溶洞地層盾構(gòu)施工技術(shù)探究

蒼盛

摘 要：在巖溶分布如此廣泛的地區(qū)上修建城市軌道交通，對(duì)于勘察及其處理技術(shù)、以及盾構(gòu)施工技術(shù)的要求很高。若其中某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，有可能造成隧道坍塌等后果，從而影響線路的推進(jìn)，或者導(dǎo)致施工進(jìn)度中斷，甚至換線等嚴(yán)重后果。本文對(duì)溶洞地層盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了闡述，為后續(xù)工程提供寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：溶洞地層 盾構(gòu)施工技術(shù)

一、溶洞對(duì)隧道工程的影響

當(dāng)隧道穿過(guò)可溶性巖層時(shí)，有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生組塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時(shí)遇到填滿飽含水分的充填物溶槽，當(dāng)坑道掘進(jìn)至其邊緣時(shí)，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。有時(shí)遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量滿入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯(cuò)、分支錯(cuò)綜復(fù)雜、范圍寬廣，處理十分困難。[1]

二、盾構(gòu)機(jī)原理

1.泥水加壓式盾構(gòu)

所謂泥水加壓式盾構(gòu)就是在刀盤后面設(shè)置一個(gè)封閉隔板，稱之為泥水艙。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)通過(guò)刀盤切削土體，然后在泥水艙內(nèi)加入水和添加劑制成泥漿用來(lái)抵擋前方土壓和水壓，通過(guò)輸送管道把泥漿輸送到地面，經(jīng)過(guò)這樣帶動(dòng)整個(gè)泥水艙，經(jīng)過(guò)不斷地掘進(jìn)—切削土體—攪拌成泥漿，輸送地面—再掘進(jìn)的循環(huán)過(guò)程，使得盾構(gòu)不斷推進(jìn)，其中用來(lái)抵擋掌子面上的土壓和水壓，稱之為泥水壓力。通過(guò)泥水壓力平衡掌子面的水、土壓力，不斷前進(jìn)的盾構(gòu)，稱為泥水加壓式盾構(gòu)。[2]

2.土壓平衡式盾構(gòu)

土壓平衡式盾構(gòu)與泥水加壓式盾構(gòu)不同之處在于，抵擋掌子面前方的水、土壓介質(zhì)不同。泥水加壓式盾構(gòu)的介質(zhì)為泥水，而土壓平衡式盾構(gòu)的介質(zhì)為泥土。但保持掘削面的穩(wěn)定的原理是一樣的。

三、掘進(jìn)施工

1.盾構(gòu)掘進(jìn)施工前準(zhǔn)備

盾構(gòu)掘進(jìn)施工前，采用地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)詳細(xì)探明溶洞、土洞情況，在地面建筑物密集區(qū)無(wú)鉆孔及雷達(dá)探測(cè)條件的區(qū)段采用盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中利用超前地質(zhì)鉆探探測(cè)溶洞、土洞情況。根據(jù)溶洞、土洞特點(diǎn)對(duì)其采用不同方法進(jìn)行處理。在未勘測(cè)地段掘進(jìn)中，采用超前地質(zhì)鉆探發(fā)現(xiàn)溶洞（土洞）后，及時(shí)進(jìn)行溶洞處理，在隧道貫通后采用管片預(yù)留注漿孔進(jìn)行洞內(nèi)注漿處理。盾構(gòu)掘進(jìn)根據(jù)地質(zhì)條件，計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)的初始值，在施工過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

2.掘進(jìn)速度

推進(jìn)速度根據(jù)地層確定，一般控制在2cm/min，由于巖面不規(guī)則，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)抖動(dòng)大，適當(dāng)控制掘進(jìn)速度，減小掘進(jìn)對(duì)周圍地層的擾動(dòng)，保證地層穩(wěn)定。

3.注漿

同步注漿量為6～8m3，同時(shí)，滯后盾構(gòu)掘進(jìn)環(huán)5環(huán)進(jìn)行雙液漿加強(qiáng)注漿。加強(qiáng)注漿壓力控制在0.5MPa以內(nèi)，注漿量以壓力控制為準(zhǔn)。

4.管片拼裝

管片采用錯(cuò)縫拼裝，增強(qiáng)整體剛度。管片采用高強(qiáng)螺栓連接，管片拼裝完成后及時(shí)擰緊螺栓，同時(shí)在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)已拼裝完成的管片螺栓檢查，及時(shí)做好螺栓復(fù)擰工作，減少管片變形空間。同時(shí)加強(qiáng)管片外二次注漿，減小管片變形空間，穩(wěn)固管片。

