徐海鵬

在盾構(gòu)施工的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到孤石地層、軟硬不均地層和完整基巖地層，受不用地層盾構(gòu)施工差異性的影響，在盾構(gòu)機(jī)制造與選型時(shí)，對(duì)復(fù)合地層的特殊性進(jìn)行全面的考慮，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)要采取具有較強(qiáng)實(shí)效性的方法。本文全面地分析了大直徑復(fù)合地層盾構(gòu)施工的特征，深入地研究了大直徑盾構(gòu)機(jī)穿越施工的各項(xiàng)施工技術(shù)，為今后同類型工程施工夯實(shí)了基礎(chǔ)。

一、工程概況

該盾構(gòu)隧道沿線以濱海沖積平原地貌為主，在人工修整以后，地形變得比較平整，施工區(qū)域主要位于塘沽市區(qū)內(nèi)，地表上既有建筑物比較多。在堿廠和解放路區(qū)域內(nèi)分別設(shè)置了反向曲線，堿廠盾構(gòu)段的曲線直徑設(shè)置為1200m和900m，解放路盾構(gòu)段曲線直徑設(shè)置為3200m和2000m。盾構(gòu)段隧道的最大和最小覆土約為16m和8m，隧道的最小縱坡設(shè)置為1‰，最大縱坡設(shè)置為20‰。

二、工程地質(zhì)情況

隧道穿越的土層巖性以細(xì)砂、粉砂、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土和粘土為主，淤泥質(zhì)土的主要類型為③71層、④71層和③81層，④71以層狀的形式存在，其強(qiáng)度比較低，但是靈敏度比較高，容易出現(xiàn)擾動(dòng)和蠕動(dòng)的情況，工程性質(zhì)比較差。1923年開始開發(fā)利用地下水資源，查閱歷史水準(zhǔn)點(diǎn)資料以后發(fā)現(xiàn)，在地下水不斷開發(fā)的情況下，地面隨之出現(xiàn)了不同程度的沉降。伴隨著改革開放速度的不斷加快，地下水開發(fā)量也逐年增加，使得地面出現(xiàn)了不同程度的沉降，其具體情況為：1950至1957年間沉降速率約為10mm/a左右；1958至1966年間沉降速率約為40mm/a左右，沉降中心也隨之慢慢的形成；1967至1985年間沉降速率約為85mm/a左右，該時(shí)間范圍之內(nèi)沉降量驟然增加；1986年以后，開始治理沉降，大多數(shù)地區(qū)的沉降問題得到了基本的控制。

三、復(fù)合地層的大直徑盾構(gòu)機(jī)穿越施工技術(shù)

1.過程施工控制技術(shù)

在穿越時(shí)，采取循環(huán)施工的辦法，具體施工情況詳見下圖1。

圖1 穿越過程控制流程圖

2.改造盾構(gòu)設(shè)備

（1）選擇刀盤形式和改造開口率

掘進(jìn)速度受刀盤形狀和開孔率的直接影響，在復(fù)合地層施工的過程中，有時(shí)會(huì)遇到砂石地層，所以會(huì)使用到輻條板刀盤。將滾刀安裝在刀頭前端，撕刀與滾刀刀座交換，圓盤表面上均勻的分布著刀頭開口，在砂礫石地層和泥巖中起到較好的挖掘效果。在挖掘砂石地層以前，要先改造刀盤開口，將具有開口尺寸的限流板安裝在刀盤四周，并將格柵設(shè)置在刀盤位置處，將單盤給四周地層造成的干擾降到最低，使地面沉降問題得到較好的管控。

（2）選型與布置刀具

復(fù)合地層的刀具和刀盤磨損會(huì)比較嚴(yán)重，加之地下水位比較高，掌子面會(huì)出現(xiàn)失衡的情況，在更換刀具時(shí)，易于出現(xiàn)倒塌的情況。所以，要將加強(qiáng)型側(cè)刮刀、刮刀和滾刀安裝在刀盤上。挖掘施工區(qū)域的上部易于出現(xiàn)復(fù)合地層，在施工的過程中，可以使用抗沖擊光滑寬刃的工具來完成施工。使用增強(qiáng)型球齒滾刀來充當(dāng)中前單刃滾刀。穿透使刀具的工作效率和使用壽命得到保證，使復(fù)合地層中刀換刀和刀具磨損的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。將仿形超挖刀配置齊全，仿形超挖刀在底部完成加長處理，使盾構(gòu)姿態(tài)得到積極的改善。在最外層的軌跡滾刀受到磨損以后，仿形刀能夠發(fā)揮積極的作用，使施工距離得到有效的延長。

（3）土改造倉加水系統(tǒng)

