長距離硬巖地層的盾構(gòu)隧道施工技術(shù)探析

趙武強　賈進博　查慶

摘要：隨著社會經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展與進步，我國交通運輸業(yè)有了良好的發(fā)展空間，同時不斷增多的車流量也給城市的交通帶來了巨大的壓力，特別是地面交通已經(jīng)無法滿足人們的需求，因此地鐵的發(fā)展成為了人們關(guān)注的重點。文章對長距離硬巖地層的盾構(gòu)隧道施工技術(shù)進行了研究，以期供讀者參考借鑒。

關(guān)鍵詞：長距離；硬巖地層；盾構(gòu)法；隧道施工技術(shù)；交通運輸業(yè) 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2015）31-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.052

1 概述

為了分析長距離硬巖地層的盾構(gòu)隧道施工技術(shù)，本文以某長距離硬巖地層隧道施工為例，研究盾構(gòu)隧道施工技術(shù)的應(yīng)用。工程全長為11927米，隧道建設(shè)所要穿越的地層地質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、全風化的花崗片麻巖、強風化的花崗片麻巖、中等風化的花崗片麻巖、微風花的花崗片麻巖以及碎石土，其中全風化和中等風化的花崗片麻巖最多，在實際的施工中，發(fā)現(xiàn)存在抗壓強度是137MPa的巖石，地層地質(zhì)較為復(fù)雜，因此對于盾構(gòu)機的刀盤與刀具要求較高，合理地選擇適合的刀盤、刀具有利于提高工程的掘進速度，對促進工程高效率完工具有積極的作用。

2 盾構(gòu)機的選擇

2.1 盾構(gòu)機的構(gòu)成

主機以及配套設(shè)備為盾構(gòu)機的構(gòu)成，其中主機主要包含刀盤及其驅(qū)動、推進系統(tǒng)、盾體、輸送機、控制室以及管片拼裝機，而配套設(shè)備主要包含渣土改良、出渣、同步注漿、管片輸送、控制、液壓、供電、壓縮空氣、連續(xù)皮帶輸送、通風以及水循環(huán)等系統(tǒng)。本文選擇的盾構(gòu)機總長為375米（含加利福尼亞道岔），刀盤的開挖為5750毫米，開口率為28%。

2.2 刀盤

本文選擇的刀盤鋼結(jié)構(gòu)原料主要是鑄鋼（Q345R），結(jié)構(gòu)是面板式的焊接結(jié)構(gòu)，刀盤上已經(jīng)安裝好各類型的刀座，刀盤與主驅(qū)動之間的連接主要是通過中心鑄鋼件的法蘭盤（扭力臂式）來進行連接，以便于傳遞推力及扭矩，讓正反方向的旋轉(zhuǎn)切割效果一致。刀盤的開口槽為沿著刀盤十字線分布的開口槽，有8個長條扇形的孔，開口槽壁板和刀盤鋼板呈后擴張八字狀，以便于泥土能順利進入到土倉中，促進掘進的效率，開口槽最大寬度是200毫米，渣土先是由開口槽直接進入到土倉之后再經(jīng)過螺旋輸送機送出。根據(jù)工程硬巖特性，刀盤在容易出現(xiàn)磨損部位焊接了較多的網(wǎng)格狀耐磨合金顆粒，且刀盤的圓周上也安置了耐磨的合金環(huán)，提高其耐磨性與使用壽命，促進掘進效率的

發(fā)展。

2.3 刀具

根據(jù)刀盤不同區(qū)域的特點和各種刀具（例如齒刀、滾刀和刮刀）對土層的作用，結(jié)合工程施工的地質(zhì)后，選擇的刀具布置為：在刀盤的中間區(qū)域設(shè)置4個雙刃的滾刀、32個單刃的滾刀、16個邊緣滾刀以及64個齒刀，其中滾刀比刀盤的面板高175毫米，齒刀和刮刀比刀盤的面板高140毫米。由于滾刀比齒刀和刮刀高35厘米，在進行掘進的時候能有效保護齒刀和刮刀不會被磨損損壞，滾刀通過滾壓作用來破開巖石，刮刀松動和切割開挖面，邊緣刮刀矯正隧道的開挖圓周，保證工程掘進嚴格依照施工設(shè)計進行，提高施工效率。

