土压平衡盾构下穿断裂带施工控制技术

土压平衡盾构下穿断裂带施工控制技术

白国宇

西安铁一院工程咨询管理有限公司 710065

摘要：土压平衡盾构作为一种常见的盾构形式，在施工控制技术方面具有重要意义。特别是在盾构下穿断裂带的过程中，由于地质条件复杂多变，施工难度和风险大大增加。因此，研究土压平衡盾构下穿断裂带施工控制技术，对提高盾构施工质量和安全具有重要意义。

关键词：土压平衡盾；下穿断裂带；控制技术

一、引言

土压平衡盾构下穿断裂带施工控制技术是当前地下工程建设中一项关键的施工技术。在城市地铁、地下管道等工程建设中，经常会遇到断裂带等复杂地质条件，给施工带来极大的桃战。土压平衡盾构技术作为一种先进的施工方法，能够适应复杂地质条件，提供高效、安全的掘进方式，得到广泛应用。

土压平衡盾构施工主要利用盾构机的外壳和管片形成围护结构，在掘进过程中通过切削和支撑来维持掌子面的稳定，同时采用同步注浆和二次注浆技术对围岩进行填充和加固，从而控制地层沉降和变形，确保施工质量和安全。

然而，在土压平衡盾构下穿断裂带施工过程中，由于断裂带地质条件复杂，可能存在突涌水、岩溶、裂隙等问题，给施工带来极大的风险和挑战。因此，为了确保施工安全和质量，必须采取一系列的控制措施。

二、土压平衡盾构施工原理及特点

土压平衡盾构是一种广泛应用于城市地铁、市政管道等地下工程的盾构形式。其工作原理主要是通过控制盾构开挖面的士体压力，使其保持在一个合适的范围内，从而有效地控制地层变形、地表沉降等问题。土压平衡盾构的特点在于其能够根据不同的地质条件，实时调整土体压力，以达到最佳的施工效果。

三、下穿断裂带施工难点

在盾构下穿断裂带的过程中，由于地质条件复杂多变，盾构施工面临着许多难点。首先，断裂带岩体往往存在着较大的变形和位移，对盾构机的姿态调整和掘进速度控制提出了更高的要求。其次，断裂带可能会导致地下水丰富，从而增加了盾构施工的风险。此外，断裂带还可能存在不良地质体，如孤石、溶洞等，需要采取特殊的施工措施进行应对。

四、施工控制技术

为了确保土压平衡盾构下穿断裂带施工的顺利进行，以下施工控制技术需要得到重视。

（一）精确地质勘查与风险评估

在进行土压平衡盾构下穿断裂带施工之前，进行精确的地质勘查和风险评估是至关重要的。地质勘查能够提供关于施工区域的地质条件、岩土性质、断裂带分布和地下水状况等信息，为制定合理的施工方案和应对措施提供依据。风险评估则是对施工中可能遇到的风险进行预测和评估，以便采取相应的风，险管理措施，确保施工的安全和稳定。

在精确地质勘查方面，可以采用地球物理学方法、钻探和试挖等方法。地球物理学方法包括地震波勘探、电阻率勘探等，可以大范围地探测地层分布、岩性特征和断裂带位置等信息。钻探和试挖可以获取更准确的土体样本和地质数据，为制定施工方案提供依据。

在进行地质勘查的同时，还需要进行风，险评估。风险评估包括对施工安全、环境影响、社会影响等方面的评估。针对断裂带施工的风险评估，应考虑断裂带的稳定性、地下水情况、地层位移和可能遇到的特殊地质体等因素。根据风险评估结果，可以制定相应的风险管理措施，如加强掘进控制、采用支护结构、制定应急预案等。

（二）合理调整盾构机参数

在土压平衡盾构下穿断裂带施工过程中，合理调整盾构机参数是施工控制技术的关键之一。盾构机的参数包括推进油缸每组压力、刀盘转速、总推力等，这些参数的调整直接影响着盾构掘进的方向、速度和稳定性。

