龍亮

中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司 云南 昆明 650041

引言

隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷深入發(fā)展，地鐵在城市交通中的應(yīng)用越來(lái)越多，且應(yīng)用效果日益突顯出來(lái)，有效地緩解城市交通壓力。然而地鐵工程施工建設(shè)與其他普通工程項(xiàng)目施工相比，具有施工難度非常大，復(fù)雜性強(qiáng)，且投資大等特點(diǎn)。特別是面臨復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，一旦處理不當(dāng)極可能引發(fā)嚴(yán)重的安全和質(zhì)量問(wèn)題，所以，有必要進(jìn)一步加大對(duì)地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件下施工技術(shù)的研究。

1 地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工組織管理分析

1.1 工藝和盾構(gòu)機(jī)的選擇

對(duì)于地鐵工程來(lái)講，其主戰(zhàn)場(chǎng)為地下，因地下地質(zhì)條件和環(huán)境較為復(fù)雜，所以在具體的地鐵工程施工中為了確保工程施工質(zhì)量和安全，往往需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的施工方法和工藝進(jìn)行研判和提前籌劃。另外，當(dāng)施工區(qū)段地層比較復(fù)雜和施工條件受限時(shí)，通常需要提前制定施工方案，提出應(yīng)對(duì)措施，并進(jìn)行方案論證和細(xì)化。對(duì)于復(fù)雜的程度來(lái)講，一旦在某個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)生錯(cuò)誤必定會(huì)對(duì)工程的施工質(zhì)量、效果何安全等造成影響。因此，在地鐵施工建設(shè)中對(duì)于施工工藝技術(shù)的要求也比較高，不僅要全面做好地面沉降反應(yīng)的控制，而且還需對(duì)地面沉降量的問(wèn)題加以控制，切實(shí)有效地將其控制在一定范圍內(nèi)，以確保盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行、地面的安全及管片成型的質(zhì)量[1]。

1.2 施工準(zhǔn)備

在地鐵工程建設(shè)中，復(fù)雜地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工往往會(huì)存在著很大的施工風(fēng)險(xiǎn)，為了降低風(fēng)險(xiǎn)對(duì)工程施工造成影響，通常提前進(jìn)行籌劃，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作。如在施工前需對(duì)施工區(qū)域及線路環(huán)境、地層、建構(gòu)筑及管線等風(fēng)險(xiǎn)源展開全面細(xì)致識(shí)別，根據(jù)識(shí)別結(jié)果采取不同的措施，通過(guò)技術(shù)方案進(jìn)行細(xì)化。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)較大路段需作為重點(diǎn)勘測(cè)對(duì)象，還需在具體的施工作業(yè)前展開科學(xué)合理的方案設(shè)計(jì)和技術(shù)交底等工作，盡可能做到提前謀劃，技術(shù)先行，對(duì)施工問(wèn)題提前制定應(yīng)對(duì)措施。

1.3 對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能進(jìn)行把握

一般來(lái)講，盾構(gòu)施工算是流水作業(yè)，如果要確保盾構(gòu)施工連續(xù)，不間斷，就需要施工人員要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的性能做全面地了解和掌握，通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的把握，對(duì)設(shè)備的了解、對(duì)施工流程的熟悉等，提前制定施工計(jì)劃，備足施工所需的耗材、主材及配件，以免因各種原因造成不必要的停機(jī)，從而產(chǎn)生各種風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 嚴(yán)格落實(shí)施工設(shè)計(jì)方案

有研究表明，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，盾構(gòu)施工過(guò)程中往往需要面對(duì)較為復(fù)雜的施工工藝，且各施工工藝技術(shù)與施工條件又有著十分緊密的聯(lián)系。在實(shí)際施工過(guò)程中，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，就會(huì)對(duì)整體工程施工質(zhì)量造成影響。所以，在具體的盾構(gòu)施工階段，需要嚴(yán)格按照施工方案開展施工作業(yè)，切實(shí)保證各項(xiàng)施工能夠與實(shí)際施工規(guī)范及要求相符合，全面有效地落實(shí)好工程質(zhì)量管理與控制工作。如對(duì)于地鐵隧道注漿的施工需要采取科學(xué)合理且有效的控制措施，以免出現(xiàn)施工安全問(wèn)題；在對(duì)管片拼裝和選型時(shí)需對(duì)其質(zhì)量加以考慮，切實(shí)保證盾構(gòu)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正常、穩(wěn)定作業(yè)[2]。

