金昊晨

中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266100

1 工程概況

青島地鐵1號線土建二標(biāo)，線路總長4.1km，為山東省最長的地鐵復(fù)合盾構(gòu)區(qū)間和全線最長的機械作業(yè)區(qū)間。沿線地質(zhì)復(fù)雜，下穿青島一級水源保護區(qū)白沙河、加油站等地段，技術(shù)和安全管控難度大，施工重難點多。盾構(gòu)試掘進作業(yè)流程圖如圖1所示，文章對地鐵盾構(gòu)掘進工程的重點和難點進行了分析，提出了相應(yīng)的措施，以確保施工質(zhì)量。

圖1 盾構(gòu)試掘進作業(yè)流程圖

2 地鐵盾構(gòu)工程施工重難點

2.1 端頭加固

端頭加固是該地鐵盾構(gòu)施工的重點，由于盾構(gòu)始發(fā)處的盾構(gòu)機刀盤進洞若沒有按照工程設(shè)計要求進行加固，可能會出現(xiàn)地表沉降、突泥和涌水的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致始發(fā)失敗。因此，始發(fā)時要做好全面而詳細的前期準(zhǔn)備工作，要確保盾構(gòu)機掘進作業(yè)的安全，保證施工地層的穩(wěn)定，杜絕端頭地層處發(fā)生土體坍塌和涌水等嚴重的意外事故。

2.2 避免洞門密封失效

盾構(gòu)區(qū)間隧道在中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層中，巖層存在裂隙水，且具有承壓性，盾構(gòu)機貫入作業(yè)面之前，工作人員需清除雜物后立即安裝洞門密封。因此，根據(jù)設(shè)計及地質(zhì)圖紙并結(jié)合車站開挖情況，對盾構(gòu)始發(fā)時洞門密封失效，產(chǎn)生涌水情況進行防范十分關(guān)鍵。

2.3 復(fù)合地層盾構(gòu)機掘進

在盾構(gòu)機掘進工程中，經(jīng)掘削破碎后的風(fēng)化巖與裂隙水混合，又由于刀盤的碾壓溫度不斷增大，刀盤中心部位易結(jié)泥餅，導(dǎo)致出現(xiàn)刀盤的扭矩減小、掘進速度減慢、渣土過熱和刀盤的貫入度降低等情況。因此，復(fù)合地層的地鐵盾構(gòu)機掘進工程容易發(fā)生刀盤磨損、刀盤結(jié)泥餅和噴涌的現(xiàn)象。

2.4 管線沉降控制

青島地鐵1號線氣流區(qū)間盾構(gòu)工程中，管線沉降控制是該工程的難點之一。盾構(gòu)工程的作業(yè)區(qū)間多下穿自來水、箱涵、天然氣和雨污水等管線，地下管線分布情況復(fù)雜，施工可能會使這些管線損壞，因此對管線沉降進行嚴格把控是保證施工安全的關(guān)鍵。

2.5 盾構(gòu)穿越白沙河

白沙河屬于青島市飲用水一級水源保護區(qū)，盾構(gòu)施工要保證水源保護區(qū)的安全。因此，在地質(zhì)勘查中工作人員未能進行鉆孔取芯檢測，需推斷白沙河盾構(gòu)掘進段是否會出現(xiàn)較復(fù)雜地質(zhì)條件情況，做到提前判斷，及時預(yù)警和有效反饋。

3 地鐵盾構(gòu)工程重難點的解決措施

3.1 端頭加固措施

全面分析端頭工程的地質(zhì)、管線分布狀況、地面的建筑情況和端頭的結(jié)構(gòu)，并且通過旋噴樁的方式，加強洞門端頭地層的加固效果。加固后的端頭地層土體要具有較好的獨立性和良好的均勻性，并且盡可能避免滲水現(xiàn)象，若抽芯檢測不達標(biāo)，則需要再次加固。

3.2 洞門密封失效防范措施

洞門密封失效防范措施如下：（1）規(guī)范執(zhí)行工程設(shè)計文件中對鋼環(huán)制作和安裝的相關(guān)要求，確保洞門處鋼環(huán)的工程技術(shù)精度；（2）嚴格把控盾構(gòu)始發(fā)的姿態(tài)，防止盾構(gòu)的非正常姿態(tài)導(dǎo)致的洞門位置的密封失效；（3）技術(shù)人員需對盾構(gòu)始發(fā)的洞門密封進行動態(tài)觀察，出現(xiàn)問題要立即匯報，及時進行安全處理；（4）確保盾構(gòu)機的筒體和簾布橡膠的貼合是緊密的，并且能夠?qū)︺q接壓板進行科學(xué)合理的調(diào)整。

3.3 刀盤防磨損措施

針對工區(qū)盾構(gòu)區(qū)間的地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，使用面板式結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)合式刀盤，確保刀盤的強度和剛度符合全硬巖開挖的要求，并且可安裝各種類型的滾刀或齒形刀，合理使用各種類型刀具。更重要的是，要在刀盤的面板處和邊緣位置堆焊具有格柵狀的特殊耐磨材料，從而提升所使用刀盤的耐磨性。此外，施工單位還要因地制宜，根據(jù)工程開挖的地層土體情況，選用泡沫和膨潤土等土體改良劑，進行渣土的改良。改良劑在刀具的使用過程中能夠起到潤滑和冷卻效果，改善土體的流塑性，不僅能夠抑制刀具的磨損，還能夠減少泥石堵塞螺旋輸送機的問題。在隧道掘進的施工中要選擇合適的盾構(gòu)機的掘進參數(shù)，有效延長刀盤和刀具的使用壽命，從而達到掘進施工要求。

