土壓平衡盾構(gòu)法在地鐵暗挖隧道工程中的應(yīng)用研討

張利華

摘要：借助盾構(gòu)法修建地鐵隧道工程，對施工技術(shù)的自動化和機(jī)械化要求比較高，再加上地鐵隧道工程本身施工環(huán)境的復(fù)雜多變，正面要求我們進(jìn)一步對地鐵隧道工程中盾構(gòu)法應(yīng)用的研究。文章將以某地鐵隧道工程為例，在了解該工程施工背景概況的基礎(chǔ)上，深入研討土壓平衡盾構(gòu)法在該工程中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道，暗挖施工，土壓平衡盾構(gòu)

1.某地鐵修建工程盾構(gòu)法施工背景概況

某地鐵工程，全長40km，沿線6個車站和車庫，均采用明挖法施工，而車站的區(qū)間隧道，則借助土壓平衡盾構(gòu)法進(jìn)行暗挖掘進(jìn)施工。地鐵盾構(gòu)推進(jìn)始于A車站，縱坡-1.8%，直至E車站，全長1240m，沿線經(jīng)過密集居民區(qū)和遇到很多水井。另外據(jù)地質(zhì)勘察報告顯示，沿線地質(zhì)中普遍含有平均粒徑65mm的礫石，礫石最大粒徑為300mm-400mm，而且地層含水量極為豐富，含水層的透水系數(shù)在 之間。

工程使用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的前端刀盤，為輪輻式，共8根輻射條，且?guī)в忻姘搴颓邢鞯?，其中面板的作用是保證掘進(jìn)過程中，有效地將開挖面土體推開，減少掘進(jìn)的阻力，相關(guān)施工經(jīng)驗證明，即便粒徑350mm的卵石土體，也能達(dá)到43%左右的正面開口率。另外盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送裝置，用于排除粒徑350mm-400mm大小的卵石，至于掘進(jìn)量與排土量的平衡，需要利用排土口旁邊的土壓力設(shè)定好土壓值。同時在排土口位置上，設(shè)置了螺旋料斗器，目的是平衡土壓和控制土砂的噴發(fā)量。

2.案例地鐵修建工程土壓平衡盾構(gòu)施工的技術(shù)建議

2.1土壓控制

地鐵隧道的開挖，必須保持開挖面的穩(wěn)定，尤其是泥土壓平衡的保持，是開挖質(zhì)量前提。本工程盾構(gòu)機(jī)在設(shè)定管理土壓值的時候，根據(jù)靜止土壓力和水壓力的和值，確定開挖面的土壓理論值，同時結(jié)合開挖面地層的具體情況，在該理論值彈性范圍內(nèi)，選擇最為合理的土壓值，并圍繞施工實情適時調(diào)整。在盾構(gòu)機(jī)開始推進(jìn)的時候，考慮到輻射刀盤里面的泥土處于密壓狀態(tài)，刀盤與攪拌器的扭矩均呈增大趨勢，因此需要假設(shè)排土量 和理論值 一致，將土壓值設(shè)定為 ；初始段掘進(jìn)完工后，將土壓值修改為 ；掘進(jìn)到 位置時，將土壓值修改為 ；掘進(jìn)到550m位置時，發(fā)現(xiàn)土層為硬粘狀，將土壓值重新調(diào)整為 。在控制調(diào)整土壓值的同時，需要同步分析土壓與扭矩、推力等之間的關(guān)系，測量出密封土倉內(nèi)泥土壓的大小。

2.2材料添加

盾構(gòu)掘進(jìn)期間，為改良地層的土體，需按照一定的配比標(biāo)準(zhǔn)，將NP石灰、膨潤土、水混合添加，其中每立方米添加 NP石灰、 膨脹土、 水，添加材料比重為1.19，但具體配比，還需視掘進(jìn)詳情予以適當(dāng)調(diào)整，譬如某區(qū)域改良后地層比重1.37，排土坍落度增加了0.22，但在掘進(jìn)約60m后，發(fā)現(xiàn)濃度太高，于是將比重下調(diào)到1.17；當(dāng)掘進(jìn)深度到達(dá)660m時，發(fā)現(xiàn)地層粘性土增多，于是將比重下調(diào)到1.09；當(dāng)掘進(jìn)深度到達(dá)760m時，發(fā)現(xiàn)地層粘性土數(shù)量更多，于是加入繼續(xù)下調(diào)比重；當(dāng)掘進(jìn)深度到達(dá)900m時，發(fā)現(xiàn)地層恢復(fù)砂層和砂礫層地質(zhì)，于是將比重上調(diào)到1.18。按照以上方法添加材料，在很大程度上改良了地層土體，將注入率控制在合理范圍內(nèi)，相應(yīng)的排土坍落度也保持在合理范圍內(nèi)，保證了掘進(jìn)施工的穩(wěn)定性，將掘進(jìn)事故發(fā)生率控制在0狀態(tài)。

