陸 云

上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032

1 土壓平衡式盾構(gòu)的原理和特點(diǎn)

1.1 原理

在土壓平衡式盾構(gòu)施工環(huán)節(jié)，經(jīng)過刀盤切削處理之后所形成的渣土材料會(huì)經(jīng)過刀盤的進(jìn)口直接傳輸?shù)酵羵}結(jié)構(gòu)內(nèi)部，然后經(jīng)倉內(nèi)的部件通過攪拌等方式處理后成為流塑狀，盾構(gòu)設(shè)備中油缸所造成的推力經(jīng)過隔板、土倉中渣土與單盤傳輸?shù)皆O(shè)備前部的掌子面中，保證該位置上的土壓與地下水壓力處于平衡的條件下，掌子面會(huì)時(shí)刻保持穩(wěn)定性，然后經(jīng)過螺旋機(jī)深入土倉中就能夠轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行排土處理。具體的結(jié)構(gòu)原理見圖1。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

土壓平衡盾構(gòu)是應(yīng)用設(shè)備將切削下的渣土進(jìn)行改進(jìn)處理，形成流塑的形式，可以保證土倉的壓力達(dá)到要求并進(jìn)行開挖結(jié)構(gòu)的支撐處理。該環(huán)節(jié)處于時(shí)刻的動(dòng)態(tài)條件下，一方面能夠應(yīng)用刀盤實(shí)施切削處理，另一方面螺旋機(jī)能不斷出渣，螺旋機(jī)在出渣和保壓動(dòng)態(tài)階段通過葉片結(jié)構(gòu)能夠確保保壓的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)，尤其是在施工中如果存在較高的水壓狀態(tài)，渣土?xí)诙虝r(shí)間內(nèi)被稀釋，導(dǎo)致壓力快速下降，而且在土壓壓力升高的情況下，刀盤的攪拌阻力也會(huì)相應(yīng)地升高，一旦超出主體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的扭矩就會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生堵倉的問題。因此，雖然土壓盾構(gòu)的優(yōu)勢(shì)明顯，但是盡量不要應(yīng)用到江河湖海等條件下的隧道施工項(xiàng)目，否則將產(chǎn)生不利的效果。

2 工程概況

某地鐵隧道施工項(xiàng)目中，盾構(gòu)施工方式的總體長(zhǎng)度為3399單線延米，盾構(gòu)施工的區(qū)域范圍內(nèi)經(jīng)過2臺(tái)盾構(gòu)設(shè)備同時(shí)開始掘進(jìn)施工作業(yè)，某個(gè)路段的部分采用的是從東北一側(cè)出發(fā)進(jìn)行，在經(jīng)過該部位的貫通處理之后就可以利用礦山法的方式進(jìn)行掘進(jìn)吊出施工。該項(xiàng)目里程：左線單線長(zhǎng)度為1963.88m，右線單線長(zhǎng)度為1435.48m。

3 土壓平衡式盾構(gòu)施工的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 選擇符合工程要求的盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備形式

在實(shí)際的設(shè)備選型中，應(yīng)該遵循以下要點(diǎn)：（1）使盾構(gòu)機(jī)的開挖尺寸滿足工程中的斷面設(shè)計(jì)尺寸的要求；（2）保證盾構(gòu)機(jī)開挖施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件滿足使用的需要，有效減少可能產(chǎn)生的沉陷等問題，保證開挖施工作業(yè)達(dá)到安全性、穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)；（3）結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)參數(shù)在制造前進(jìn)行全面的計(jì)算，并緊密結(jié)合盾構(gòu)區(qū)間的地質(zhì)條件進(jìn)行深入分析；（4）保證盾構(gòu)機(jī)使用壽命符合要求，各個(gè)部件及施工的里程都要達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)要求，還要滿足預(yù)算的要求，最好是采用壽命較長(zhǎng)的設(shè)備進(jìn)行施工。

3.2 靈活運(yùn)用合適的端頭及盾構(gòu)加固技術(shù)

