朱樂峰

摘 要：隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國(guó)重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了顯著的成效。隨著我國(guó)基礎(chǔ)道路建設(shè)技術(shù)的不斷提升，利用盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地形進(jìn)行隧道開挖在一定程度上已經(jīng)普及，各種施工技術(shù)也在不斷升級(jí)和改善中，在進(jìn)場(chǎng)階段以及后續(xù)的施工過程中，一個(gè)良好有序的施工場(chǎng)地是非常重要的。本文就土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在硬巖夾芯地層中的掘進(jìn)技術(shù)展開探討。

關(guān)鍵詞：隧道掘進(jìn);硬巖夾芯地層;盾構(gòu)機(jī)

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)道路建設(shè)技術(shù)的不斷提升，利用盾構(gòu)機(jī)在復(fù)雜地形進(jìn)行隧道開挖在一定程度上已經(jīng)普及，各種施工技術(shù)也在不斷升級(jí)和改善中，在進(jìn)場(chǎng)階段以及后續(xù)的施工過程中，一個(gè)良好有序的施工場(chǎng)地是非常重要的。

1 硬巖夾芯地層對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工的危害

中、微風(fēng)化凝灰?guī)r地層中出現(xiàn)風(fēng)化夾層的現(xiàn)象在地鐵工程中是很少見的，但這種地層的存在會(huì)對(duì)盾構(gòu)施工造成較大的危害。由于硬巖地層中風(fēng)化夾層出現(xiàn)的不可預(yù)見性很高，因此給地質(zhì)勘察工作提出了很大的挑戰(zhàn)。硬巖地層中風(fēng)化夾層的存在破壞了開挖面巖石物理性質(zhì)的均一性，使得盾構(gòu)開挖面內(nèi)地層的物理特性出現(xiàn)巨大差異，巖石強(qiáng)度、完整性等由于風(fēng)化程度的不同存在較大的差別。這種開挖面內(nèi)巖石物理特性的差異會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的刀具造成較大的傷害，從而降低施工效率，增加施工成本。盾構(gòu)機(jī)一般在全斷面硬巖地層中掘進(jìn)時(shí)采用“高轉(zhuǎn)速、低貫入度”的施工原則，而在硬巖夾芯層掘進(jìn)時(shí)更宜用“低轉(zhuǎn)速，低貫入度”的施工原則。往往由于風(fēng)化夾層出現(xiàn)的隨機(jī)性導(dǎo)致盾構(gòu)施工時(shí)掘進(jìn)參數(shù)得不到及時(shí)調(diào)整，從而加劇對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具的損壞。

2 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在硬巖夾芯地層中的掘進(jìn)技術(shù)

2.1 土壓平衡盾構(gòu)施工場(chǎng)地布置的應(yīng)遵循的原則

（1）有序整潔。隧道施工所屬的環(huán)境比較復(fù)雜，各項(xiàng)工序之間存在較多交叉作業(yè)的情況，應(yīng)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行規(guī)范化、有序化的整理，促進(jìn)土壓平衡盾構(gòu)施工的正常進(jìn)行。因此，在進(jìn)行場(chǎng)地布置設(shè)計(jì)前，應(yīng)對(duì)所有的施工流程、工序、材料運(yùn)輸要求等問題進(jìn)行充分的考慮，可事先利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行場(chǎng)布預(yù)演，提前規(guī)避可能出現(xiàn)的問題，保證隧道施工的有序進(jìn)行。場(chǎng)地有序布置是建立在完善合理的運(yùn)輸系統(tǒng)上，僅停留在表面整潔無(wú)法保證施工的正常進(jìn)行，應(yīng)重點(diǎn)考慮地面運(yùn)輸系統(tǒng)的構(gòu)建，包括盾構(gòu)管片的運(yùn)輸、龍門吊運(yùn)輸系統(tǒng)、廢舊渣土運(yùn)輸系統(tǒng)等，應(yīng)將所有的運(yùn)作環(huán)節(jié)充分考慮其中，最大限度保證施工過程中的流暢性和高效性。（2）工作效率。在土壓平衡盾構(gòu)隧道施工時(shí)，應(yīng)滿足施工工期要求，最大限度在有限時(shí)間內(nèi)完成應(yīng)有的工程量。在提升工效上應(yīng)從兩方面入手：第一，遵循就近原則，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)體龐大，主要機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸困難，因此，在施工場(chǎng)地選址時(shí)必須就近安排，減少地面運(yùn)輸系統(tǒng)的壓力。第二，各項(xiàng)設(shè)備配置應(yīng)合理，在實(shí)際的場(chǎng)地設(shè)計(jì)中應(yīng)以滿足土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作為中心，各類配置應(yīng)結(jié)合施工的先后順序有序安排，使得具體施工可以高效展開。