2 影響盾構(gòu)施工安全的因素分析

2.1 土倉(cāng)壓力的影響

在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，土倉(cāng)壓力的設(shè)置往往會(huì)根據(jù)不同地層、不同埋深和不同的水頭壓力而進(jìn)行設(shè)定，為了更好地了解不同土倉(cāng)壓力與地面沉降之間的聯(lián)系，本文通過(guò)對(duì)成都砂卵石地層埋深20m左右不同土倉(cāng)壓力下地面沉降數(shù)據(jù)的不同進(jìn)行分析。

2.1.1 不同土倉(cāng)壓力條件下，地面的沉降變化情況。通過(guò)對(duì)不同土倉(cāng)壓力掘進(jìn)條件下的地面沉降數(shù)據(jù)分析、歸納并總結(jié)。當(dāng)掘進(jìn)時(shí)土倉(cāng)壓力值2.1bar左右時(shí)，隧道正上方的沉降最大，數(shù)據(jù)約為4mm/d沉降速率也最快，隨著盾構(gòu)往前推進(jìn)，沉降速率逐漸降低，最終沉降基本控制在7mm范圍內(nèi)。當(dāng)土倉(cāng)壓力降低至1.8bar左右時(shí)，隧道正上方的沉降最大，數(shù)據(jù)約為6mm/d沉降速率也最快，隨著盾構(gòu)往前推進(jìn)，沉降速率逐漸降低，最終沉降基本控制在11mm范圍內(nèi)。

2.1.2 不同土倉(cāng)壓力下條件，應(yīng)力變化情況。盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力的不同，隧道內(nèi)未開挖部分的地層應(yīng)力也各不相同。在具體的施工過(guò)程中，應(yīng)力對(duì)盾構(gòu)開挖刀盤前方位置的土體往往產(chǎn)生較大的影響，特別是會(huì)表現(xiàn)出極大的主動(dòng)應(yīng)力，但土體上方位置的應(yīng)力往往比較小，盾構(gòu)機(jī)開挖面周邊土體的應(yīng)力通常會(huì)發(fā)生較大的變化，且隨著土倉(cāng)壓力的不斷增大，掌子面壓力也會(huì)越來(lái)越大[3]。

2.2 注漿量的影響

在地鐵盾構(gòu)施工中，隧道工程是其施工的主體，在具體的開挖過(guò)程中通常需要同步襯砌預(yù)制管片，而管片的設(shè)置通常需堅(jiān)持一定的原則，同時(shí)，還需對(duì)于管片與隧道土體間存在的空隙使用注漿填充作業(yè)進(jìn)行填充，盡可能降低地表沉降和管片滲漏水的發(fā)生，以使其周圍土體得到一定的改善。在具體施工作業(yè)期間，需要結(jié)合盾構(gòu)機(jī)開挖直徑及管片的外徑計(jì)算出理論的注漿量。在實(shí)際施工過(guò)程中，注漿分為同步注漿，二次注漿及后續(xù)頂管注漿，同步注漿需要合理設(shè)置理論量，若注漿量多了容易竄入土倉(cāng)內(nèi)造成資源浪費(fèi)、地面冒漿、土倉(cāng)內(nèi)結(jié)泥餅、地面隆起等問(wèn)題，注漿量少了易造成管片失穩(wěn)，上浮下掉等問(wèn)題，因此在同步注漿后需要及時(shí)補(bǔ)充二次注漿，對(duì)因同步注漿未填充密實(shí)的壁后進(jìn)行補(bǔ)充，以確保管片及地面的穩(wěn)定，當(dāng)二次注漿也無(wú)法滿足施工要求或地層中存在空洞時(shí)，可采取頂管注漿進(jìn)行鞏固。所以，在實(shí)際的盾構(gòu)施工階段，需要結(jié)合實(shí)際各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析對(duì)注漿量及注漿方式進(jìn)行合理確定。

