：（1）预先填埋初始洞口。需要注意的是，所有预埋件必须根据地铁站的结构钢筋的连接状态进行固定。（2）为了准备初始盾构工作，必须首先清洁保留在隧道入口处的渣土，并在此基础上进行洞口封闭[3]。

1.4 安装洞口初始轨道

破除施工完成后，应严格控制盾构初端与周围岩洞之间的距离，并保持一定距离，以为割头提供良好的工作环境，避免盾构“低头”现象出现在盾构上。导轨必须安装在初始洞中，这是确保初始盾构稳定性的必要基础。在安装初始轨道时，请确保导轨末端有可用空间，以使初始导轨不会干扰切割头的正常运行[4]。

1.5 盾构机进出洞技术

地铁盾构机掘进的基本原理是圆柱体的钢构件沿着土方工程隧道的预制轴连续运动。圆柱形组件的外壳是一个防护罩，可承受周围土壤层的压力和低水压，并在一定程度上阻挡外壳外部的地下水。同时，它在挖洞中扮演临时角色，但在铺砌的隧道中起支撑作用。由此可见，盾构机进出洞技术对于隧道挖掘非常重要。为确保轴误差在指定范围内，应按计划进行施工并减少成本，施工团队和技术检查专家密切合作以完成适当的项目并彻底检查盾构机的施工路线。在盾构机的施工过程中，沿着发射底轨的轨道向前移动，设备外壳完全切入隧道，以减少暴露于地面的时间。盾构机出洞必须事先检查隧道条件，并根据周围的土壤和环境特性预先设定最合适的出洞方法[5]。

2 地铁盾构建设中存在的问题

2.1 土壤沉降

开挖过程中暴露的土壤可能导致沉降。通常，挖掘一环中的出土量是固定的并且不会改变，但是松动系数会根据层的不同而变化，如果在挖掘过程中发生过大的行程而出土量太大，则会导致在表面上形成不同厚度的沉积物。通常，在面对衬砌环壁后，应同步灌浆以控制表面沉降。然而，如果在开挖期间的出土量太大而灌浆太小，则不能及时有效地控制地面的沉陷。灌浆量太大也会导致地面凸起。

2.2 在盾构施工中的盾构尾部泄漏

盾构尾部泄漏的原因：（1）盾构尾部刷和盾构尾部油脂分开，导致盾构尾部刷失效，从而影响其性能。（2）盾构尾部油脂注射质量差。（3）管片组装完成后，缺乏有效的润滑可能会给盾构尾部带来潜在危害。同时，施工时的注射压力过高，盾构尾部刷的性能降低，这也造成了污泥泄漏的问题。

2.3 盾构施工中穿过河流的危险

在修建地铁的过程中，地铁有时会穿过河流所在的区域。如果在河边进行盾构施工，河床的结构将不稳定。与其他土壤结构相比，河流结构距离盾构施工环境距离也将更短。由于向上压缩力的影响，在盾构施工过程中，河床的基本结构和拱形地面结构的位置可能会出现问题。为了防止河流进入隧道，施工人员必须填充水泥结构，如果不使用该技术对结构下层进行预处理，河水很容易倒入隧道，从而造成严重破坏，造成安全事故[6]。

2.4 建筑物和地下管线的风险

在地铁盾构施工期间，盾构机是最常用的建筑设备。在盾构机上连续进行挖掘作业时，由于刀头的切割，下层结构的切割力发生变化，因此如果土层结构的内部张力不能很好地适应，那么一旦应力导致结构变化，就很容易破坏土层结构的稳定性，从而导致不均匀沉降。如果更严重的话，还很容易破坏土壤的结构带。同时，建筑物和地下管线、周围的土壤层会形成一个有机的整体，如果负载发生变化，两个结构也会受到严重损坏。这时，如果无法正确控制它们，建筑物的管道和结构就可能直接破碎，出现受力不平衡的情况。

2.5 开挖面的失稳

开挖表面的不稳定性是由开挖前遇到的流沙或管涌，盾构机的跌落和突然下降以及表层出现空洞引起的，其容易导致盾构机偏移轴线和沉降，出现隧道的滑坡和冒顶问题。当盾构机向前移动时，会出现导致冒顶问题的原因是超浅的覆土的出现。另外，随着盾构机的前进，如果突然遇到涌水，就有可能在盾构机前造成大规模破坏。

3 解决地铁盾构施工的建设问题

3.1 地表沉降的解决方案

（1）根据特定地层检查泥浆的压力和质量，并增加泥浆的压力，使其始终与施工坑道中的地下水压力匹配，并检查出土量。（2）根据层数的不同选择混合比例，调整固化时间，并采用同步压缩方式，使浆液及时填满盾构尾部的缝隙，以弥补盾构施工造成的水土流失，确保充分的压力并增加注射次数以控制沉降。（3）施工过程中，应根据实际地质情况和经验对沉降进行监测和控制。将测量点放在隧道的中心线和两侧以测量水位，结果应尽快返馈回现场并进行管理[7]。

3.2 盾构施工中盾构尾部的泄漏解决措施

（1）使用可靠的油脂和油脂泵有效保护盾构尾部刷。（2）仔细监控盾构尾部油脂的注射过程，以确保注射的油量合适且有效。（3）结合现场操作条件，进行纠正工作以落实盾构尾部油脂注射。同时，需要对注入量、压力和盾尾间的距离进行有效控制。

3.3 避免过河的风险的措施

首先，在盾构穿过河流之前，有必要仔细研究盾构通过的层中河流与地下水之间的关系，测量河流中的实际水深，并计算从河底到隧道顶部的掩埋深度数据。其次，为盾构越过河流开发特殊设计，以确保盾构越过河流安全可靠。由于盾构的底部在进入河段之前和之后突然发生覆土变化，因此应基于覆土深度、地质条件以及盾构开挖前的河道条件的变化平衡盾构切口处的压力。

3.4 减少管片上浮的对策

选择浆液时，必须确保浆液的填充性，并且将初始凝固时间以及早期强度有机地结合在一起，以使保护性隧道的各个部分和周围的岩石共同作用，以形成稳定而一体的物体。随着工程地质和水文学以及隧道中沟槽深度的变化，动态调整浆液比以确保管片稳定性[8]。

3.5 预防建筑物和地下管线的风险

首先，在施工开始之前，对建筑物的使用年限、地基的形状以及盾构下穿建筑物的现状进行详细研究。其次，有必要加强观测和测量，并为邻近建筑物和地下管线建立控制点。再次，必须在建筑物和地下管线进入前对盾构机进行全面维修，以确保连续穿越和隧道掘进施工过程中设备无误。最后，执行严格的管线控制和定向，姿态调整不应太大或太频繁以减少偏差校正，位置控制在±4mm，以避免超挖和土壤扰动。