從實(shí)際情況分析，盾構(gòu)開端到末端周圍地層穩(wěn)定性不足，通常來說該位置上分布著透水性較強(qiáng)的松散砂土、含水黏土等，如不采取有效的措施進(jìn)行處理，在鑿除洞門維護(hù)結(jié)構(gòu)后將可能出現(xiàn)土體或地下水的下陷問題，無法保障建筑物的安全性。因此，在端頭加固的過程中，需要使加固之后端頭的自立性、防水性與強(qiáng)度性能滿足規(guī)范要求，從而為整個(gè)盾構(gòu)施工的安全性、可靠性提供良好的基礎(chǔ)。

在地鐵施工項(xiàng)目的地質(zhì)條件比較差的情況下，可以進(jìn)行必要的洞口加固處理，有效預(yù)防施工中的沉降或塌陷等嚴(yán)重問題，如可以在施工中利用深層攪拌法、注漿法、加固法等作業(yè)方式開展全面的地鐵工程的盾構(gòu)加固施工。在施工中，要根據(jù)不同的加固施工要求、目標(biāo)，土體結(jié)構(gòu)性質(zhì)與類型、土體深度尺寸等選擇最佳的處理方式，但要確保土體強(qiáng)度達(dá)到適中的要求，保證各結(jié)構(gòu)部分都有一定的自立性與防水性，同時(shí)還應(yīng)該根據(jù)技術(shù)方案的要求做好土體強(qiáng)度加固施工的計(jì)算、驗(yàn)證和分析，做好端頭部位的加固施工和土體取樣處理，保證各結(jié)構(gòu)部分的性能合格。

3.3 運(yùn)用科學(xué)合理的盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)

盾構(gòu)掘進(jìn)施工環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)工程的需要采取科學(xué)合理的盾構(gòu)初始掘進(jìn)作業(yè)方式，具體包含如下兩種：（1）科學(xué)合理地應(yīng)用化學(xué)注漿、高壓噴射注漿等作業(yè)方式實(shí)施地層部分的開挖與加固施工，保證其開挖部位的地下水壓力時(shí)刻保持平衡的狀態(tài)，使盾構(gòu)機(jī)可以直接插入穩(wěn)定地層結(jié)構(gòu)中；（2）在開挖面的位置進(jìn)行擋土墻結(jié)構(gòu)的施工，且需要及時(shí)進(jìn)行開挖作業(yè)施工，從而避免在施工中產(chǎn)生土體結(jié)構(gòu)崩潰等嚴(yán)重問題。

利用以上兩種施工作業(yè)方式可以使豎井擋土墻形成雙層的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還可以直接開挖形成另外一個(gè)豎井的結(jié)構(gòu)，避免在開挖施工之后產(chǎn)生土體結(jié)構(gòu)崩潰的問題。此外，水泥加固土墻的施工方式也較為常見，應(yīng)用效果較好。一般來說，盾構(gòu)掘進(jìn)施工方式比較多，但是要選擇符合工程實(shí)際需要的方式，以提升加固施工的效果。但是在地鐵工程施工環(huán)節(jié)，由于巖石具備不穩(wěn)定性特征，在工作面上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大量涌水?？紤]涌水問題帶來的不利影響，可以通過旋轉(zhuǎn)土壓平衡模式進(jìn)行施工，控制作業(yè)面的土壓及水壓，使其處于平衡狀態(tài)。需要注意的是，在盾構(gòu)掘進(jìn)模式的選擇上，需要按照項(xiàng)目的變化情況進(jìn)行選擇，使地鐵工程的土壓得到有效控制，從而保證項(xiàng)目作業(yè)的安全與質(zhì)量。

4 特殊地質(zhì)條件下的施工要點(diǎn)

4.1 砂質(zhì)、淤泥地質(zhì)條件下的施工要點(diǎn)