2.3 隧道穿越不同地層的影響

在地鐵工程施工中面臨復(fù)雜地質(zhì)條件的情況下，運(yùn)用盾構(gòu)施工技術(shù)時(shí)，穿越的地層有著較大的差異，如在穿越上軟下硬地層時(shí)，由于地層上下強(qiáng)度不同，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)容易造成漂移、姿態(tài)不容易往下走等問(wèn)題，因而導(dǎo)致掘進(jìn)速度變慢，姿態(tài)不可控，地面沉降增大等風(fēng)險(xiǎn)。因此在上軟下硬地層施工時(shí)，需要適時(shí)增加土倉(cāng)壓力，使推進(jìn)力增加從而加大上下油缸的壓力差，控制出土量、增加同步注漿量等措施，控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)及地面沉降情況。

3 地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)施工技術(shù)分析

3.1 土壓平衡模式盾構(gòu)施工技術(shù)

3.1.1 土壓的選擇。對(duì)于土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)來(lái)講，是通過(guò)盾構(gòu)開挖時(shí)開挖倉(cāng)內(nèi)建立相對(duì)正壓力。在對(duì)其掘進(jìn)施工過(guò)程中，通常需要與地層的表現(xiàn)特征、實(shí)際條件等結(jié)合起來(lái)加以考慮。一般來(lái)講，土壓平衡盾構(gòu)施工時(shí)需要使用泡沫劑及水來(lái)對(duì)渣土實(shí)施改良，以確保渣土的流動(dòng)性能，使螺旋機(jī)能順利將土排出，并且能在螺旋機(jī)內(nèi)形成有效土封效果。在這種模式下需要根據(jù)地層埋深等情況對(duì)土倉(cāng)壓力進(jìn)行設(shè)置，保證土倉(cāng)壓力與掌子面水土壓相對(duì)平衡。土壓平衡掘進(jìn)模式通常適用在復(fù)雜的泥巖、砂巖、砂卵石地層和上軟下硬的多種地層上，而在這種較為復(fù)雜的地層進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，往往難以控制土倉(cāng)壓力，所以，這就需要施工人員切實(shí)做好各細(xì)節(jié)位置的處理，保證掘進(jìn)施工[4]。

3.1.2 掘進(jìn)參數(shù)的確定。在對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行使用前，需要施工方嚴(yán)格按照隧道的埋深、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件等為依據(jù)對(duì)掘進(jìn)的參數(shù)進(jìn)行確定，如掘進(jìn)的速度、刀盤轉(zhuǎn)速、推力、扭矩和盾構(gòu)注漿量等都需要做進(jìn)一步的明確。另外，還需全面做好監(jiān)測(cè)工作，切實(shí)以監(jiān)測(cè)有關(guān)反饋及時(shí)有效地調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。在應(yīng)用土壓平衡法進(jìn)行施工時(shí)，需要使用螺旋機(jī)旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)土層的動(dòng)態(tài)平衡，在實(shí)際施工過(guò)程中，還需要科學(xué)合理地控制好螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力，盡可能保證施工作業(yè)的有序開展。

3.1.3 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制。在地鐵復(fù)雜地質(zhì)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行合理控制，尤其是在一些土層變化大的硬巖石層中想要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行糾正是十分困難的。許多實(shí)踐表明，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的糾偏通常需要使用千斤頂壓力差及鉸接油缸以達(dá)到良好的效果，但在使用千斤頂進(jìn)行糾偏時(shí)會(huì)使刀具的磨損增大，甚至還有可能會(huì)致使盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)被卡、管片錯(cuò)臺(tái)等故障問(wèn)題，所以，在具體的施工作業(yè)時(shí)，需要嚴(yán)格遵循勤糾偏、緩糾偏的基礎(chǔ)原則來(lái)展開，切忌糾偏過(guò)大，以免使施工作業(yè)難度加大。

3.2 泥水平衡模式盾構(gòu)施工技術(shù)

