复杂地层地铁盾构施工技术研究

复杂地层地铁盾构施工技术研究

成勇

中铁五局电务城通公司

摘要：目前经济全球化的正在快速发展，我国的“一带一路”战略也在不断地向前推进，这些都促进了我国的经济建设的发展，尤其是在基础建设方面得到了空前的发展，推动着城市建设的步伐，在现代城市的建设中，交通道路建设已经是当下城市建设的核心工程，而地铁作为城市主要的地下交通工具，为地区交通压力的缓解作出了重大的贡献，节约了土地资源的同时还为居民出行带来了便捷。在我们大力建设地铁站的时候，地铁盾构施工就会发挥其重要的作用，是整个地铁站建设的核心步骤，如果地铁盾构的建设出现大幅度的变形，那么将会直接影响地铁的稳定性，并且对整个地铁站的稳固都会有影响，由于其整个建筑规模庞大，建设周期很长，遇到复杂地层的机会很大，涉及到的区域以及部门都很多很杂，所以就存在着很多的影响因素。因此，相关建设单位需要加强对地铁盾构施工的监控与监测，避免建设中出现相关问题，对后期造成不可逆的安全事故，我们要防患于未然，促进我国的地铁工程稳步发展。本文将对地铁盾构施工的技术进行探讨分析，希望能对后续建设作出借鉴意义。

关键词：地铁盾构 复杂地层 施工技术

1.盾构施工技术的含义

所谓“盾构施工”就是一种施工方法，比如说盾构的建筑机械挖崛隧道等等。盾构机是可移动的钢管结构，可以支撑地层压力并推进地层。一般来说钢筒的前端部分会设置支撑以及挖掘土壤的装置，钢筒的中部会配置顶起需要用到的的起重器。钢瓶的尾部可以装配预制的或现浇的隧道衬砌环。在盾构向前大概一圈的距离，需要在盾构尾架的下方组装一圈衬里或直接进行现场浇注，同时还需要将水泥砂浆注入到旁边的小缝隙中，这样做是为了预防隧道或者地面发生下沉的情况。盾构前进的反作用力由衬套环承担。

在开展防护罩的建造前，必须要展开竖井建造，在建造的竖井中还需要安装盾构，安装的盾构挖出的土壤从竖井通道排到地面。由于盾构部分的形状存在一些不同，将它分为：圆形，拱形，矩形和马蹄形。圆形更能抵抗地层中的土压力和水压力，并且部件易于组装，可以使用通用组件且易于更换，因此被广泛使用。根据开挖方法的不同，盾构可以分为：人工开挖，半开挖有机械开挖和机械开挖三种。根据盾牌的前部结构，盾牌可以分为两种：敞开式和封闭；去除地下水和稳定开挖面有不同的方法，从这个方面来说盾构可分为：局部气压盾构，土压力平衡式，泥水加压，人工井点降水等。

盾构这种施工方法的主要优点有：建造竖井、施工过程在地表以下开展，这样一方面对地面交通没有影响，另一方面还可以减少了噪声和振动给附近居民带去的影响；盾构的推进，开挖，衬砌的装配等主要工序是循环进行的，施工简便，施工人员少，一定程度上节约了人力成本，并且掘进过程中排除的土方量很小；在进行河道施工时，也不会影响河运；施工不受风雨等天气条件的影响；盾构法可以在地下水位高、地质条件差等地方建造埋深较大的隧道，这使它具有较高的技术优势和匹配度。

2.复杂地层盾构施工技术要点

2.1土压平衡式掘进技术

2.1.1土压平衡式掘进特点

土压式平衡盾构将挖掘的土壤和沙子填充到挖掘面和隔板之间的土仓中，我们需要使用土仓中的土压力来保证挖掘面的稳定性，就需要向泥土仓中填充改良之后的材料。通过安装在隔板上的螺旋输送机，土壤可以在前进的同时排出。在施工过程中，必须在开挖的两个隔板之间填充土和沙，并对其加压，以满足开挖面稳定的需要。测量土压力和出土盘是非常有必要的，通过测量能够获得适合盾构推力的排放量，与此同时还可以控制盾构的推进速度和螺旋式排土器的转数，从而达到一个平衡状态。同时我们还要掌控好刀盘的扭矩和推力，避免我们的开挖面出现崩塌和破坏。（如图1）