一般情況下，地鐵項(xiàng)目在實(shí)施環(huán)節(jié)都會(huì)遇到?jīng)_擊砂層或者淤泥質(zhì)地層的結(jié)構(gòu)條件，這些地質(zhì)條件的主要特點(diǎn)是穩(wěn)定性不足、承載力比較差。因此，這種地質(zhì)條件下的盾構(gòu)作業(yè)施工應(yīng)該注意以下四個(gè)方面的問題：（1）應(yīng)根據(jù)需要通過土壓平衡式盾構(gòu)技術(shù)做好土量的管理和控制，保證土倉內(nèi)的壓力符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，有效預(yù)防出現(xiàn)地表沉降等嚴(yán)重的問題；（2）在具體的推進(jìn)施工環(huán)節(jié)，要合理地增加必要的施工材料，有效改善渣土材料的性能，避免出現(xiàn)涌水流砂、噴涌等事故問題；（3）要做好盾構(gòu)路線的研究和確定工作，防止發(fā)生盾構(gòu)抬升的問題；（4）不斷進(jìn)行技術(shù)改革與創(chuàng)新，提高盾構(gòu)施工的技術(shù)水平和工程質(zhì)量。

4.2 球狀風(fēng)化地層條件下的施工要點(diǎn)

從盾構(gòu)施工的實(shí)際情況來看，球狀風(fēng)化層地質(zhì)條件下的施工質(zhì)量難以得到保障，并易造成施工設(shè)備損壞，因此在該地質(zhì)條件下應(yīng)做好以下工作：（1）做好施工前的地質(zhì)勘探工作，及時(shí)了解風(fēng)化巖的具體情況，結(jié)合具體的狀態(tài)選擇最佳的實(shí)施方案，以保證深孔爆破的施工方式可以順利進(jìn)行；（2）及時(shí)檢查地鐵盾構(gòu)施工的具體情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即檢查設(shè)備和施工環(huán)境，然后進(jìn)行必要的整改和處理，以提升施工質(zhì)量；（3）進(jìn)行必要的風(fēng)化巖周邊軟土層的加固處理，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格，確保掘進(jìn)作業(yè)施工速度科學(xué)合理。

4.3 不均勻地質(zhì)條件下的施工要點(diǎn)

在施工中難免會(huì)遇到不均勻的地質(zhì)條件，主要是土層硬度相對(duì)較差，具有一定的復(fù)雜性，這種情況下對(duì)設(shè)備的要求是很高的，具體施工時(shí)需注意如下施工要點(diǎn)：（1）要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘察與分析，充分了解地質(zhì)條件和實(shí)際情況，分析受力特點(diǎn)等因素；（2）要進(jìn)行土壓平衡模式的使用情況分析和研究，如有必要，可加入必要的材料以提高渣土材料的綜合性能；（3）綜合分析和了解軟硬地層的分布狀態(tài)，然后靈活使用超挖刀與千斤頂并做好技術(shù)參數(shù)控制，消除不均勻地層條件下的不利影響因素。

4.4 斷裂帶地層條件下的施工要點(diǎn)

斷裂帶地層條件下盾構(gòu)作業(yè)施工最為明顯的劣勢(shì)就是涌水事故頻發(fā)，并且會(huì)產(chǎn)生比較多的巖塊，極易使螺旋輸送機(jī)產(chǎn)生堵塞的情況。同時(shí)，因?yàn)檫@種地質(zhì)條件下巖土硬度較高，所以盾構(gòu)機(jī)需要選擇具備較高破巖能力的設(shè)備。該類地質(zhì)條件下的施工應(yīng)注意以下問題：（1）選擇使用具備較高破巖能力的單刃滾刀設(shè)備進(jìn)行開挖作業(yè)施工；（2）充分利用泥水與泡沫等材料，將其直接注入土倉結(jié)構(gòu)，可以有效地減少堵塞、涌水等問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，在地鐵工程中應(yīng)用土壓平衡式盾構(gòu)施工技術(shù)時(shí)，可利用設(shè)備進(jìn)行盤旋切削的作業(yè)方式將開挖之后的土砂直接傳輸?shù)酵羵}的空間中，然后運(yùn)輸?shù)皆O(shè)備的后部空間。這種方式可以加速施工，保障施工達(dá)到安全性、穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，從而確保隧道工程的質(zhì)量合格，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故，具有較高的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。