地铁盾构机穿越复杂地质施工工艺

地铁盾构机穿越复杂地质施工工艺

吴梦迪

单位：中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司

省市：江苏省无锡市

邮编：214000

摘要：目前我国科技水平和经济水平的快速发展，我国交通行业发展也十分快速。由于既有隧道埋设深度的限制，为了保证与既有隧道之间的安全距离，新建隧道下穿既有隧道工况较多，这也就导致目前的研究具有一定的局限性，大部分研究针对的是新建隧道下穿的工况，而隧道上穿的工况研究的较少。为此本文依托某城市某地铁停车场出入线盾构隧道上穿既有盾构隧道工程，考虑盾构机的超载作用，研究新建隧道上穿施工对既有隧道管片变形的影响，并对不同穿越角度下既有隧道的变形进行分析。同时结合模拟加固的分析情况，对现场施工提出了相应的加固措施。

关键词：地铁盾构机；穿越复杂地质；施工工艺

引言

盾构机掘进时，对土层有扰动作用。以相对较慢的掘进速度进行盾构施工，在保证正常施工的同时尽可能减小对建（构）筑物的扰动，以免造成不良影响。在地铁项目建设过程中，盾构机需要空推过站进行下一个隧道区间的建设，由于盾构机体积和质量较大，地下可操作空间小，盾构机空推过站是地铁建设工程中常遇到的难题之一。

1地铁隧道盾构施工的相关概述

地铁的安全运行对于整体的隧道环境要求是较高的，而且受到城市地形或者是城市基础设施的影响，地铁隧道施工难度是极高的，其整体的施工周期也较长，要针对不同城市的具体状况，开展适合的地铁隧道施工工作。盾构施工作为一种常见的施工技术模式，要通过科学的应用方式与监测手段确保施工的顺利进行。盾构技术就是指施工人员在隧道开挖过程中应灵活使用具有防护功能的设备，并且在此基础上合理切割岩土，同时对岩屑进行快速分类。当前，盾构技术在地铁隧道工程中得到了广泛的使用，提高了隧道的总体质量水平。由于受到盾构方法本身所限，施工阶段很有可能会出现土体坍塌、沉降等问题。所以，相关人员必须使用合适的设备进行全面监测，加强施工控制水平，提前对所有的风险问题进行深入调研，避免沉降问题的出现。

2地铁盾构机穿越复杂地质施工

2.1保持盾构机正常运行

盾构机在富水砂砾层掘进施工过程中，会加剧易损件的磨损。盾构机在掘进过程中若控制不当，容易造成盾尾刷损坏，可导致盾尾密封失效、盾尾漏水漏砂。若出现砂浆、泥水经盾尾密封部位冒出故障，将给后续施工带来严重干扰。例如砂浆从盾尾冒出时，难以顺利完成对管片的填充作业；而泥水从盾尾处冒出时，则地面容易出现失水沉降现象。要尽可能降低故障的发生率、缩短故障停机时间，否则会在土仓内形成积水。在盾构始发前，应详细检验盾构机及其配套设备，保持盾构机正常运行。

2.2既有隧道管片现场加固

根据上述模拟结果，对既有隧道的加固提出建议，一般而言，加固主要包括隧道管片自身的加固以及隧道周围土体的加固。其中，隧道管片自身的加固可以增加管片的抗变形能力，减少隧道自身产生的变形。一般采用在已有支护的基础上再添加一层支护进行加固的方法，但是此方法人力物力耗费较大。考虑到本项目中既有盾构隧道仍未开通运营，因此在既有隧道内部布设由20b工字钢及10槽钢焊接而成的钢支撑环进行加固。既有隧道上部土体的加固则可以降低上部施工对下部隧道的影响，为了加强既有隧道与新建隧道之间土体的强度，减小上部隧道施工对既有隧道的扰动程度，在既有隧道拱顶壁后120°范围内的土体进行了注浆加固，加固采用的浆液是水泥水玻璃双液注浆材料。

