地铁复杂地质条件的盾构施工技术

周 翔

中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000

1 复杂地质条件下施工技术的重要性

复杂地质条件下，地铁施工技术对地铁的建设质量有着直接影响，因此在开展施工作业的过程中，需要有效落实复杂地质的考察工作，只有在掌握地质状况的基础之上，才能够选择最为合理的施工技术，以此达到提升施工质量和施工效率的目的。同时，在开展地铁建设工作的过程中，还应该加大对施工成本投入工作的重视力度，在不断提升施工质量的同时，控制企业成本，重视企业和市场的健康发展，只有这样才能够在发展过程中占得先机，并且提升企业的竞争力。正是因为地铁建设过程包含多方面的内容，所以该项工作的开展需要将不同领域的知识相互交融起来，这就需要相关部门有效落实施工前期的交流以及方案的建设工作，为地铁工程项目施工作业的顺利开展提供良好的条件。地铁项目的建设不仅能够在一定程度上缓解城市交通压力，还能够降低对城市带来的污染，在优化城市居民生活环境方面发挥着关键的作用。

2 盾构施工安全影响因素

2.1 土舱压力的对比

为了能够掌握不同的土舱压力对地表位移产生的影响，文章通过模拟隧道的真实情况，将土舱压力分别设定为0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa 以及0.45MPa。

（1）不同土舱压力下的地表位移变化。在不同的地表压力下开展试验工作，并且借助数值模拟变形曲线。如果隧道土舱压力为0.3MPa，就会使地表产生小幅度的沉降位移现象，已经开挖的地表部分沉降的最大幅度将达到-2.29mm，而没有开挖部分的地表沉降位移为-1.99mm，位移沉降较小。对隧道给予不同的土舱压力，随着压力不断增加，整体地表会表现出小幅度的沉降。在具体开展盾构施工作业的过程中，如果需要对土舱压力进行调整，就需要严格按照场地的实际情况以及地表的沉降监测数据来开展该项工作。

（2）不同土舱压力下的应力变化。对于盾构机不同的土舱压力，隧道没有开挖部分土地的应力也不同。对于盾构开挖刀盘前方位置的土体，应力对其产生的影响比较大，尤其是会表现出较大的主应力，而土体上方位置的应力则相对较弱，盾构机周围土体的应力变化也比较明显，同时随着土舱压力的不断增加，掌子面的压力也会随之增加。

2.2 注浆量影响因素对比

隧道工程是地铁盾构施工主体，在开挖地铁隧道的过程中，需要设置管片，管片的设置应该遵循每掘进12m 增加一级管片的原则，对于管片和隧道土体之间的空隙，需要有效落实缝隙的注浆填充工作，以便能够减少地表沉降，并且可以有效改善周围的土体。在开展模拟工作的过程中，需要根据管片的厚度来决定注浆的数量，原有的管片厚度为300mm，需要借助弹性模量改变有效厚度，等效厚度注浆为50mm、100mm、150mm 以及250mm。使用数值模拟能够将注浆量差异性地表沉降变化曲线显示出来，随着等效厚度的不断增加，地表沉降将会越来越小[1]。在开展地铁盾构施工的实际注浆环节，科学合理地注浆会减小地表的沉降变化，但是如果注浆数量太多，就会导致地表隆起，从而破坏土地的稳定性，加大地表沉降。由此可见，在具体开展盾构施工作业的过程中，需要根据实际情况以及地表位移监测数据来确定合理的注浆量。

2.3 隧道穿越不同土层的影响

面对复杂的地质条件，在隧道开挖过程中使用盾构施工技术，穿越土层的差异性非常大，在穿越上硬下软土层时，借助模拟能够掌握地表的变化状况。隧道在0.35MPa 的土舱压力下，在应对全风化软土层时，上部位置呈现硬土层风化土，而在对其实施全面挖掘之后，就会使地表位移发生变化，随着开挖工作的不断推进，会使得整体地表的位移逐渐减小，最大位移和最小位移之间的差距不大，同时地表的变化也不明显。在上软下硬的土层中开展隧道施工作业，应力变化并不明显，掌子面上的应力变化比较大，在这样的地质土层中，由于受到土舱压力变化的影响，应力应变值产生影响的区域远远大于硬土层，但是对下部土体并不会产生太大的影响，主要是因为下部的土质经过硬化之后会成为硬土层风化类型，其土体稳定性相对较好[2]。