推进油缸每组压力的调整与盾构掘进方向有关。当盾构油缸左侧压力大于右侧时，盾构姿态自左向右摆；当上侧压力大于下侧压力时，盾构姿态自上向下摆。因此，可以根据盾构掘进方向的需要，适当调整推进油缸每组压力，以控制盾构姿态。

刀盘转速的调整与盾构掘进速度有关。在盾构掘进过程中，适当的刀盘转速可以提高掘进速度，但过快的刀盘转速容易导致刀具磨损和盾构姿态失控等问题。因此，需要根据实际情况选择合适的刀盘转速。

总推力的调整与盾构掘进的稳定性有关。总推力过小容易导致盾构掘进不连续或发生“栽头”现象，而总推力过大则容易导致盾构姿态失控或发生“叩头”现象。因此，需要根据实际情况选择合适的总推力，以保证盾构掘进的稳定性和安全性。

（三）加强同步注浆与二次注浆

同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行。浆液在盾尾空隙形成的舜间及时起到充填作用，从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。

即时注浆是通过管片上注浆孔将浆液注入管片背后的方法，其浆液充填时间滞后于掘进一定的时间。一般运用于自稳能力较强的地层。

二次补强注浆为提高背衬注浆层的防水性及密实度，考虑前期注浆效果不佳以及浆液固结率的影响，必要时在同步注浆结束后进行补强注浆。补强注浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差，致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施。

（四）实时监测与反馈

在施工过程中，必须对施工质量进行实时监测，以及时纠正可能出现的问题，确保施工过程的良好开展。

实时监测方法的选择取决于施工过程中需要监测的对象，例如，可以安装测量仪器以检测各种条件下的温度、湿度和环境压力，也可以使用电子测距仪测量建筑物结构的精确度和垂直度。在检测过程中，要连续监测和记录各种参数，如温度、湿度和其他环境条件，并将数据实时上传到问视化平台，以便对数据进行分析和处理。

除了实时监测外，还需要及时对监测数据进行反馈。当监测数据出现异常或不符合规范要求时，必须及时采取措施动加以纠正。例如，当监测到盾构机掘进速度过快时，可以采取降低刀盘转速或减小N总推力等措施进行调整。

（五）特殊地质体的处理

针对断裂带中可能存在的特殊地质体，应采取特殊的处理措施。例如，对于较大的孤石或溶洞等特殊地质体，可采用预加固措施提高其稳定性，防止掘进过程中发生意外情况。对于地下水丰富区域，应加强止水处理，采用合适的方法和材料进行封堵和排水，以避免因地下水涌入导致掘进困难和地表沉降等问题。

在处理特殊地质体时，还需要注意以下几点：

1.要对特殊地质体进行详细的地质勘查，了解其分布、规模、岩性和地下水等情况，以便制定合理的处理措施。

2.要根据实际情况选择合适的处理方法和技术，综合考虑安全、质量、施工进度和经济性等因素。

3.要加强施工现场的监测和监控，确保处理措施的有效性和安全性，及时发现和解决问题。

五、结论

土压平衡盾构下穿断裂带施工控制技术是确保地铁、市政管道等地下工程安全、顺利进行的关键。在施工过程中，应注重精确地质勘查与风险评估、合理调整盾构机参数、二次注浆与实时监测反馈等技术，以应对断裂带带来的施工难点和桃战，实现高效、安全的盾构施工。此外，对于特殊地质体，应采取特殊的处理措施，确保施工安全和质量。合理安排施工顺序和资源调配，确保处理过程的协调和高效，尽可能减少对周边环境和居民的影响。同时，不断优化和改进施工工艺和技术也是提高地下工程建设可持续性和社会效益的关键。综上所述，土压平衡盾构下穿断裂带施工控制技术对于保障地铁、市政管道等地下工程的建设质量和安全具有重要意义。

参考文献

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