地铁复杂地质条件的盾构施工技术

高广沂

摘要：在我国经济体系越发稳定的今天，国内城市轨道系统的建设速度有不断提高。我国各地几乎都在兴建地铁项目。当然不同的地区有着不同的地层条件、地层环境。众多且复杂的地质问题成为了地铁修建最大的挑战。为了保障地铁项目安全性，就需要合理分析施工现场条件和情况，采取有效的技術，盾构施工是一种很好的方法。当然使用该技术前必须合理、科学的控制盾构机的掘进参数，要按照相应技术流程和规范操作才能够克服不同地质带来的施工负面问题，保障施工进度和施工效果。本文将深入分析地铁复杂地质视角下的盾构施工技术思路，以便为更多业界人士作业提供思路上的支持。

Abstract： With the economic system of China becoming more and more stable， the construction speed of urban rail system has been continuously improved. Subway projects are being built almost all over China. Different areas have different stratigraphic conditions and environments. Many and complex geological problems have become the biggest challenge of subway construction. In order to ensure the safety of subway project， it is necessary to analyze the construction site conditions and adopt effective technology. Shield construction is a good method. Of course， it is necessary to control the tunneling parameters of shield machine reasonably and scientifically before using this technology. Only in accordance with the corresponding technical process and specifications can we overcome the negative construction problems caused by different geological conditions and ensure the construction progress and construction effect. This paper will deeply analyze the shield construction technology under the complex geological perspective of metro， in order to provide the support for more people in the industry.

关键词：地铁项目;复杂地质;盾构施工

Key words： metro project;complex geology;shield construction

中图分类号：U455.43;U231.3                           文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0113-02

0  引言

国内很多城市近些年都在修建地铁项目，尤其是一线、二线城市更是几乎都有地铁工程。在国内地铁数量、地铁规模不断增长的今天人们意识到，不同地区的地质需要用不同的施工思路才能够保障安全。地铁作为现代城市的代表作之一，地铁项目能够有效缓解城市地表交通压力，缓和城市人地矛盾问题。但是与普通工程项目相比较，地铁施工难度要更大，复杂程度要更高，需要投入大量物力、人力和资金。地铁项目本身就是地下工程，施工单位需要在地下环境作业。而面对复杂地质条件，如果缺少合适、合理的施工技术将会遇到很大的施工问题，尤其是质量问题和安全问题。面对这样的背景就需要用到盾构施工方法，提高施工安全性和质量。

1  盾构施工风险分类

1.1 人为风险  因为大部分的时候，盾构施工都发生在地下，所以会受到很多因素影响，比如气候灾害、地质灾害，如果发生了雨雪天气，那么就需要考虑排水的问题。此外不良地质会加剧施工风险，比如坍塌事故[1]。当然大多数情况下，不良地质条件如果可以提前勘探出来并制定对应的处理办法是能够规避自然风险、自然问题的，是消除自然风险隐患的前提工作。

1.2 自然风险  对于地铁盾构作业来说，人为风险同样也是很关键的因素，其指的就是在地铁盾构施工设计环节没有合理的设计方案。并且施工合同、施工技术都有很大问题，欠缺对财务资金的考虑。以上因素带来的隐患和风险影响十分严重。施工前，必须提前做好各种准备工作，并处理掉各种人为风险，保障施工安全且顺利。

1.3 机型选择风险  不同盾构机有着不同的性能，盾构机的合理选择才能够保障施工进度、施工效果。在选择盾构机的时候一定要结合实际情况处理，慎重选择盾构机是保障施工进度、施工质量的关键。盾构机依靠刀盘保障掌子面稳定性[2]。所以刀盘的设计应当充分考虑地质条件、地质状况。刀具、刀盘等很容易磨损，要配备强度足够的刀盘刀具，使用更耐磨的焊接技术处理焊接刀盘的表面。不同刀具的用途不一样，刀具选择中，单刃滚刀、刮刀、宽刃齿刀都是比较常用的。要合理控制刀具高度和间距。盾尾密封方面容易有失效风险的出现，如果发生泥水泄露，工程有可能有沉降问题爆发。所以应选择密封性良好的盾尾油脂，保障稳定性，将其均匀的抹在盾构机的盾尾，发挥密封作用。此外管片和盾尾刷同样也要选择合适的型号，以免盾尾作业中发生挤压、破损现象。