3.4 刀盤防結(jié)“泥餅”措施

該標(biāo)段盾構(gòu)主要穿越的部分巖層屬于強風(fēng)化～中風(fēng)化安山巖，為降低刀盤結(jié)“泥餅”的可能性，工作人員要采取以下措施：（1）土倉內(nèi)土、氣壓力不宜過高，應(yīng)設(shè)法減小刀盤與正面巖土的擠壓應(yīng)力；（2）加大刀盤中心部位泡沫劑的注入量，減小刀盤與正面土體的碾磨力，改良渣土的流塑性；（3）向螺旋輸送機內(nèi)添加適量的泡沫或膨潤土，可提升螺旋輸送機的排土能力；（4）出現(xiàn)結(jié)泥餅現(xiàn)象，要及時采取清除措施；（5）可以將部分滾刀用齒刀替換，以利于提高所使用刀盤的開口率；（6）在刀盤的面板上，合理構(gòu)造5個注入孔，并注入改良添加劑。在注入系統(tǒng)中，根據(jù)實際情況向每個開挖面注入泡沫、膨潤土和聚合物，從而優(yōu)化渣土的流動性，提升止水性。

3.5 防噴涌措施

螺旋槳式輸送機內(nèi)部設(shè)有雙傳動閘門，可以根據(jù)兩道閘門的先后位和開閉順序來確保輸送土倉與使用螺旋機的進出口處成為一個完全封閉的系統(tǒng)，有效應(yīng)對螺旋輸送機在施工中產(chǎn)生的噴涌現(xiàn)象。具體措施如下：（1）實時監(jiān)視螺旋機出土口和土倉的出土情況、壓力變化，假如發(fā)生涌水情況，要立即對螺旋機位于出土口處的閘門做關(guān)閉處理，保持掘進施工中土倉內(nèi)的土壓穩(wěn)定，避免在盾構(gòu)機掘進過程中水和流沙出現(xiàn)大量噴出現(xiàn)象；（2）往土倉內(nèi)若干個注入孔注入適量的膨潤土和各類型添加劑，并使用注入壓縮空氣的方法置換和凝聚地下水，必要情況下可以使用高分子聚合物對涌水現(xiàn)象進行有效預(yù)防。

3.6 管線沉降控制措施

（1）做好施工前的準(zhǔn)備工作，詳細了解管線的狀況和管線防護；（2）采用“適當(dāng)推進力、勻速通過”的方式組織盾構(gòu)施工，設(shè)置適當(dāng)?shù)亩軜?gòu)機掘進參數(shù)，降低地質(zhì)變形的風(fēng)險，建立試驗段，進行施工過程中的問題對照結(jié)果分析；（3）在注漿的同時保證填充密實，盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間，通過改良漿液的配比縮短漿液凝固時間；及時進行二次注漿及多次注漿（水泥-水玻璃雙液漿），合理控制注漿壓力；（4）在盾構(gòu)的穿越過程中，要把控好對管線的監(jiān)測，然后依據(jù)監(jiān)測結(jié)果實時對盾構(gòu)掘進的相關(guān)參數(shù)進行科學(xué)的調(diào)整，確保掘進過程的施工安全。

3.7 盾構(gòu)穿越白沙河措施

（1）采用合適的工藝對渣土進行改良，使渣土的塑流性符合盾構(gòu)工程的實際要求。改良后的渣土需具備良好的和易性、均一性，可以對掌子面形成反向泥土壓，保持開挖面穩(wěn)定，同時還能有效防止刀盤掘進時出現(xiàn)泥餅，降低刀盤和刀具的磨損度。施工過程中要適時根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整渣土的改良配比。文章根據(jù)實際施工所遇的地質(zhì)情況，提出將大量的發(fā)泡劑和少量的膨潤土進行配比，并在盾構(gòu)機掘進中適當(dāng)加入分散劑和高密度聚合物等添加劑。（2）加強施工監(jiān)測，通過對盾構(gòu)掘進施工期間河床土體結(jié)構(gòu)變化進行實時監(jiān)測，可以有效預(yù)測河床變形趨勢，從而第一時間對其進行危險評估，并實施安全預(yù)警和應(yīng)對措施。（3）在盾構(gòu)機穿越作業(yè)之前調(diào)整好其性能，對掘進參數(shù)和下穿速度做好把控，盡量選擇枯水期，嚴防涌水現(xiàn)象的發(fā)生。（4）運用智能信息化施工技術(shù)，實時調(diào)整掘進參數(shù)的同時嚴格控制管理施工過程，防范地面建筑下沉和地表隆起，還要嚴格把控盾構(gòu)施工后期的地層變形情況。

4 結(jié)束語

綜上所述，不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境具有很大區(qū)別，受復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境影響，地鐵盾構(gòu)工程的安全性和有效性備受關(guān)注。因此，在施工過程中分析地鐵盾構(gòu)工程的重難點尤為重要，能夠為其他城市的地鐵建設(shè)積累寶貴經(jīng)驗。相關(guān)單位對地鐵盾構(gòu)工程重點和難點進行分析，通過編制科學(xué)合理的施工措施，能夠提升盾構(gòu)工程的質(zhì)量，為后續(xù)地鐵施工提供有力保障。