3.2.1 泥水性能的確定。想要對(duì)泥水的性能進(jìn)行確定，就需要先確定其密度。在掘進(jìn)過(guò)程中泥漿的存在可以很好地減少開挖面發(fā)生變形的情況。一般來(lái)講，可以通過(guò)提高泥漿的密度使其與開挖土體的密度保持一致，但在具體的實(shí)踐作業(yè)中，如果泥漿的密度過(guò)大，極可能使泥漿泵的處理能力受到嚴(yán)重的影響，而致使泥漿處理工作難度加大，甚至還有可能會(huì)引發(fā)泵運(yùn)轉(zhuǎn)故障問(wèn)題，若泥漿比重太低而使攜渣困難，容易造成沉倉(cāng)結(jié)泥餅等風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 掘進(jìn)參數(shù)的確定。在對(duì)復(fù)雜地層進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，需要確保切口壓力具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且推力與刀盤轉(zhuǎn)速達(dá)到良好的水平狀態(tài)。在對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行控制時(shí)，需要通過(guò)導(dǎo)向油缸長(zhǎng)度調(diào)整和推進(jìn)壓力的方法來(lái)展開，如遇到上軟下硬的土層時(shí)，因上層砂層自身的穩(wěn)定性比較差，只需要做少許的切削扭轉(zhuǎn)，而隨著下層土層硬度的不斷提高，刀具的阻力不斷增大而致使刀具造成較大的損傷，尤其是在軟硬土層相連的部位較為明顯。因此，在具體的掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，為了有效減少刀具荷載作用力，可以對(duì)刀具的扭矩做適當(dāng)提升，減緩刀盤的轉(zhuǎn)速。如果掘進(jìn)速度過(guò)快，會(huì)使泥水輸送壓力和處理壓力增大，進(jìn)而可能引發(fā)超挖的情況[5]。

4 地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)施工需要注意的事項(xiàng)

4.1 重視開挖前的勘測(cè)

在具體的挖掘施工前，通常需要對(duì)掘進(jìn)的路線做好全面地勘測(cè)作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)路線中的地質(zhì)情況進(jìn)行有效把握。如對(duì)于土層和斷層薄弱的部分可以結(jié)合勘測(cè)數(shù)據(jù)制定與之相適應(yīng)的措施加以防范，盡可能有效地對(duì)影響盾構(gòu)施工因素進(jìn)行控制。另外，還需結(jié)合地質(zhì)情況建立科學(xué)合理的盾構(gòu)機(jī)維保機(jī)制，并具有針對(duì)性地制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。在具體的盾構(gòu)機(jī)作業(yè)過(guò)程中，需嚴(yán)格按照地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果對(duì)地質(zhì)的變化情況進(jìn)行全面了解，以保證盾構(gòu)施工質(zhì)量。

4.2 避免管片上浮

在實(shí)際的盾構(gòu)施工過(guò)程中，一旦發(fā)生管片上浮，會(huì)對(duì)盾構(gòu)施工的正常進(jìn)行造成阻礙，所以，在具體的施工作業(yè)前，有關(guān)施工人員需對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行精準(zhǔn)地勘測(cè)，并嚴(yán)格按照相關(guān)參數(shù)做相應(yīng)的指導(dǎo)，一旦管片發(fā)生上浮問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)對(duì)其做適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。另外，還需結(jié)合工程施工的實(shí)際情況，使用千斤頂對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的速度進(jìn)行合理控制，以提高工程的整體施工質(zhì)量，有效規(guī)避坍塌故障的發(fā)生。

4.3 規(guī)避地面沉降

在地鐵復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行盾構(gòu)施工過(guò)程中常常發(fā)生沉降問(wèn)題，所以，在具體的盾構(gòu)施工前，需事先結(jié)合工程的實(shí)際情況及勘測(cè)結(jié)果制定科學(xué)合理的預(yù)防措施，同時(shí)，選擇與之相符合的盾構(gòu)機(jī)，盡可能規(guī)避地面沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。另外，因注漿也會(huì)影響地面沉降問(wèn)題，所以，還需結(jié)合土質(zhì)參數(shù)對(duì)注漿的時(shí)間、速度等做適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，從而保證工程施工質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的環(huán)境背景下，國(guó)內(nèi)城市交通壓力逐漸增大，城市交通系統(tǒng)建設(shè)中，地鐵工程的建設(shè)成了一項(xiàng)十分重要的組成內(nèi)容。在地鐵工程建設(shè)過(guò)程中，因受到復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的影響而致使在實(shí)際施工過(guò)程中面臨著許多問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)合理地使用盾構(gòu)施工技術(shù)，可以很好地解決復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境對(duì)施工造成的影響，從而確保工程能夠?qū)崿F(xiàn)正常、穩(wěn)定開展。