2  盾构施工组织管理

2.1 选择合适的工艺与盾构机  因为地铁工程的主战场就是地下，而地下通常都有非常复杂的地质条件、地质环境。所以为了保障地铁工程作业质量，确保其能够充分满足地铁施工要求，就需要选择合适的盾构机配合着施工。當然在面对复杂地质条件以及广泛施工范围的时候，势必需要考虑到非常多的施工程序。复杂的程序如果有其中一个环节错误，就会影响到施工效果、施工质量[3]。对此需要严格按照规定施工规范与流程作业，保障地铁盾构施工质量和效果。地铁作业中，施工工艺的要求通常都很高。除了要做好地面沉降反应控制以外，还要控制好地面沉降值问题，将其调整和约束在合适范围，确保盾构掘进以及洞内的辅助施工可以同步推进。

2.2 施工准备  复杂地质条件下的盾构施工会遇到很多的风险。为了避免风险影响到施工，引起安全事故，就需要提前做好一系列的准备工作。首先要做的是，提前勘察好施工区域、施工线路的实际状况、地质条件。用勘察的过程了解地质的历史和可能发生的变化。当然天气因素也要考虑在内，要对具体变化做正确反映。示范路段、加固路段要重点勘测，获取准确、详细数据。准确无误且充足可靠的材料是地铁盾构安全施工的关键。要想保障地铁作业顺利进行，能够发挥盾构技术最大价值，施工前应当根据之前获得的数据设计合理、科学方案，做好技术交底。比如穿越铁路施工方案、技术加固思路等等。技术方案应当包括所有可能遇到的风险因素和突发事故。

2.3 掌握盾构机性能  盾构机作业过程中需要用到大量燃油，这些燃油等同于大量成本。如果盾构机长期处于负荷状态操作，那么施工中就会消耗非常恐怖的燃油。基于这样的考虑，盾构机施工人员必须充分了解盾构机性能。在操作盾构机前准备足够的燃料，以免出现燃油不够用的问题[4]。当然这也是保障成本有效控制的关键，是工程安全的前提。

2.4 严格按照方案施工  有资料显示，面对复杂的地质环境，使用盾构施工办法会面临复杂施工工艺条件。这些施工条件、施工技艺之间联系十分密切。假设某个施工环节出现质量不达标的问题，就会影响到工程整体施工质量、施工水平。盾构施工中必须严格按照技术方案展开操作，要确保其充分满足施工规定、施工要求，做好工程质量管理、质量控制。地铁隧道中心线需要有合理的控制手段，避免施工安全问题发生。拼装盾尾以及管片选择的时候，应着重考虑质量问题，确保盾构机能够稳定生产、安全作业。

3  盾构法在复杂地质中的应用

3.1 土压平衡盾构技术  第一步选择合适的模式。土压式平衡盾构机总共有三种生产模式，分别是敞开式模式、半敞开式模式、土压平衡模式。在选择掘进模式的时候，应当结合地层实际条件、表现的特征抉择。一般来说，全断面岩层的掘进需要用敞开式模式。要利用泡沫剂改良渣土。软弱层复杂地层要应用土压平衡这种施工模式，依靠适量膨润土、泡沫改良渣土。这种模式的使用，不可以频繁的调节土仓压力。只要土仓压力比掌子面水压、土压大一些即可。上软下硬类土层以及砂卵石土层的结构要更加复杂，当然这两种类型的土层也可以使用土压平衡这种掘进模式。这种复杂类型的土层在掘进中，土仓压力控制比较难，施工人员必须认真且严肃的对待每一个细节。

