吉尚峰

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

近幾年來(lái)，隨著科技的迅速發(fā)展以及城市空間的緊縮，使得城市地下空間逐漸被大面積的開(kāi)發(fā)。在全國(guó)各地中，有許多地鐵是分布于比較復(fù)雜的地層中，而在對(duì)復(fù)雜的地層進(jìn)行施工時(shí)，給現(xiàn)在施工團(tuán)隊(duì)帶來(lái)非常大的挑戰(zhàn)，比如對(duì)于上軟下硬地層結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)法就是難度挺大的一種施工技術(shù)，盾構(gòu)法推進(jìn)如果處理不好，會(huì)造成許多危害，如地面沉降值超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值而造成建筑物的傾斜破壞，地面塌陷等等不良情況。本文以上軟下硬的地層結(jié)構(gòu)施工為例子，總結(jié)其施工經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)際情況提出了這種復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地層在地鐵施工時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

1 施工技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)及其注意事項(xiàng)

1.1 地鐵建設(shè)的施工技術(shù)

在對(duì)上軟下硬的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，首先應(yīng)該提前明確施工組織的針對(duì)性和準(zhǔn)備好在施工過(guò)程中可能遇到突發(fā)狀況的預(yù)防措施，除此之外，還應(yīng)該強(qiáng)化對(duì)施工的技術(shù)管理人員以及盾構(gòu)機(jī)操作人員的培訓(xùn)。詳細(xì)的施工技術(shù)方法包括以下六點(diǎn)。第一，在施工過(guò)程中如遇上軟下硬的地層結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)該詳細(xì)勘察確定巖層和土層的分布范圍以及厚度，如果通過(guò)普通觀察不能獲得基本信息，就需要借助鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔勘察，直到獲得實(shí)際巖層和土層的分布范圍和厚度；第二，在盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始施工前，應(yīng)該結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告和地面允許沉降值，預(yù)裂爆破隧道掘進(jìn)機(jī)能夠輻射的范圍的巖石層和土層，巖石層和土層在爆破后破裂后，需要進(jìn)行注漿加固修復(fù)。在預(yù)裂爆盾構(gòu)機(jī)影響范圍內(nèi)的巖石和土層時(shí)，應(yīng)該提前檢驗(yàn)和試驗(yàn)孔距和爆破的深度以及所裝的炸藥量，與此同時(shí)，還應(yīng)該參照國(guó)標(biāo)的《爆破安全規(guī)程》校核，巖石經(jīng)過(guò)爆破后對(duì)石塊粒徑的大小還有標(biāo)準(zhǔn)的要求，如不超過(guò)30 厘米。第三是，工程在開(kāi)始施工前，還需要提前研究盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)控制參數(shù)，通常情況下盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)參數(shù)控制為：刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速每分鐘不超過(guò)1.2 轉(zhuǎn)，盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)力度不超過(guò)20MN，扭矩也應(yīng)該控制在2000kN·m之內(nèi)，貫入度不超過(guò)＜0.5 厘米，要求掘進(jìn)機(jī)的邊滾刀最大磨損控制在1.5 厘米之內(nèi)，中心刀的最大磨損不能超過(guò)2.5 厘米，在施工中如果發(fā)現(xiàn)磨損超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍，應(yīng)該立即更換。第四，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程應(yīng)該對(duì)出土量進(jìn)行嚴(yán)格控制，通常每還檢查次數(shù)應(yīng)該超過(guò)3 次。第五，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)應(yīng)該及時(shí)向土艙注入渣土改良劑，確保有穩(wěn)定的開(kāi)挖面，一般常用的渣土改良劑有兩種，一種是泡沫，另一種是泡沫與膨潤(rùn)土的混合物。第六，防止發(fā)生噴涌現(xiàn)象常采用的措施有三種，其一，在土艙及時(shí)加入高黏度的泥漿；其二，將注漿漿液的初凝時(shí)間調(diào)短；其三，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行二次注漿。

1.2 經(jīng)驗(yàn)及注意事項(xiàng)