3 盾構(gòu)掘進

3.1 掘進參數(shù)控制

由于在硬巖中施工不僅需要盾構(gòu)掘進擁有較大的推力，而且硬巖施工還會磨損刀具，讓管片錯臺破損更為嚴重，因此必須要對掘進的參數(shù)進行控制，以利于推動長距離硬巖地層的盾構(gòu)隧道施工順利實施。以下為掘進參數(shù)的具體控制方法：（1）如果硬巖底層較為穩(wěn)定，則掘進方式可以選擇為敞開式施工，以降低推力的消耗，增大盾構(gòu)機的作用力，讓刀具的破巖更為順利；（2）為了保證掘進效果，施工人員應(yīng)該盡可能提高刀盤轉(zhuǎn)速，在掘進時可以設(shè)置轉(zhuǎn)速為1.8～20r/min，以降低刀盤扭矩；（3）在實際的掘進中，施工人員應(yīng)該嚴格控制盾構(gòu)掘進速度，最大可能地降低刀具的磨損情況，通?？刂茷?0mm/min最宜，同時施工人員還應(yīng)該根據(jù)掘進參數(shù)調(diào)整掘進速度，保證掘進的高效完工；（4）對于掘進的推力可以設(shè)置為9000～15000kN，而刀盤的扭矩可以設(shè)置為20000～30000kN·m。

3.2 掘進控制

長距離硬巖地層的盾構(gòu)隧道施工掘進控制主要為：（1）在實際的施工中，發(fā)現(xiàn)工程硬巖巖渣流塑性較差，需要調(diào)整泡沫劑用量以改善其巖渣的流塑性，以便螺旋機出土能更順暢，形成土塞效應(yīng)以控制土倉的壓力；（2）在掘進時，由于圍巖對盾構(gòu)機影響較大，容易使得盾構(gòu)機自轉(zhuǎn)及震動較大，因此在施工時應(yīng)該注意盾構(gòu)掘進的姿態(tài)，在改變其姿態(tài)的時候應(yīng)該盡量保證平穩(wěn)過度，避免磨損刀具，影響管片的拼裝有效性，同時，對于盾構(gòu)機自轉(zhuǎn)偏離情況可以利用反轉(zhuǎn)刀盤的方式調(diào)整滾動角來實現(xiàn)。由于工程施工的圍巖強度較高，刀具在進行擠壓和切削巖體的時候，會釋放出較多的熱量，致使刀具自身的溫度上升，加劇刀具的磨損，降低其使用壽命，同時，刀具的溫度上升還會使得土倉的溫度增加，甚至達到80℃左右，在這種情況下，隧道建設(shè)的溫度會高達40℃，不僅容易影響硬巖地層盾構(gòu)掘進的有效進行，嚴重時還會危及到施工人員的生命財產(chǎn)安全。因此，對于刀具的使用可以通過加入泡沫劑來降低其溫度上升的情況，改善土壤質(zhì)量，減少刀具和圍巖之間的摩擦，如果施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度存在上升情況，則施工人員可以利用冷卻的循環(huán)水系統(tǒng)降溫，確保施工環(huán)境處于正常溫度下，保障工程施工的有效進行。

3.3 注漿

由于在硬巖地層進行盾構(gòu)掘進會使得圍巖收斂減少，管片壁與圍巖之間存在一定的空隙，在這情況下如果不及時填充空隙，將會導致管片在千斤頂影響下出現(xiàn)上移，在實施掘進過程中，管片會出現(xiàn)較為劇烈的晃動情況，不僅會影響到管片拼裝質(zhì)量，出現(xiàn)滲水、錯臺和破損等情況，嚴重時甚至會影響工程質(zhì)量，因此有效的注漿方式十分重要。

有效的同步注漿方法能有效改善管片拼裝質(zhì)量問題，所以施工人員在進行同步注漿的時候，應(yīng)該根據(jù)掘進的實際速度來控制注漿的速度，依照地層的埋深情況來調(diào)整好注漿的壓力，以控制注漿量。保證注漿的漿液能在管片和圍巖之間填充緊密，讓漿液能在管片與圍巖之間形成填充層，保證管片拼裝后的成型并形成隧道的防水層，避免出現(xiàn)滲水的情況。由于工程屬于硬巖地層，因此在漿液的調(diào)配上應(yīng)該加大水泥用量，讓漿液能盡早凝結(jié)。如果在進行注漿的時候出現(xiàn)注漿不充分、漿液沒有完全填充、注漿參數(shù)設(shè)置并不合理等情況，則應(yīng)該及時地實施二次注漿，防止出現(xiàn)地面沉降問題。

4 結(jié)語

地鐵具有節(jié)省土地、噪音少、干擾少、污染低、節(jié)約能源的優(yōu)勢，而且出行便利，作為出行工具已逐漸被人們所認可，因此近年來地鐵隧道的相關(guān)工程不斷增多，工程所涉及到的地形地勢也逐漸復(fù)雜起來，傳統(tǒng)的成洞方法如礦山法已經(jīng)無法滿足地鐵隧道的成洞要求，特別是長距離的硬巖地層隧道建設(shè)更是有著較多的弊端，所以本文以某長距離硬巖地層隧道施工為例，從盾構(gòu)機的選擇到盾構(gòu)掘進施工具體控制，淺析盾構(gòu)法施工技術(shù)的實際應(yīng)用，以期解決長距離硬巖地層隧道施工困難的現(xiàn)狀，推動長距離硬巖地層盾構(gòu)隧道建設(shè)的發(fā)展。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）endprint