溶洞地层盾构施工技术探究

（哈尔滨铁道职业技术学院 黑龙江哈尔滨 150060）

一、溶洞对隧道工程的影响

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生组塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水分的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量满入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。[1]

二、盾构机原理

1．泥水加压式盾构

所谓泥水加压式盾构就是在刀盘后面设置一个封闭隔板，称之为泥水舱。当盾构掘进时通过刀盘切削土体，然后在泥水舱内加入水和添加剂制成泥浆用来抵挡前方土压和水压，通过输送管道把泥浆输送到地面，经过这样带动整个泥水舱，经过不断地掘进—切削土体—搅拌成泥浆，输送地面—再掘进的循环过程，使得盾构不断推进，其中用来抵挡掌子面上的土压和水压，称之为泥水压力。通过泥水压力平衡掌子面的水、土压力，不断前进的盾构，称为泥水加压式盾构。[2]

2．土压平衡式盾构

土压平衡式盾构与泥水加压式盾构不同之处在于，抵挡掌子面前方的水、土压介质不同。泥水加压式盾构的介质为泥水，而土压平衡式盾构的介质为泥土。但保持掘削面的稳定的原理是一样的。

三、掘进施工

1．盾构掘进施工前准备

盾构掘进施工前，采用地质钻孔、地质雷达探测详细探明溶洞、土洞情况，在地面建筑物密集区无钻孔及雷达探测条件的区段采用盾构掘进过程中利用超前地质钻探探测溶洞、土洞情况。根据溶洞、土洞特点对其采用不同方法进行处理。在未勘测地段掘进中，采用超前地质钻探发现溶洞（土洞）后，及时进行溶洞处理，在隧道贯通后采用管片预留注浆孔进行洞内注浆处理。盾构掘进根据地质条件，计算各项参数的初始值，在施工过程中，根据监测结果进行调整优化。

2．掘进速度

推进速度根据地层确定，一般控制在2cm/min，由于岩面不规则，盾构掘进过程中，盾构抖动大，适当控制掘进速度，减小掘进对周围地层的扰动，保证地层稳定。

3．注浆

同步注浆量为6～8m3，同时，滞后盾构掘进环5环进行双液浆加强注浆。加强注浆压力控制在0.5MPa以内，注浆量以压力控制为准。

4．管片拼装

管片采用错缝拼装，增强整体刚度。管片采用高强螺栓连接，管片拼装完成后及时拧紧螺栓，同时在盾构掘进过程中，加强对已拼装完成的管片螺栓检查，及时做好螺栓复拧工作，减少管片变形空间。同时加强管片外二次注浆，减小管片变形空间，稳固管片。

5．盾构掘进过程控制

盾构掘进过程中，严格监视土仓压力、扭矩、刀盘压力、盾构偏转、盾构及管片姿态等参数。土仓压力变化，压力突然降低或上升时，立即停机，分析发生原因，及时进行处理，处理完成后再恢复掘进。

加强渣样分析，为掘进参数调整提供依据。控制推力及刀盘转速，根据主控室内能显示的刀盘受力分布的状况，体会掘削面岩块分布位置，控制刀具磨损，防止刀圈崩裂。

6．刀具检查及更换

盾构掘进前，先初步拟定盾构开仓位置，并加强对该段地层进行加固处理。在施工过程中，根据实际的掘进、刀具磨损情况，及时更换刀具。如果不能在预定开仓位置进行换刀，则根据地层条件，采用带压换刀的技术，在保证土仓压力的情况下进行换刀。

7．地面无条件进行溶洞处理地段盾构掘进

由于地面部分地段建筑物密集，如果采用地面溶洞处理的方法，需要进行建筑物拆迁或租用，大幅增加造价。因此需进行盾构掘进过程中的溶洞处理。

在盾构掘进过程中，利用盾构机上预留孔进行超前地质钻探。若发现溶（土）洞，利用超前钻孔灌注双液浆进行溶洞处理。在盾构完成后，利用管片上预留注浆孔进行补充注浆。

四、施工测量及监测

1．施工测量

盾构机安装了一套VMT公司的SLS-TAPD盾构激光导向系统。本系统能够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构的线路和位置关系进行精确的测量和显示。操作人员可以及时根据导向系统提供的信息，快速、实时地对盾构的掘进方向及姿态进行调整，再附以人工测量复核，保证了盾构掘进方向的正确。

建立高精度导线控制网，采取强制归心，将点位建立在区间隧道附近较稳定的建筑物上。高程控制点为II等水准网，远离施工区。通过控制网，用方向线法或投点法向井下传递，双导线进洞，并在井内组成小控制网向隧道内传递。洞内导线点每掘进100环复核一次。

2．施工监测

采用地表和深层观测相结合的方法。沿隧道中线在地表设置沉降观测点。

进出洞区30m范围内每5m设置观测点，每间隔10m设置一沉降观测断面，每个断面设置7个观测点；正常掘进段每10m设置观测点，每间隔30m设置一沉降观测断面。线路影响范围内建（构）筑物设置沉降、位移、倾角观测点，对建（构）筑物进行观测。每天两次测量盾构机刀盘前20m、盾尾后30m地面沉降，经计算分析后，作为调整盾构掘进参数的依据。

每天对已拼装完成的管片姿态进行测量，测量范围为掘进环后60环。根据盾构姿态数据进行盾构姿态调整，作为管片外注浆防止管片上浮、变形的依据。保证成型隧道质量。

结语

综上所述，盾构穿越不同的溶洞形态时，需做好预防措施。盾构施工前要做好超前钻探，对出现溶土洞的地区要适当加密勘察，尽量探明溶土洞的数量、类型、大小及分布等。同时，还要控制对溶洞的处理质量，对相互连通的溶洞要加强注浆，施工时防止喷涌，另外，还要加强同步注浆以及二次注浆。

[1]任建喜.黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术[J].铁道工程学报2013.5 57-62.

[2]吕培林.软土地区盾构隧道下穿铁路干线引起的线路沉降规律分析[J].中国铁道科学2007.3 12-16.