2.2 盾構(gòu)機(jī)吊裝

盾構(gòu)機(jī)最大件一般都在100 t以上，一般采用履帶吊現(xiàn)場(chǎng)吊裝，吊裝前需編制專項(xiàng)施工方案且需要專家論證。同時(shí)應(yīng)對(duì)吊耳焊接質(zhì)量委托第三方檢測(cè)合格，吊裝使用的鋼絲繩繩頭盡量選用工廠化壓制的，如采用編結(jié)鋼絲繩，編結(jié)長(zhǎng)度務(wù)必符合不小于20d的規(guī)范要求。另外需復(fù)核履帶下地基承載力（一般采用重型動(dòng)力觸探），吊裝過程中設(shè)備、技術(shù)及安全部門安排專人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督專項(xiàng)施工方案的實(shí)施。

2.3 掘進(jìn)模式

當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中各項(xiàng)參數(shù)控制不當(dāng)時(shí)，螺旋輸送器會(huì)出現(xiàn)涌水、噴碴等情況，導(dǎo)致掘進(jìn)過程中將要花費(fèi)大量的人力、物力及時(shí)間來(lái)清理盾尾碴土。開挖面上部為碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化地層，具有風(fēng)化裂隙發(fā)育、強(qiáng)度較低的特點(diǎn)，但掘進(jìn)時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)尚有自穩(wěn)性。因受水的影響，需在掘進(jìn)掌子面建立一定的壓力來(lái)防止地下水涌入土倉(cāng)，造成水土流失及螺旋輸送器噴涌的情況發(fā)生。因此掘進(jìn)采用盾構(gòu)機(jī)半敞開模式，即在土倉(cāng)內(nèi)保留1/2～1/3的碴土，向土倉(cāng)內(nèi)注入壓縮空氣或泡沫、膨潤(rùn)土來(lái)維持開挖面上部土壓，并輔助開挖作業(yè)。此地層掘進(jìn)，上部碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化地層只需掌子面進(jìn)行切削便可破壞土層，但下部中風(fēng)化地層硬度較高，對(duì)刀具的磨損較大，應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档偷侗P轉(zhuǎn)速，控制貫入度以使刀具受到的瞬時(shí)沖擊小。

2.4 周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)

掘進(jìn)時(shí)應(yīng)根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）要求做好測(cè)點(diǎn)布置，地面和隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜在同一斷面布設(shè)，并及時(shí)取得初始值，初始值從盾構(gòu)掘進(jìn)將影響該監(jiān)測(cè)區(qū)域前10d開始。穿越建筑物時(shí)，刀盤到達(dá)建筑物前10環(huán)至盾尾推出建筑物后10環(huán)（穿越段）應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和巡視。盾尾推出建筑物10～20環(huán)后，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)情況對(duì)穿越段管片進(jìn)行二次注漿。另外，監(jiān)測(cè)務(wù)必與現(xiàn)場(chǎng)巡查相結(jié)合，每天不少于一次。特殊情況，如出渣量出現(xiàn)異常，應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻次與巡查次數(shù)。

2.5 貫通整個(gè)施工場(chǎng)地的環(huán)形硬化道路設(shè)計(jì)