大直徑盾構(gòu)挖掘施工的挖掘面非常大，在復(fù)合地層挖掘施工時(shí)，要采取措施做好保壓掘進(jìn)施工，所以要將渣土改良工作放在核心位置上。在該地層中施工的過程中，為防止出現(xiàn)泥餅和改善淤泥時(shí)，最經(jīng)濟(jì)有效的方法就是加水。①使用膨潤土泵改良土倉壁上部的注水孔；②在清洗泵，使用的主要設(shè)備為臺(tái)車灌漿系統(tǒng)，并與刀盤緊緊的連接在一起，使桿實(shí)現(xiàn)被動(dòng)的攪拌；③連接注水時(shí)，將刀盤中心面和中心清洗泵的三個(gè)注水孔連接好。在采取一系列的改造措施以后，與土倉實(shí)現(xiàn)緊密的連接，使得土倉中的水始終保持著注滿的狀態(tài)，使泥餅無法形成。

3.軟硬不均地層盾構(gòu)施工

（1）施工難點(diǎn)

①刀具磨損異常嚴(yán)重。在施工過程中，軟硬不均地層滾刀偏磨的情況時(shí)有發(fā)生，在軟弱地層中盾構(gòu)滾刀施工，受貫入度的影響，地層中提供的反力比較小，地層與滾刀之間存在的摩擦力使得刀具滾動(dòng)存在著很大的困難。基巖地層的天然抗壓強(qiáng)度比較高，刀具切割地層的反作用力會(huì)產(chǎn)生摩擦力，帶動(dòng)刀具實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)動(dòng)。刀具在地層中施工時(shí)，軟弱層滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)比較慢，地層應(yīng)土面磨損嚴(yán)重。如果軟弱地層中石英含量比較多，刀具局部會(huì)出現(xiàn)磨損偏差的情況；刀具在軟弱地層磨損比較小時(shí)，會(huì)在基巖地層中找到比較薄弱的弦磨損，刀具磨損速度比較快。

②地層下硬上軟，盾構(gòu)切割基巖非常困難，軟弱地層挖掘施工比較容易，盾構(gòu)機(jī)刀盤與掌子面無法全斷面靠近，使得掌子面穩(wěn)定性比較差，會(huì)給四周地層造成活動(dòng)的情況。掌子面地層變化比較大，開挖面穩(wěn)定性很差；基巖中完整的巖塊會(huì)隨著刀盤來回轉(zhuǎn)動(dòng)，使得上部軟弱地層出現(xiàn)松動(dòng)的情況，使地層的移動(dòng)速度持續(xù)增加。

（2）采取的措施

①水泥處理設(shè)備和盾構(gòu)機(jī)設(shè)備要采取綜合措施進(jìn)行處理，將地層軟弱不均造成的損失降到最低。該施工技術(shù)的主要施工范圍為監(jiān)測(cè)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)和磨損情況、平衡開挖面的水土壓力、不斷提升刀具與刀盤的地層適應(yīng)性。

②隧道頂部地層的物理力學(xué)性能被徹底的改善，將注漿孔預(yù)留在盾構(gòu)機(jī)上，采取洞內(nèi)注漿的辦法，使隧道四周地層變得更加堅(jiān)固，采取科學(xué)有效的加固措施，使得盾構(gòu)挖掘施工作業(yè)區(qū)域頂部的塌方和脫落問題得到高效的管控，頂部地層處于穩(wěn)定的狀態(tài)，盾構(gòu)施工結(jié)束以后，采取二次注漿的方法使其達(dá)到密實(shí)的效果。

③實(shí)時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)，尤其是進(jìn)漿量和排漿量，掘進(jìn)施工速度與進(jìn)漿量和排漿量保持一致。在檢測(cè)循環(huán)泥漿密度時(shí)，使用射線密度計(jì)和差壓式密度計(jì)完成自動(dòng)檢測(cè)。在判斷盾構(gòu)開挖量時(shí)，要采取觀測(cè)進(jìn)漿管泥漿比重和出漿管泥漿比重的方法。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)速度比較慢、泥漿比重差非常明顯時(shí)，表明盾構(gòu)掘進(jìn)施工出現(xiàn)了異常，掘進(jìn)施工時(shí)，頂部出現(xiàn)了塌方的情況，使得大量的渣土灌入到了土倉中，隨著排漿系統(tǒng)排出掉了。然而在實(shí)際施工的過程中，排漿管帶出的土石并不是盾構(gòu)挖掘施工挖掘出的土石，而是頂部塌方的土石，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工受到了影響。

④與正常施工進(jìn)行比較，非正常施工的表現(xiàn)為以盾構(gòu)始發(fā)后正常掘進(jìn)施工參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)比相關(guān)數(shù)據(jù)以后，發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)出現(xiàn)了明顯的異常，此時(shí)要積極采取有效措施解決問題，將施工損失降到最低。

四、結(jié)語

綜上所述，比較一般土層與復(fù)合地層，盾構(gòu)施工難度系數(shù)非常大，在施工時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問題。本文以大直徑復(fù)合地層盾構(gòu)施工特點(diǎn)為核心，詳細(xì)的分析了盾構(gòu)選型與掘進(jìn)施工的相關(guān)技術(shù)方法，并在實(shí)際施工中取得了良好的效果，值得今后大范圍推廣。