對(duì)施工經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)該注意的事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)如下：1） 在施工過(guò)程中如果遇到突發(fā)情況，首先應(yīng)該先停止機(jī)器；2） 對(duì)渣土改良的工藝進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善；3） 經(jīng)常檢查刀片的磨損程度，對(duì)磨損嚴(yán)重的刀片要及時(shí)更換；4） 預(yù)裂爆破盾構(gòu)機(jī)影響范圍的巖石后，應(yīng)該仔細(xì)尋找殘留孔，并進(jìn)行封堵，防止盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)時(shí)地面出現(xiàn)冒漿的現(xiàn)象；5） 巖石經(jīng)過(guò)預(yù)裂爆破后，隧道洞內(nèi)通常會(huì)出現(xiàn)有害氣體，為了安全起見(jiàn)，應(yīng)該加強(qiáng)隧道洞內(nèi)的通風(fēng)力度和檢測(cè)是否存在有害氣體；6） 在施工中藥控制盾構(gòu)機(jī)的施工姿態(tài)和施工的技術(shù)參數(shù)，要時(shí)常關(guān)注并警惕掘進(jìn)機(jī)和其參數(shù)的異常狀況；7） 對(duì)地面應(yīng)該加大巡查的力度，做好突發(fā)情況的預(yù)案措施，保障施工正常進(jìn)行。

2 上軟下硬地層盾構(gòu)施工對(duì)策研究

2.1 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

（1） 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的模式。盾構(gòu)機(jī)在開(kāi)挖地上“軟”土層部分時(shí)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)，遇水土層發(fā)生軟化、土層容易崩解以及軟土層的強(qiáng)度下降等特點(diǎn)，但是在一定的時(shí)間內(nèi)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)還是存在一定的穩(wěn)定性的?？紤]到地下水源對(duì)施工的影響，在施工前應(yīng)該在開(kāi)挖面設(shè)置一定的壓力來(lái)避免地下水涌入土艙的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能降低水土流失的程度和避免出土器出現(xiàn)噴涌的現(xiàn)象。所以，在施工過(guò)程中，對(duì)于這種地層復(fù)雜的上軟下硬結(jié)構(gòu)土層進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)通常采用的是半敞開(kāi)模式，半敞開(kāi)模式就是指1/2-1/3 的渣土需要滯留在土艙內(nèi)，其次在土艙內(nèi)注入渣土改良來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面的壓力，通常采用的渣土改良劑包括泡沫或者膨潤(rùn)土。

（2） 盾構(gòu)機(jī)技術(shù)參數(shù)的設(shè)置。盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)參數(shù)主要包括刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速掘和機(jī)器掘進(jìn)的速度以及貫入度。在盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)土層中進(jìn)行施工時(shí)，有些區(qū)域的巖石硬度非常高，這種情況下處刀盤(pán)滾刀的受力面積較大，如果刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速非常大的情況下，則會(huì)對(duì)刀片的損耗特別大，所以遇到這種特殊復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)該降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速；而對(duì)于軟土層來(lái)說(shuō)則不存在類似問(wèn)題。因此，盾構(gòu)機(jī)在這上軟下硬的土層中和掘進(jìn)時(shí)應(yīng)該將貫入度控制在25t 以內(nèi)，掘進(jìn)的速度應(yīng)該控制在每分鐘0.3 厘米，刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速應(yīng)該不超過(guò)每分鐘1.6 轉(zhuǎn)。

（3） 刀盤(pán)扭矩及油缸推力。對(duì)于遇到硬巖石的施工區(qū)域時(shí)，為例最大限度的降低刀具的磨損程度，最常采用額方式就是盡可能的減少刀具在連續(xù)工作時(shí)所受到的沖擊力。通常來(lái)說(shuō)，刀具受到硬巖石的沖擊力所體出的特征就是刀盤(pán)扭矩，因此，換一種方式說(shuō)就是通過(guò)減小刀具受到的沖擊力是減少刀盤(pán)出現(xiàn)扭矩現(xiàn)象最有效的方式。對(duì)于上軟下硬的復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)扭矩力應(yīng)該控制在1700kN/m 左右，推進(jìn)力應(yīng)該控制在1000-1800 噸范圍內(nèi)。