3 盾构法在复杂地质中的应用

3.1 土压平衡盾构技术

（1）选择合适的模式。半敞开式模式、敞开式模式以及土压平衡模式是土压式平衡盾构机的三种模式。在掘进模式的选择方面，需要结合地层的表现特征以及实际条件选择合适的掘进模式。通常情况下，应该将敞开式模式作为全断面岩层的掘进方法，需要使用泡沫对渣土进行改良。使用这种模式时无需频繁调节土舱压力，只要确保土舱压力大于土压力以及掌子面的水压即可。对于比较复杂的砂卵石土层以及上软下硬的土层，需要用到土压平衡的掘进方法。在这种复杂的土层掘进工作中，对于土舱压力的控制比较困难，要求施工人员做好各个细节位置处的处理工作。

（2）明确掘进参数。在使用土压平衡盾构机之前，要求施工方按照隧道的埋置深度以及施工现场的地质条件确定掘进参数，包含掘进速度、刀盘转速、推力、扭矩以及盾构姿态等。此外，还应该有效落实试验监测工作，根据试验阶段监测反馈对施工现场的数据进行随时调整。由于施工过程中用到的是土压平衡的方法，这就需要用到螺旋机旋转以确保土层的动态平衡。在施工过程中还需要对螺旋机的转速以及压力进行合理控制，最大限度地确保生产作业的有序性。

（3）合理控制盾构机姿态。对于复杂地层的掘进工作，应有效落实盾构机姿态的控制工作，特别是对土层变化比较大的硬岩石层以及地段，难以对盾构机的姿态进行纠正。实践经验表明，使用千斤顶是最为有效的纠正姿态的方法，能够取得很好的效果。但是千斤顶的使用会增加刀具的磨损程度，还有可能会引发盾构机被卡以及管片错台的故障，这就需要在开展地层施工作业的过程中严格遵循长距离、慢纠偏的原则，不可用力太大，不然就会增加施工作业难度。

3.2 泥水加压平衡技术

（1）确定泥水性能。在确定泥水性能的过程中，需要确定泥水的密度。泥水是掘进工作开展过程中有效避免开挖面变形现象出现的关键。通常情况，应该尽可能提升泥水密度，使其与开挖土体密度一致。但是，在具体实践过程中，一旦泥水的密度太大，就很有可能对泥浆泵的处理能力产生影响，增加泥水处理工作难度，还会引起泵运转不达标的现象。

（2）确定掘进参数。在开展复杂地层掘进工作的过程中，需要确保切口压力的稳定性，同时应该使推力和刀盘转速处于水平状态。对于盾构姿态的控制，需要用到调整导向油缸长度以及推进压力的方法。如果在上软下硬的土层中开展各项工作，由于上层砂层自身的稳定性不高，所需的切削扭转相对较低，随着下层土层硬度的不断增大，对刀具的阻力也会比较大，会对刀具产生严重的损伤，特别是在软硬土层相接的位置。在开展掘进工作的过程中，为了能够有效避免刀具受到较大荷载作用，需要提升刀具扭矩、放缓刀盘转速。如果掘进速度太快，就会加剧泥水输送压力以及处理压力，在这一阶段很有可能出现超挖现象。

4 盾构施工过程中需要注意的问题

4.1 开挖前做好勘测工作

在开展挖掘工作之前，需要全面落实掘进路线的地质勘测工作，以便掌握掘进过程中可能遇到的各种复杂地质，比如在土层以及断层薄弱环节，需要根据测得的地质情况制订合理的预防措施，以此控制地质问题对盾构施工带来的影响[3]。此外，还应该按照地质情况构件科学合理的盾构机保养机制，并且针对特殊情况还需制订应急措施。盾构施工作业的开展还应该严格按照地质勘测结果了解地质变化情况，保障盾构施工的高效性。

4.2 预防管片上浮问题

管片上浮对于盾构施工作业的正常开展影响也相对较大，因此在施工前需要施工人员准确勘测地质情况，并且要按照盾构施工参数对其给予相应的指导，以便在出现管片上浮问题之后能够及时进行调整。此外，还应该合理把控盾构掘进速度，结合施工工程项目的需要使用千斤顶，以免施工过程中出现超标现象而引发坍塌故障。

4.3 避免地面沉降措施

在开展盾构施工作业的过程中，沉降问题比较常见，因此在开展盾构施工作业前需要制订合理的预防措施，并选择相应的盾构机，以免出现地面沉降问题。此外，注浆还会对地面沉降产生影响，这就需要根据土质参数来调整注浆时间以及速度。

5 结束语

总之，在我国城市交通压力不断增大的时代背景下，地铁工程逐渐成为城市交通系统的主要组成结构，但是受复杂的地质环境的影响，地铁工程施工过程中会遇到各种类型的问题，这就需要选择合适的盾构机，同时要应用科学合理的施工技术，确保地铁盾构施工作业的顺利开展。