复杂地质条件下地铁盾构隧道施工要点探究

◎江枫

一、盾构法施工技术的特点

盾构法是一种以暗挖施工方式实现全机械化的施工。在盾构机械开挖面的前方使用切削装置完成开挖施工，然后使用出土机械将开挖过程中的土料运输出去。在开挖过程中，主要依靠千斤顶确保机械后部加压顶进，同时对预制混凝土管片进行拼装，最后形成隧道结构。盾构法施工技术主要有以下特点：①对地铁区间隧道施工过程中周围的地面建筑物与环境的影响较小。主要是因为盾构法施工的隧道建设无须地面场地，是一种无噪音、无振动、无公害的施工方式。因此，盾构法施工技术在一些不能进行明挖、埋深度较大的地层施工中的应用较多。②盾构法施工技术对施工精度要求较高，因为盾构法开挖掘进的过程中，盾构外壳与管片的质量直接影响盾构法施工的安全性与稳定性，因此，管片制作的精度与机械制作的精度相似，要求将管片精度误差控制在标准范围内（0.5mm之内）。除此之外，还要特别注意严格控制前进盾构施工过程中的隧道轴线偏差。

二、地铁盾构隧道施工存在风险分析

在进行地铁盾构区间隧道施工过程中，首先要做好施工的风险管理工作，保证后续施工的安全性和稳定性。针对地铁区间隧道施工的风险控制包括以下几部分，即确定风险、控制目标、明确风险参与者、资料收集、风险形势估计、潜在风险因素判别、风险识别报告的编制。为了更加准确地进行盾构法施工风险识别和控制，需要明确地铁盾构施工风险的识别内容。首先，要对盾构法的风险和特征进行分析探讨，明确相关施工风险因素类型，确定风险控制的目标。然后合理规划设计施工流程，对参与施工过程中的各个方面进行讨论，找出施工各个环节的风险因素。其次，还需要做好盾构机械设备、地质环境、施工管理的风险识别工作，严格界定风险内涵，在做到风险确认的同时，也需要做好风险排除工作，并考虑风险因素之间的关联性，保证风险控制的全面性和合理性。

三、复杂地质条件下地铁盾构隧道的施工要点

1.土压式平衡盾构机施工技术要点。

（1）模式的选择。土压式平衡盾构机有三种模式，包括敞开式、半敞开式和土压平衡模式。在对掘进模式进行选择时，我们应该根本地层的不同条件特征来选择。通常情况下，对全断面岩层掘进时，我们可选择敞开式掘进模式，并使用泡沫剂对渣土进行改良；而对于存在软弱层的复杂地层，则可选择土压平衡模式，并采用泡沫和适量的膨润土对渣土进行改良。采用此种模式时，土仓的压力不用过于频繁调节，只要保证土仓压力略高于掌子面的土压和水压力和即可；对于处理砂卵石或者上软下硬的土层，由于土层比较复杂，则同样需要采用土压平衡模式来掘进，因为在这种复杂土层掘进时控制土仓压力较难，所以掘进时必须认真对待每个环节。

（2）掘进参数的确定。采用土压式平衡盾构机施工之前，我们应该根据施工现场的不同地质特点和隧道的埋置深度来确定其掘进的主要参数。其中包括对盾构姿态、推力、扭矩、掘进速度以及刀盘转速等参数的确定，同时还需要根据掘进试验段的监测情况，对施工现场的参数进行随时调整。由于采用的是土压平衡模式，所以需要通过螺旋机的旋转出土来维持动态平衡，所以在实际施工过程中，我们还需要对螺旋机的转速和压力进行有效控制。

（3）盾构机姿态的控制。在复杂地层掘进时，对于盾构机姿态的控制尤其重要，特别是在硬岩地层和土层条件变化较大的地段，对盾构机的姿态纠正难度较大。如果采用调整千斤顶推力来纠正姿态，往往很难得到较好的效果，而且会使刀具的磨损加大，甚至会出现盾构机被卡或者管片错台的严重后果。所以在这类地层中掘进时，应该严格遵守长距离、慢纠偏的原则，避免用力过猛，造成掘进困难。

2.泥水加压式平衡盾构机施工技术要点。

（1）泥水性能的确定。在对泥水性能进行确定时，首先要确定好泥水的密度，因为在掘进开挖时，泥水可以有效控制开挖面的变形。通常认为泥水的密度可相对高些，最好能够达到开挖土体的密度。但在实际施工中，泥水密度过大，可能会影响泥浆泵的运转以及泥水处理困难，所以我们应该结合土层的结构以及设备的运行能力，对泥水密度进行合理确定；含砂量是泥水的又一关键性问题，当在强透水性土体中掘进时，泥水的含砂量及砂的最大粒径，对泥膜形成的快慢会产生直接影响。因此，我们可以选择含量适中的，粒径比土体孔隙略大的砂；通常为了保证渣土的长距离输送要求，可将泥水的流速控制在160-210m/min。

（2）掘进参数的确定。在复杂地层掘进作业时，切口的压力必须稳定，推力和刀盘的转速也要保持较低的状态。我们可通过调整导向油缸长度以及推进压力，来控制盾构的姿态。当在上软下硬的土层中掘进时，由于上部砂层的自稳定性较差，需要的切削扭矩就较低，而下部的土层硬度较高，对于刀具的阻力就会很大，尤其是软硬土层的交界处，刀具的损伤会比较严重，所以掘进过程中，为了避免刀具遭受过大的瞬时冲击荷载，可适当降低刀盘的转速，提高刀盘的扭矩；如果掘进时速度过快，就会对泥水的输送能力和泥水的处理能力造成压力，很容易导致超挖问题的产生。所以在过渡段地层掘进时，为了保证刀具的贯入度和泥水设备的处理能力相互适应，应该尽量将速度控制在15-30mm/min。

（3）盾构姿态的控制。较好的盾构姿态是减少掘进摩阻力和对地层扰动的最有效方法，它能够提高盾构机的掘进质量。我们可采取在掘进速度满足要求的情况下，降低盾构推力的方法来控制盾构的姿态。如果出现偏差，纠偏的速度不应该过快，避免形成过大的蛇形开挖面；可通过控制各推进油缸的油压和调节油缸的行程来控制盾构的姿态；对各组导向油缸的差值进行及时调整，并通过导向油缸的压力差来对盾构姿态进行控制。

结束语：在地铁隧道施工过程中应用盾构法施工具有良好的安全性、环保性与便捷性，在当前地铁工程建设中应用盾构法施工技术已经相当普遍。并且随着我国地铁建设工程的快速发展，地铁盾构施工面临许多复杂的地质条件，对技术要求也会更高，这要求相关人员对盾构法施工技术不断改进与完善，促进工程建设行业施工水平提升。