复杂地质条件下地铁盾构施工要点分析

复杂地质条件下地铁盾构施工要点分析

李家伟

广东华隧建设集团股份有限公司 广东广州 510000

摘要：阐述了盾构施工的基本概念、基本原理、常见设备类型、技术特征等，从施工安全性、效率、影响力、适用范围4个角度出发，对盾构施工的优势进行了分析。介绍了盾构施工的基本工艺流程，指出了前期准备、出洞、试推等环节的主要内容，并总结了施工要点，根据复杂地质工况下的地铁盾构施工现状，针对施工中常见的质量问题等，提出了施工质控要点与注意事项。

关键词：地铁工程；盾构施工；复杂地质条件

引言

在地铁隧道盾构工程下穿既有地铁运行线路的施工中，对施工安全和质量控制的难度较大，需要根据地形、地貌、地质和临近建筑物等情况，应用有针对性的隧道盾构施工技术，消除对既有地铁运行线路的不良影响，保证地铁隧道盾构施工安全，创造优质地铁工程。本文以某城市A地铁隧道盾构工程为研究对象，重点研究了地质勘察与施工方案、盾构施工过程控制、盾构机掘进控制、注浆控制等方面的关键施工技术，并对监测内容、监测方法、监测点位、监测数据和监测结果进行分析。

1盾构掘进性能因素

隧道项目中机械开挖的性能分析和预测非常重要，因为整个项目的进度/完工时间和单位成本/盈利能力都是基于隧道性能进行的。这在使用盾构掘进机的大断面隧道工程中尤为重要，因为盾构掘进是一个复杂的土－机相互作用过程，受到许多因素的影响。这意味着，在了解性能的复杂性和动态性之前，研究可能影响盾构掘进性能的因素至关重要。如先前研究中所述，盾构掘进性能受许多因素影响，这些因素可分为三大类:几何特征、地质条件和盾构机可靠性。首先，几何参数对盾构掘进隧道的盾构掘进性能和开挖速度有决定性影响，如距隧道面的距离、隧道轴线距地面的深度和隧道直径。因此，深度与直径之比超过2．5的较深隧道对盾构机的扭矩有很大影响。换句话说，较深隧道的性能将低于较浅隧道。由于直径没有变化，几何参数的影响将随着盾构隧道纵向发展中开挖深度的增加而扩大。其次，在盾构掘进之前必须了解地质和水文地质条件。这些条件将影响设计施工阶段并避免意外事件。盾构刀具在隧道开挖过程和盾构开挖效率与土壤类型有关。然而，几乎不可能对隧道沿线每段的土壤类型进行详细的地质调查，因此很难获得土壤类型的真实值。因此，许多研究基于盾构监测数据，通过数值和反分析技术研究了地面条件或土壤参数对盾构性能的影响。特别是，研究了两个参数，即剪切强度和杨氏模量，发现它们对先进比率有很大影响。此外，困难的地面类型，如断裂带、块状岩体、粘性土壤、挤压岩石、混合面、高渗透性和地下水压力，可能导致盾构性能不佳和成本超支。案例研究表明，不利的地质条件会严重影响盾构掘进推进速度和刀具磨损。在某些极端情况下，盾构机可能被堵塞或埋在挤压地面、严重的岩爆条件或断裂带中。

2盾构施工工艺流程与施工要点

2.1前期准备

盾构施工之前，为了保障后续施工环节顺利完成，必须做好前期准备。盾构施工前期准备主要内容有：（1）根据客观环境条件和施工要求，选择规模及功能合适的盾构机，同时提前对盾构机各组件进行全面检查，确保盾构机在地下拼接完成后能起到应有效果，否则将加大安全风险；（2）做好现场放线工作，确保盾构机安装位置准确，否则隧道掘进方向、高度等会与设计产生偏差，还可能引发其他不利影响。在盾构机类型确认后，还要根据盾构机类型开展施工方式选择工作。例如，若选择了土压式平衡盾构机，其对应的盾构施工方式有敞开式、半敞开式、土压平衡式，其中，敞开式适用于全断面岩层地质条件，半敞开式施工适用于非全断面岩体地质条件，土压平衡式施工适用于软土地质条件。若选择了泥水加压式平衡盾构机，其对应的盾构施工方式同样形式多样，大多适用于硬土地质条件。无论选择何种盾构机与盾构施工技术，前期准备中都需根据最终选择做好盾构机掘进参数的设定工作，以隧道掘进工序为例，若选择土压式平衡盾构机，主要参数指标有盾构姿态、掘进速度、推力、刀盘转速与扭矩、螺旋机压力等；若选择泥水加压式平衡盾构机，其主要参数指标有泥水密度、刀盘转速、油缸长度、推进压力等。参数合理情况下，能为盾构机后续运作提供良好保障。

