复杂地质条件下地铁盾构施工要点分析

复杂地质条件下地铁盾构施工要点分析

韩厚健

天津国际工程建设监理有限公司  天津市  300000

摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。常规的地铁工程采用先站后遂盾构法，即先开展地铁车站主体施工，直至地铁站施工至盾构机械能够入站、下井、穿行车站时，再实施隧道工程的施工。如此施工的优势，是能够应用地铁站主框架结构作为盾构施工场所，降低了重复施工作业，站隧衔接面施工更为简便，施工成本相对较低。但在不具备盾构施工条件等而无法按期施工时，该工法会阻碍地铁整体施工进程的推进。先隧后站盾构工法具备安全可靠、机动快捷、对作业环境要求低等优势，在不影响地面交通正常使用的同时，可实现地铁工程施工质量和效率的有效提升，有效缩短了施工工期，并降低了作业成本。本文就复杂地质条件下地铁盾构施工要点展开探讨。

关键词：地铁工程；盾构施工；复杂地质条件

引言

盾构施工借助盾构机能很好地应对复杂的地质条件，解决早期地铁施工中经常遇到的软土塌陷等问题，有效提高施工的安全性与顺畅度。为更好地适应各种复杂地质条件，满足不同地铁工程的施工需求，盾构机被开发出多种形式，比较常见有手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构、混合型盾构、异型盾构等。不同形式的盾构机在性能、规模、功能、适用条件等方面存在差异，要发挥盾构机的作用，为施工提供保障，必须结合客观条件对盾构机做出合理选择。

1盾构掘进性能因素

隧道项目中机械开挖的性能分析和预测非常重要，因为整个项目的进度/完工时间和单位成本/盈利能力都是基于隧道性能进行的。这在使用盾构掘进机的大断面隧道工程中尤为重要，因为盾构掘进是一个复杂的土－机相互作用过程，受到许多因素的影响。这意味着，在了解性能的复杂性和动态性之前，研究可能影响盾构掘进性能的因素至关重要。如先前研究中所述，盾构掘进性能受许多因素影响，这些因素可分为三大类：几何特征、地质条件和盾构机可靠性。首先，几何参数对盾构掘进隧道的盾构掘进性能和开挖速度有决定性影响，如距隧道面的距离、隧道轴线距地面的深度和隧道直径。因此，深度与直径之比超过2．5的较深隧道对盾构机的扭矩有很大影响。换句话说，较深隧道的性能将低于较浅隧道。由于直径没有变化，几何参数的影响将随着盾构隧道纵向发展中开挖深度的增加而扩大。其次，在盾构掘进之前必须了解地质和水文地质条件。这些条件将影响设计施工阶段并避免意外事件。盾构刀具在隧道开挖过程和盾构开挖效率与土壤类型有关。然而，几乎不可能对隧道沿线每段的土壤类型进行详细的地质调查，因此很难获得土壤类型的真实值。因此，许多研究基于盾构监测数据，通过数值和反分析技术研究了地面条件或土壤参数对盾构性能的影响。特别是，研究了两个参数，即剪切强度和杨氏模量，发现它们对先进比率有很大影响。此外，困难的地面类型，如断裂带、块状岩体、粘性土壤、挤压岩石、混合面、高渗透性和地下水压力，可能导致盾构性能不佳和成本超支。案例研究表明，不利的地质条件会严重影响盾构掘进推进速度和刀具磨损。在某些极端情况下，盾构机可能被堵塞或埋在挤压地面、严重的岩爆条件或断裂带中。盾构机的可靠性和可维护性也被普遍认为是影响盾构性能的关键因素。可靠性指的是各种工作条件下盾构性能的稳定性，尤其是开挖面的土压力和水压平衡能力。在交替的施工顺序中，即推进和环形建造步骤中，盾构机必须为周围土壤的垂直和水平荷载提供足够的支撑，并将对地面的沉降影响降至最低。然而，提高推进率只能缩短推进过程的时间。这表明盾构掘进性能不仅与机器的推进速度相关，而且还受到后勤维护的影响，后勤维护通常会降低整个施工过程的生产率。