（4） 掘進(jìn)方向偏差控制。對(duì)于如何有效的控制上軟下硬地層盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向的偏差，需要注意兩方面的內(nèi)容，第一方面，不僅要對(duì)開(kāi)挖面的地層分布情況要求進(jìn)行充分的勘察和了解，同時(shí)還要對(duì)開(kāi)挖面地層分界面的變化情況要充分掌握，以此初步制定一個(gè)掘進(jìn)的技術(shù)參數(shù)方案；第二方面，對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的方向要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，采用的方式就是GPS導(dǎo)向系統(tǒng)。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過(guò)程中藥密切關(guān)注盾構(gòu)機(jī)的路線，如果發(fā)現(xiàn)方向發(fā)生偏移，應(yīng)該立即停止機(jī)器重新調(diào)整技術(shù)參數(shù)，掘進(jìn)機(jī)基數(shù)參數(shù)的調(diào)整通常遵循一個(gè)原則就是“及時(shí)性、連續(xù)性、限量性”，應(yīng)該對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行逐環(huán)、小量的調(diào)整其姿態(tài)，避免調(diào)整力度過(guò)大導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)曲折前進(jìn)的現(xiàn)象，調(diào)整不當(dāng)還可能造成刀具磨損嚴(yán)重。

2.2 碴土改良技術(shù)

為了保證開(kāi)挖面壓力的穩(wěn)定性，土艙中添加渣土主要作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1） 使得注入土艙內(nèi)的土砂的塑性和流動(dòng)性得以提高；2） 土砂與渣土的混合物可以降低滲水性；3） 避免盾構(gòu)機(jī)機(jī)體內(nèi)吸附土砂的現(xiàn)象；4） 可以降低刀盤(pán)的磨損；5） 降低刀盤(pán)所受沖擊力而出現(xiàn)的扭矩現(xiàn)象。

2.3 帶壓開(kāi)艙換刀技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬復(fù)雜地層區(qū)域中施工時(shí)，特別應(yīng)該注意加大檢查刀具的次數(shù)，密切關(guān)注掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)受損狀況，確保掘進(jìn)機(jī)的刀盤(pán)處于鋒利狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)的磨損超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍，應(yīng)該及時(shí)對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行更換，如果沒(méi)能更換刀盤(pán)繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，非但不能加快工作進(jìn)度，反而會(huì)適得其反，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的刀盤(pán)和刀盤(pán)造成不同程度的損壞，更嚴(yán)重的會(huì)減少盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)的正常壽命。在更換盾構(gòu)機(jī)的刀具時(shí)，最好應(yīng)該選擇在地質(zhì)條件好、地層穩(wěn)定的區(qū)域進(jìn)行。如果施工區(qū)域沒(méi)有穩(wěn)定的區(qū)域可供掘進(jìn)機(jī)更換刀具時(shí)，必須要對(duì)地面進(jìn)行地層注漿加固，務(wù)必營(yíng)造一個(gè)穩(wěn)定的開(kāi)挖面。

3 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)在硬巖層區(qū)域施工時(shí)，其穩(wěn)定性非常好，不會(huì)輕易發(fā)生坍塌現(xiàn)象，因此掘進(jìn)機(jī)可以采用半敞開(kāi)模式或者全敞開(kāi)模式。這種模式下掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)時(shí)地標(biāo)也不會(huì)下沉，因此土艙壓力維持很小就可以推進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬的復(fù)雜土層結(jié)構(gòu)土層中施工時(shí)，盾構(gòu)穿越是難度系數(shù)最大的，因此，本文的重點(diǎn)就是從盾構(gòu)機(jī)施工的技術(shù)參數(shù)和渣土改良的技術(shù)兩個(gè)角度出發(fā)，來(lái)研究探索在上軟下硬的土層中掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵控制點(diǎn)和注意事項(xiàng)。