為了保證現(xiàn)場(chǎng)施工的便利性，減少陰雨天氣對(duì)道路地面的影響，應(yīng)設(shè)立永久性道路，保證車輛行駛運(yùn)輸?shù)耐〞?，全面提升工作效率。在施工?chǎng)地地面硬化道路設(shè)計(jì)中，為了最大限度地利用硬化地面，降低施工成本，可以將其設(shè)計(jì)成圍繞整個(gè)施工場(chǎng)地的環(huán)境網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加車道的數(shù)量，縮算運(yùn)渣車輛和運(yùn)貨車輛在場(chǎng)地內(nèi)的運(yùn)輸距離，提升場(chǎng)地車輛來(lái)往工作效率，在建設(shè)過程中，設(shè)立好排水設(shè)施，保證硬化道路的使用壽命。

3 硬巖夾芯地層中盾構(gòu)施工的改進(jìn)措施及建議

硬巖夾芯地層在盾構(gòu)法隧道施工中出現(xiàn)的頻率雖然不高，但確實(shí)存在，且對(duì)盾構(gòu)施工造成的危害和影響較大。針對(duì)這種地層的復(fù)雜性、隨機(jī)性和危害性，提出以下改進(jìn)措施及建議。（1）提高地質(zhì)勘察的手段，增強(qiáng)對(duì)硬巖夾芯地層的預(yù)見性，為盾構(gòu)工程的順利進(jìn)行提供技術(shù)支撐和保障。（2）為盾構(gòu)機(jī)配置具備自動(dòng)磨損監(jiān)測(cè)功能的滾刀，滾刀的磨損超量或不能發(fā)生自轉(zhuǎn)時(shí)可及時(shí)報(bào)警，提高盾構(gòu)機(jī)自身的預(yù)警能力，防止因盾構(gòu)機(jī)在硬巖夾芯地層中施工時(shí)刀具異常損壞后未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成磨損刀盤的惡性事件。（3）提高盾構(gòu)工程技術(shù)人員的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和對(duì)硬巖夾芯地層的認(rèn)知，特別是在微風(fēng)化凝灰?guī)r地層中，發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)參數(shù)有異常時(shí)，要立即停止掘進(jìn)，及時(shí)進(jìn)倉(cāng)檢查刀具及開挖面的情況。（4）當(dāng)已經(jīng)探明或已知的硬巖夾心層對(duì)盾構(gòu)施工影響較大時(shí)，在條件具備的情況下建議進(jìn)行預(yù)處理，并制定針對(duì)性的盾構(gòu)掘進(jìn)施工措施。

4 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)施工從端頭加固、盾構(gòu)機(jī)吊裝、圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除、始發(fā)、負(fù)環(huán)管片拆除、穿越復(fù)雜環(huán)境、開倉(cāng)換刀、接收等多項(xiàng)施工過程均需要編制專項(xiàng)施工方案且需要專家評(píng)審。盾構(gòu)施工從端頭加固、盾構(gòu)機(jī)吊裝、圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除、始發(fā)、負(fù)環(huán)管片拆除、穿越復(fù)雜環(huán)境、開倉(cāng)換刀、接收等多項(xiàng)施工過程均需要編制專項(xiàng)施工方案且需要專家評(píng)審。安全風(fēng)險(xiǎn)不僅來(lái)自盾構(gòu)作業(yè)本身，還有來(lái)自周邊環(huán)境、不良地質(zhì)及工程自身，施工過程中隨時(shí)都可能發(fā)生險(xiǎn)情，為此只有抓好施工過程重要環(huán)節(jié)的管控，才能減少或避免生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。實(shí)踐證明，雖然硬巖夾芯地層具有很高的不可預(yù)見性和復(fù)雜性，但只要相應(yīng)的措施到位后，復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)也是可以應(yīng)對(duì)的。當(dāng)然，如果對(duì)有些方面再進(jìn)行一些改進(jìn)和加強(qiáng)，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)對(duì)這種不利地層會(huì)更加從容。

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