2.3减少地层位移的措施

盾构掘进过程中，无论是泥浆盾构、土压平衡盾构、开放式盾构还是挤压式盾构等，都会对土层产生挤压扰动，导致开挖面土体不同程度的松动。构隧道施工过程中导致地层位移的主要原因，包括地层损失和地层原应力状态改变，固结、板结、土壤的蠕变效应，以及衬砌结构发生变形等。其主要表现形式如下：盾构机在开挖过程中，土体原有的应力状态发生变化，从而使地层发生位移。盾构机施工过程中所产生的地层损失，也会导致地层发生位移；由盾构机推进导致的孔隙水压力改变，以及地下水位下降，也将诱发土体产生固结沉降。减少地层位移的措施如下：首先在盾构施工前，对整个隧道线路的地质勘探结果进行详尽的分析，并充分考虑沿线地面条件、隧道长度及断面形式、开挖及衬砌等施工问题，根据不同条件选择安全、经济、适用的盾构机型和辅助施工方法。其次，在盾构机掘进过程中，应尽可能减少超挖和对周围地层的扰动，可以通过对掘进参数的优化匹配，使盾构机达到最佳推进状态，实现“四小”，即周围土层扰动小，地层损失小，超孔隙水压力小，地表沉降和隆起小。这不仅可确保盾构机的快速推进，还可保证隧道管片安装质量。最后，在盾构机掘进过程中应及时进行同步灌浆，在合理确定同步灌浆量和灌浆压力的同时，还应加强监测测量和跟踪灌浆。此外对于EPB盾构，还要检查螺旋输送机排土闸门处的渗透力，以防止砂土液化。

2.4高黏土层

黏性土层中细颗粒含量过多，易黏附在刀盘内形成泥饼，造成进渣孔和刀孔堵塞，导致刀具偏磨、刀体损坏，刀盘扭矩与总推力增大，掘进速度降低。刀孔堵塞后，刀具在自转过程中被包裹在刀圈周围的泥砂摩擦，从而使刀具磨损加剧。对此控制措施如下：向土仓内和刀盘面中加大注入泡沫量，在泡沫中加入分散剂或泥浆等材料，以改善道渣土的性能，提高碴土的流动性和止水性，并便于螺旋输送机排土。合理设置渣体松散系数，严格控制出土量。适当稀释渣土，避免渣土偏干造成“糊刀”。勤量测渣土温度，当一环内渣土温度升高3℃时，应立即增加泡沫用量，以改良渣土，并适当增加水的用量，防止“糊刀”。适当增大盾构机的开口率，以利于渣土进入刀盘，并在中心刀和刀盘面板附近安装冲洗装置，经常冲洗刀孔，防止刀盘形成泥饼。

2.5预埋带分区注浆系统钢环技术

侧墙预埋钢环加装分区注浆控制系统，在盾构机完成进出站后及时有效将管片与围护结构、预埋钢环间隙准确高效填充，防止仅依靠管片注浆孔注浆的不确定性对后期开挖带来的额外风险。预埋分区注浆系统，多重设防有效阻隔结构内外部水土流动。风井结构侧墙预埋钢环直径6700mm、刀盘开挖直径6440mm、管片外径6200mm、盾构机进出洞涌水涌砂通道均为管片与围护结构环缝和管片与预埋钢环环缝空隙。前期钢环加工时即在钢环背部预埋分区注浆系统以上左、上右、下左、下右四区单独控制，盾构机进出洞及后期回填土开挖时，对该处环缝重点注浆加固，精确封堵涌水通道，消除该部位隐患及风险。

结语

随着城市轨道交通的快速发展，盾构法在地铁区间施工中得到了广泛应用，但是施工事故也时有发生。为了掌握盾构掘进过程中各种风险的控制措施，对盾构机出发与到达、穿越建（构）筑物、特殊地层、穿越河流等施工风险进行了分析，总结了不同风险条件下的安全控制措施，指出盾构施工后期风险分析与控制的研究方向，可为盾构施工及后期风险控制的研究提供了一定的参考。

参考文献

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