2复杂地质条件下地铁盾构施工要点

2.1前期准备

盾构施工之前，为了保障后续施工环节顺利完成，必须做好前期准备。盾构施工前期准备主要内容有：（1）根据客观环境条件和施工要求，选择规模及功能合适的盾构机，同时提前对盾构机各组件进行全面检查，确保盾构机在地下拼接完成后能起到应有效果，否则将加大安全风险；（2）做好现场放线工作，确保盾构机安装位置准确，否则隧道掘进方向、高度等会与设计产生偏差，还可能引发其他不利影响。在盾构机类型确认后，还要根据盾构机类型开展施工方式选择工作。例如，若选择了土压式平衡盾构机，其对应的盾构施工方式有敞开式、半敞开式、土压平衡式，其中，敞开式适用于全断面岩层地质条件，半敞开式施工适用于非全断面岩体地质条件，土压平衡式施工适用于软土地质条件。若选择了泥水加压式平衡盾构机，其对应的盾构施工方式同样形式多样，大多适用于硬土地质条件。无论选择何种盾构机与盾构施工技术，前期准备中都需根据最终选择做好盾构机掘进参数的设定工作，以隧道掘进工序为例，若选择土压式平衡盾构机，主要参数指标有盾构姿态、掘进速度、推力、刀盘转速与扭矩、螺旋机压力等；若选择泥水加压式平衡盾构机，其主要参数指标有泥水密度、刀盘转速、油缸长度、推进压力等。参数合理情况下，能为盾构机后续运作提供良好保障。

2.2监测点布置

地表沉降在盾构下穿铁路线两侧范围内，平行于铁路线路方向设置地表沉降观测断面，线路两侧断面成矩形布设，断面沉降测点兼作铁路轨道沉降观测点。轨道沉降及方向偏移,在盾构推进前，先在地面上布置好变形观测点，观测点应能监测轨道的沉降变形、水平偏移。同时沿线铁路方向每条铁路线路均需布置沉降及方向偏移监测点，且需能反映轨道沿线路方向的变化趋势，实时绘制变位曲线，其他构筑物沉降观测点根据实际情况布设。

2.3质控要点

（一）地面沉降控制。地铁施工位于地下环境，随着施工推进，上部土体会发生沉降，这对施工安全及最终成果质量都有很大威胁。为控制地面沉降，不仅要选择合理的盾构机，还要在施工之前采取注浆技术对上部土体进行加固，提高其本身结构的稳定性、抗扰动能力等。注浆技术使用中要合理控制注浆速度、浆液比例及注浆压力，以保障加固效果。（二）施工渗漏控制。渗漏是地铁施工时无法避免的问题，唯一的解决方法就是堵漏，具体包括以下几方面：（1）堵漏之前要检查施工范围内可能存在的纵向和横向施工缝，判断缝隙规模大小及具体渗漏情况，例如，在某施工缝中发现了气泡，那么该施工缝就很可能成为渗漏点，要对该施工缝进行堵漏；（2）具体堵漏方法可以在施工缝内安装止水针头，安装完毕后还要检查止水针头的牢固情况，发现异常要进行调整，做到全过程防渗；（3）要定期检查防水层表面是否有杂物，发现杂物当及时清理；（4）要严格控制混凝土含水量，其是导致渗漏的根本因素之一。（三）管片上浮预防。管片上浮问题对地铁盾构施工质量有很大影响，因此，要做好提前预防，方法上通常建议提前对管片进行加固，加强管片壁后注浆，避免其受影响后上浮。同时，要严格控制盾构机掘进速度，速度过快或不稳定都可能导致管片上浮。另外，要时刻关注管片情况，如果发现上浮问题，要及时通知施工人员进行处理。

结语

先隧后站施工法具备施工周期短、对施工场地要求等级低、盾构机械周转频率少、经济性好等优势，可实现地铁施工质量和施工效率的综合提升。

参考文献

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