第二步明确掘进参数。在使用土压平衡盾构机前，施工方需要根据施工现场的地质条件以及隧道埋置深度确定掘进参数。这里的参数包括刀盘转速、掘进速度、扭矩、推力、盾构姿态等等。此外还要做好试验段监测工作，按照试验段监测反馈的数据随时调整施工现场参数。因为施工中用到是土压平衡模式，故要用到螺旋机旋转保障土层动态平衡。施工中要合理控制螺旋机的压力和转速，保障生产有序性。

第三步合理控制盾构机姿态。复杂地层的掘进工作需要重点关注盾构机姿态控制要求。尤其是面对土层变化大的地段以及硬岩石层，通常很难轻易地纠正盾构机姿态。根据实践经验，千斤顶是纠正姿态的很好方法，往往能够取得不错效果。当然千斤顶会加剧刀具磨损程度，甚至有可能引发管片错台、盾构机被卡一类的事故。这类地层施工需要遵循慢纠偏、长距离原则。不可以用力过度否则会加剧施工难度。

第四步确定同步注浆参数。大多数情况下管片和刀盘有着明显的外径不同。而这种现象会导致拼装好的管片壁厚和围岩之间有时会出现一定缝隙。如果没有及时注浆回填，那么在千斤顶的作用下，管片就会上下浮。对此，复杂地层在掘进中需要做好注浆压力、注浆速度、注浆量控制。以此规避管片的上浮问题。此外浆液在管片、围岩之间往往能够形成厚实防水层。同步注浆中，浆液质量是需要加强管理的。

3.2 泥水加压平衡技术  第一步确定泥水性能。确定泥水性能的过程中，最重要的就是确定泥水密度。掘进作业中，泥水是避免开挖面变形的关键。一般来说泥水密度应尽可能高一些，尽量达到开挖土体密度。不过在实践中，如果泥水的密度过大，将很有可能会影响到泥浆泵处理能力，引起泥水处理难和泵运转不达标现象。正因如此才需要合理确定泥水密度、设备性能和土层结构。对泥水来说，含沙量也是关键问题。在强透水性土体作业中，泥水砂石最大粒径和含沙量都会影响到泥膜形成快慢。所以应选择含量合适粒径稍微超过土体缝隙的沙粒。为保障渣土足以满足长距离输送要求，一般泥水流动速度的大小会被控制为160至210米/分。

第二步确定掘进参数。复杂地层的掘进作业必须保障切口有着稳定的压力，刀盘和推力的转速应保持低水平状态。可以用调整推进压力、导向油缸长度的方法控制盾构姿态。如果在上软下硬土层作业，那么因为上层的砂层本身没有良好稳定性，所需的切削扭转比较低，下层土层硬度大，对刀具阻力非常大，就会使得刀具出现比较严重的损伤，尤其是软硬土层的交接部位。掘进中，为了防止刀具受到过大荷载，应放缓刀盘转速，提高刀盘扭矩。假设掘进速度过高，就会成为泥水处理压力和泥水输送压力，超挖问题很有可能在此阶段发生。过渡段地层作业要确保泥水设备处理能力和刀具贯入度匹配，速度一般被控制位15至30毫米/分

4  结语

绝大多数盾构作业中的事故都是因为没有充分考虑水文条件、地质条件所引起的。为了消除负面影响，工程的技术人员需要严格按照掘进施工的技术要点做好参数控制、掘进状态调整，保障工程质量、工程效益。

参考文献：

[1]马建华.地下空间特点与施工技术的探讨[J].江西建材，2020（01）：98-99.

[2]王俊彬.根植复合地层理论体系  引领盾构施工技术发展[J].广东科技，2020，29（01）：42-44.

[3]刘铮.土压平衡盾构施工场地布置方法[J].智能城市，2020，6（01）：169-170.

[4]陈立.泥炭质土层条件下的地铁盾构隧道施工技术[J].四川建材，2020，46（01）：109-110.