5.盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程控制

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格監(jiān)視土倉(cāng)壓力、扭矩、刀盤壓力、盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)、盾構(gòu)及管片姿態(tài)等參數(shù)。土倉(cāng)壓力變化，壓力突然降低或上升時(shí)，立即停機(jī)，分析發(fā)生原因，及時(shí)進(jìn)行處理，處理完成后再恢復(fù)掘進(jìn)。

加強(qiáng)渣樣分析，為掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)?？刂仆屏暗侗P轉(zhuǎn)速，根據(jù)主控室內(nèi)能顯示的刀盤受力分布的狀況，體會(huì)掘削面巖塊分布位置，控制刀具磨損，防止刀圈崩裂。

6.刀具檢查及更換

盾構(gòu)掘進(jìn)前，先初步擬定盾構(gòu)開倉(cāng)位置，并加強(qiáng)對(duì)該段地層進(jìn)行加固處理。在施工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際的掘進(jìn)、刀具磨損情況，及時(shí)更換刀具。如果不能在預(yù)定開倉(cāng)位置進(jìn)行換刀，則根據(jù)地層條件，采用帶壓換刀的技術(shù)，在保證土倉(cāng)壓力的情況下進(jìn)行換刀。

7.地面無(wú)條件進(jìn)行溶洞處理地段盾構(gòu)掘進(jìn)

由于地面部分地段建筑物密集，如果采用地面溶洞處理的方法，需要進(jìn)行建筑物拆遷或租用，大幅增加造價(jià)。因此需進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的溶洞處理。

在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，利用盾構(gòu)機(jī)上預(yù)留孔進(jìn)行超前地質(zhì)鉆探。若發(fā)現(xiàn)溶（土）洞，利用超前鉆孔灌注雙液漿進(jìn)行溶洞處理。在盾構(gòu)完成后，利用管片上預(yù)留注漿孔進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

四、施工測(cè)量及監(jiān)測(cè)

1.施工測(cè)量

盾構(gòu)機(jī)安裝了一套VMT公司的SLS-TAPD盾構(gòu)激光導(dǎo)向系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)Χ軜?gòu)在掘進(jìn)中的各種姿態(tài)、以及盾構(gòu)的線路和位置關(guān)系進(jìn)行精確的測(cè)量和顯示。操作人員可以及時(shí)根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的信息，快速、實(shí)時(shí)地對(duì)盾構(gòu)的掘進(jìn)方向及姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，再附以人工測(cè)量復(fù)核，保證了盾構(gòu)掘進(jìn)方向的正確。

建立高精度導(dǎo)線控制網(wǎng)，采取強(qiáng)制歸心，將點(diǎn)位建立在區(qū)間隧道附近較穩(wěn)定的建筑物上。高程控制點(diǎn)為II等水準(zhǔn)網(wǎng)，遠(yuǎn)離施工區(qū)。通過(guò)控制網(wǎng)，用方向線法或投點(diǎn)法向井下傳遞，雙導(dǎo)線進(jìn)洞，并在井內(nèi)組成小控制網(wǎng)向隧道內(nèi)傳遞。洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)每掘進(jìn)100環(huán)復(fù)核一次。

2.施工監(jiān)測(cè)

采用地表和深層觀測(cè)相結(jié)合的方法。沿隧道中線在地表設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)。

進(jìn)出洞區(qū)30m范圍內(nèi)每5m設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，每間隔10m設(shè)置一沉降觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置7個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；正常掘進(jìn)段每10m設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，每間隔30m設(shè)置一沉降觀測(cè)斷面。線路影響范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物設(shè)置沉降、位移、傾角觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)建（構(gòu)）筑物進(jìn)行觀測(cè)。每天兩次測(cè)量盾構(gòu)機(jī)刀盤前20m、盾尾后30m地面沉降，經(jīng)計(jì)算分析后，作為調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的依據(jù)。

每天對(duì)已拼裝完成的管片姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍為掘進(jìn)環(huán)后60環(huán)。根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，作為管片外注漿防止管片上浮、變形的依據(jù)。保證成型隧道質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，盾構(gòu)穿越不同的溶洞形態(tài)時(shí)，需做好預(yù)防措施。盾構(gòu)施工前要做好超前鉆探，對(duì)出現(xiàn)溶土洞的地區(qū)要適當(dāng)加密勘察，盡量探明溶土洞的數(shù)量、類型、大小及分布等。同時(shí)，還要控制對(duì)溶洞的處理質(zhì)量，對(duì)相互連通的溶洞要加強(qiáng)注漿，施工時(shí)防止噴涌，另外，還要加強(qiáng)同步注漿以及二次注漿。

參考文獻(xiàn)

[1]任建喜.黃土地區(qū)地鐵盾構(gòu)下穿鐵路變形控制技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)2013.5 57-62.

[2]呂培林.軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道下穿鐵路干線引起的線路沉降規(guī)律分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)2007.3 12-16.