图1

2.1.2土仓压力管理

（1）在土压力平衡盾构的施工过程中，为了确保挖掘面的稳定性，必须适当地保持压力舱的压力。通常，如果土仓的压力不足，则水涌出或开挖面塌陷的风险会增加。相反，在压力太高的情况下，会出现刀盘的扭矩或推力增加以及推进速度下降或地面起伏等情况。
（2）土仓压力管理的基本思想是：作为上限，以静土压力为方法，以尽可能地控制地面沉降为目的。作为下限，少量的地面沉降的情况能够确保开挖面的稳定性，使用主动土压力。
（3）在一般情况下，通常使用安装在隔板之上的土压计来测定土仓压力，这样可以维持开挖面的稳定状态。

（4）推进过程中，土仓压力维持通常盾构设备采用组合控制的方式。

2.2泥水加压盾构掘进
2.2.1泥水加压式掘进的特点
泥水加压盾构的开挖的时候，一方面要保持开挖面的稳定性，利用机械开挖。泥土被泥浆运输到地面。施工方法使用挖掘设备，挖掘表面稳定系统和渣土处理设备作为整体系统。系统的操作必须充分考虑条件的设置和管理，例如排土量，泥浆质量，开挖面的状态，墙后的灌浆，泥浆的流量和流量泥的速度。

2.2.2泥水仓压力管理

（1）在泥水加压式盾构的施工方法中，为了确保挖掘面的稳定性，需要根据土壤质量和挖掘面的土壤水压力来适当设定泥压。通常，如果泥浆压力不足，则开挖面塌陷的风险会增加，而如果压力过高，则会发生泥浆喷发和地面隆起的可能性。 

（2）泥水仓压力管理的基本思想是：以上限为目的，以静态土压力为方法，以尽可能地控制地面沉降。
（3）为了掌握开挖面的稳定状态，通常是通过在挡板上安装水压计来确认泥水仓中的泥水压力
（4）作为用于掌握挖掘面的状态的挖掘面探索方法，与土压平衡盾构相同，也有机械穿透法，非接触电磁波和超声波调查法。但是，这两种方法都可用于检测开挖前方或上方的局部松动或空隙，并为判断开挖表面的稳定性提供辅助信息。

2.3隧道姿势控制

线性控制的主要任务是控制盾构的位置，以使所构造衬砌结构的几何中心线平滑，并在距设计中心线的允许误差范围内

（1）为了将隧道线控制在施工公差范围内，当盾构前进时，有必要基于隧道内的测量进行行进管理测量。为了促进管理测量，有必要按照规定的测量方法使用适当的测量设备，并努力提高操作效率。

（2）推进过程中，必须要时刻纠正盾构推进方向，掌握盾构计划线与总成段的偏差，并频繁，认真地进行推进管理措施，原则上每天两次；对于已组装的线段，确定防护罩的相对位置，或测量防护罩的纵向偏差，横向偏差和旋转偏差，以掌握防护罩的位置和状态。
（3）关于盾构和管片的相对位置，可以通过测量左右千斤顶，上下千斤顶的行程差以及盾构尾部的间隙来确定大致情况。可以通过在盾构上安装测锤，测斜仪，旋转罗盘或使用经纬仪来测量盾构的横向偏差，纵向偏差和旋转偏差。另外，通过使用自动测量系统，也可以实时获得测量结果。

结束语

复杂地层地铁盾构施工技术对于地铁建设至关重要，在实际的工程施工过程中，我们要将盾构施工技术完美的运用出来，这对于复杂地层的施工稳定性有极大的帮助，以此保证我们的整个施工保质保量的完成。

参考文献：

【1】王永生. 试论地铁复杂地质条件的盾构施工技术研究[J]. 引文版：工程技术, 2016, 000(005):P.149-150.

【2】刘承宏, 陈宇博. 复杂地质条件下穿老旧建筑物盾构法地铁施工技术研究[J]. 中国设备工程, 2019(18).