2.3壓漿和掘進(jìn)

考慮到盾構(gòu)掘進(jìn)期間地層容易出現(xiàn)間隙，并造成土體損失，而壓入在強(qiáng)度、塑流性等較佳的雙液型壓漿材料，將地層間隙填充滿。本工程壓漿時，將注漿壓力控制在 范圍內(nèi)，并保持 的實際注入率。至于盾構(gòu)掘進(jìn)，工程要求保持施工的持續(xù)性，期間除了盾構(gòu)檢修耽擱掘進(jìn)作業(yè)，其余時間均能夠正常掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)到 和 時，檢查發(fā)現(xiàn)開挖面氣壓異常，施工人員利用二重注漿方式加固開挖面周圍地層后，發(fā)現(xiàn)切削刀頭嚴(yán)重受損，進(jìn)行了多次更換處理。本工程盾構(gòu)掘進(jìn)施工，主要參照以下掘進(jìn)推力和土壓的標(biāo)準(zhǔn)施工，具體如下表2-1所示：

按照以上掘進(jìn)實際推力和土壓標(biāo)準(zhǔn)范圍施工，初始段平均日掘進(jìn)量為 ，最大掘進(jìn)量為 ；正常掘進(jìn)時平均日掘進(jìn)量為 ，最大掘進(jìn)量為 。

在出洞初推段，發(fā)現(xiàn)刀盤扭矩為 ，與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不符，現(xiàn)場進(jìn)行泥量和泥土濃度的調(diào)整，將扭矩下調(diào)至 ，排土量保持與設(shè)計值的一致。盾構(gòu)機(jī)推力為 ，推力由四個部分組成，一是盾殼與土層摩阻力，數(shù)值 ；二是盾尾與管片的摩阻力，數(shù)值 ；三是開挖面與切削抵抗，數(shù)值 ；四是開挖面與土壓抵抗，數(shù)值 。

2.4構(gòu)筑物保護(hù)

工程盾構(gòu)掘進(jìn)施工范圍內(nèi)，沿線經(jīng)過密集居民區(qū)和遇到很多水井，盾構(gòu)推進(jìn)時難免擾動周圍的土體，進(jìn)而波及周圍的建筑物和埋設(shè)物等。為保護(hù)這些建筑物和埋設(shè)物，一方面采用雙液注漿法，注漿加固隧道上方的地層，期間將注漿加固地段分為3個區(qū)域，每個區(qū)域包含3個部分，注漿時暫停盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)，其中橫斷面上盾構(gòu)上半部分注漿厚度2m，而地層一次性壓漿注入率僅為35%，因此分為兩次注漿，首次是利用注漿設(shè)備在地面壓漿，第二次是借助運輸車于隧道內(nèi)運載注漿設(shè)備，在隧道內(nèi)向上壓漿，總共耗費50天注漿加固后，將隧道上方建筑物的擾動影響控制到最小狀態(tài)；另一方面是考慮到施工區(qū)域周圍水井比較多，為避免污染地下水源，工程選用無機(jī)溶液型瞬結(jié)材料，即采用特殊水玻璃、稀硫酸和水配比摻入注漿材料中，將漿液凝結(jié)時間縮短至7s-10s。通過這兩種壓漿方式，基本解決周圍建筑物和埋設(shè)物的擾動問題，同時避免對地下水源的污染，施工成效明顯。

2.5地層沉降監(jiān)測

除了以上的施工方法，施工期間還必須以始發(fā)井195m的位置作為監(jiān)測點，密切監(jiān)測地層的沉降狀態(tài)。其監(jiān)測情況如下圖2-1所示：

通常情況下，盾構(gòu)推進(jìn)施工的地表沉降，出現(xiàn)在盾構(gòu)兩邊與垂線呈45°的斜線范圍內(nèi)，但上圖所顯示的數(shù)據(jù)，表明深層土體與地表土體的沉降量基本持平，其中在盾構(gòu)掘進(jìn)前期，沒有出現(xiàn)沉降情況；盾構(gòu)機(jī)到達(dá)開挖面時，地表沉降量為1.7mm；盾尾到達(dá)時，地表沉降量為1mm，而盾構(gòu)間隙誘發(fā)的沉降量為0.4m；盾構(gòu)掘進(jìn)后期沉降量為1.9m，即整個掘進(jìn)施工期間，地表累計沉降量僅為5mm，說明本工程盾構(gòu)掘進(jìn)施工質(zhì)量過關(guān)。

3.結(jié)束語

文章通過研究，基本明確了以上案例工程盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用方法，其主要的施工技術(shù)涵蓋土壓控制、材料添加、壓漿、掘進(jìn)、構(gòu)筑物保護(hù)、地表沉降監(jiān)測幾個方面。但考慮到不同地鐵工程盾構(gòu)掘進(jìn)施工要求和條件的差異性，以上方法在其他工程中應(yīng)用時，還需結(jié)合具體工程的實際施工情況，予以靈活地參考借鑒。

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