地铁工程土压平衡式盾构施工技术分析

张芳儒

摘 要：地铁工程建设是现代城市地下轨道交通体系建设的重要内容，在当前我国的地铁工程建设中，土压平衡式盾构施工技术是一种较为常用而有效的技术手段，由于其施工对于地面影响较小，能够保证施工的较高效率，因此，受到了许多地铁工程建设企业的青睐。本文主要对地铁工程土压平衡式盾构施工技术进行了分析。

关键词：地铁工程；土压平衡式盾构；施工技术

本文主要结合合肥地铁施工工程，对地铁土压平衡式盾构施工技术进行了分析，以期提高地铁工程的施工质量和水平，构建和谐的城市地下交通。

一、土压平衡式盾构概述

土压平衡盾构主要用于软土、砂砾和强风化岩层及含水的混合地层的隧道掘进。掘进施工具有土压平衡（earth pressure balance mode），简称EPBM、气压平衡和敞开（open mode）三种模式。掘进操作可以自动控制，也可以半自动控制或是手动控制。盾构在实际的运行过程中，配备了导航系统，可以有效的控制掘进的方向，具有灵活转向纠偏能力，掘进的误差可以有效的控制在以内。盾构刀盘的结构具有刀具（滚刀、齿刀）的互换性和可更换性，因此，其可以适应底层的更广范围掘进，满足不同的底层对掘进速度的要求。同时，盾构还配备了同步注浆系统，对控制隧道周围土体沉陷以及建筑物保护非常的有利。

二、适应的地质条件

土压平衡盾构较适应于在软弱的冲积土层中掘进。但在砾石层或者砂土层中，只要加入适当的粘土等土壤改良剂后，也能发挥出土压平衡盾构应有的特点。而本文中研究的合肥市地处江淮丘陵地带，大部分地域岗冲起伏，垄畈相间。总的地势呈中间高、南北两侧低的地貌特征。段内上覆主要为第四系人工填筑土，黏土，第四系全新统、上更新统粘性土、粉细砂层，其厚度从十余米至几十米不等，总体上从西北向东南由薄变厚。下伏地层主要为下第三系定远群和白垩系上统张桥组砂砾岩、砂岩及砂质泥岩及侏罗系中统粉砂岩及泥岩。

三、地铁工程中土压平衡式盾构施工技术的应用要点

（一）盾构机械设备的合理选型。在地铁工程中的土压平衡式盾构施工技术的有效应用，是建立在合理的选择设备类型的基础之上的，这样才能够满足施工的要求，施工才能够顺利的开展。在实际的选型过程中，需要注意以下几点：首先，盾构机开挖尺寸应满足盾构区间设计断面尺寸要求；其次，盾构开挖的功能必须要满足区间隧道的地质条件，保障施工的安全性和可靠性；最后，在正式施工之前，要对盾构机的各项参数进行科学合理的计算，所以盾构设备在制造之前必须根据盾构区间地质条件作详细分析计算。

（二）端头加固处理技术的运用。当盾构始发到达端头周围地层为自稳能力差、透水性强的松散砂土和含水粘土时，需要对其进行加固处理，避免出现大面积地表下沉现象的发生。目前，常用的加固方法：有注浆、旋喷、深层搅拌、井点降水、冻结法等，可根据土体种类、渗透系数和标贯值、加固深度和加固的主要目的、工程规模和工期、环境要求等条件进行选择。加固后土体应有一定的自立性、防水性和强度。为了确保盾构始发和到达的安全性，必须对始发和到达端头的加固土体的范围、强度进行验算，并严格检验。

四、合肥地铁工程土压平衡式盾构施工技术分析

（一）盾构始发掘进施工（见图1）

（二）盾構100m试掘进。盾构机组装调试完成后，在试掘进过程中进一步调整盾构机状态，同时做好对本区段的地质评估工作。始发时，由于受到始发托架、反力架的限制，推力不宜过大，为保持洞门周边地层的稳定，采用相对较高的土仓压力掘进，同时要密切监测地表隆起、洞门预埋钢环。当盾尾通过洞口密封后，应暂停掘进，需要对洞口进行注浆封堵，采用水泥+水玻璃双液浆进行封堵、回填注浆，利用管片注浆孔压入式注浆，以确保管片不下沉和继续掘进时同步注浆的效果。

（三）盾构正常掘进施工。根据隧道洞身地质情况及周边环境，本标段隧道拟采用土压平衡模式掘进，在施工过程中时刻注意地层的变化，根据实际的掘进情况及时调整盾构掘进参数。

（四）土仓压力的设定。当土质渗透系数较大时，正面水土压力的理论值采用水土分算：

式中：Pc—土压力；Pw—水压力；K0=1-sinφφ—为土的有效内摩擦角；q—地面超载；γ—土的有效重度；H—盾构工作面中心处深度。

当土质渗透系数较小时，土仓可以采用水土合算：

式中：—土的饱和重度

实际盾构推进过程中为了补偿后期的沉降，考虑到土仓压力的波动及衰减，以及为了弥补盾尾沉降损失造成的沉降。一般来说土压力的设定要稍高于理论土压力，但也不宜于过大，过大则使地层产生隆起变形。

综上所述，本文主要对土压平衡式盾构概述和施工地质条件进行了分析，并对地铁工程中土压平衡式盾构施工技术的应用要点进行了阐述，重点分析了在合肥地铁施工中盾构始发掘进施工的工艺流程和正常掘进中土仓压力的设定参数的研究，内容还有待补充，由于篇幅有限，本文不予详细介绍。

参考文献：

[1]张成.地铁工程土压平衡式盾构施工技术研究[D].西南交通大学，2002.endprint