2.2盾构施工的过程控制

加强对该地铁隧道盾构掘进施工的过程控制，要求数据监测人员严格开展掘进监测，以便实时掌握该地铁隧道盾构施工过程中的施工参数。调整盾构机掘进误差，保证下穿地铁的施工安全。在该地铁隧道盾构施工结束后，及时对该地铁隧道盾构下穿地铁施工情况以及地铁运行情况进行监测，并将施工和运行数据反馈给技术人员，以便对潜在风险及时进行优化处理。数据监测人员定期对监测点进行检查，确保监测点工作正常。持续收集地铁的运行信息，优化对下穿地铁的该地铁隧道盾构施工的控制。适当延长该地铁隧道盾构下穿地铁施工的监测时间，尤其是对该地铁隧道盾构掘进施工地点的监测，出现数据异常，技术人员要及时进行复查和处理。

2.3复杂网络建设阈值设置

全连通图可用于表示网络，网络由节点集(或顶点)和相应的边集(或连接)组成。据说，连接的存在与否表明了两个节点之间某些交互的强度或重要性。在完全连通的图中，非线性相互依赖的弱相关性没有统计学意义。因此，通过阈值去除这些弱边缘，我们能够更好地引出任何潜在的非随机结构和复杂的网络特征。然而，删除太多的边会断开图形，从而对拓扑财产的计算造成限制。通过对盾构性能数据的高斯核相似矩阵进行阈值化得到的网络的拓扑财产将取决于阈值的选择。如果阈值较高且边缘数较低，则网络将稀疏连接，一些区域节点可能断开连接;如果阈值较低且边缘数较高，则网络将更紧密地连接，但也将具有随机拓扑。因此，在进一步的网络分析之前，定义一系列阈值以产生具有小世界拓扑的完全连接的网络是高度优先的步骤。

2.4注浆施工方案

①择取注浆物料。此次注浆重要点在于掌控隧道形变状况，以防管片状态不稳定并将其状态调至预设数值，勿处于上浮或沉降状态，同时应将地下水道对注浆物料的作用力考量在内。故注浆物料应择取速凝型，优先择取双液浆，在检测到一定时间内浆液符合预设强度后，将管片背面的水和砂土去除，直至其达到稳定状态后再注入单液浆，保证管片的稳固性和安全性。经反复开展试验和查证作业后，为促使注浆物料最短时间可发挥其功能，参照实地可注性，以P.O42.5R水泥为主要原材料开展注浆作业，双液浆混合比例即为双液浆水灰配比=水泥浆（V）︰水玻璃（V）=1︰0.5，波美度=30°Bé,其所需凝结时长约20s。单液浆水灰配比=1︰1.2。②注浆次序与孔位抉择。择取泄压孔，在开展注浆作业期间，隧道内部泄压孔主要配置在管片5、7点处，将隧道壁后浆液面积掌控在3、9点以下，注浆前需在卸压孔处提前防水以降低其施工压力。

结语

综上所述，面对地铁地下环境的复杂地质条件，盾构技术是不二之选，其强大的环境适应能力及多项功能可以帮助应对复杂地质条件带来的难题，并自动化帮助完成隧道掘进等工序施工，因此，盾构技术具有很高的应用价值，值得推广。

参考文献

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[3]李艳斌.复杂地质条件下地铁盾构机施工技术及相应措施[J].商品与质量,2022(11):106-108.