不良地质条件下盾构区间隧道施工技术

不良地质条件下盾构区间隧道施工技术

张天来

惠州市莞惠城际北延线有限公司

摘要：现如今，我国正处于社会经济迅猛发展的新时期，城际铁路行业在我国发展十分迅速，城际铁路中的联络通道施工一般采用竖井开挖或隧道内开孔暗挖的方法，在软土地层施工中，无论采用哪种方法，开挖前都必须对开挖面土体进行加固。全断面注浆加固，即在整个隧道开挖断面上布孔，通过注浆形成截水帷幕，并加固周围岩体，在止水帷幕的保护下进行隧道暗挖施工。合理选用注浆参数，可以确保土体加固质量和联络通道开挖安全。

关键词：不良地质条件；盾构区间；隧道施工技术

引言

盾构法是地下城际铁路建设过程中比较常见的一种施工方法，运用的是全机械化的施工方式。但是在复杂的建设施工环境下，经常会受到一些风险的影响。而如何对其存在的风险进行分析，如何提出一些具体的控制措施来提升其施工过程中的抗风险能力，正是本文的写作目的所在。

1盾构法特点

就盾构法本身而言，其施工过程中对地层扰动低、沉降小，安全快速等特点都是其优势所在，当然盾构法也存在一些弊端。1）优势：（1）盾构法施工对地表沉降控制好，在城市建筑物、地下管线等密集区施工优势非常明显；（2）盾构法施工对地层的适应性强，尤其是穿越江河湖海是其他工法无可比拟的优越性；（3）盾构法施工开挖衬砌一次成型，机械化程度高，安全高效；（4）盾构法施工噪音小，对周边环境影响小；（5）施工时受天气影响较小。2）弊端：(1)在小半径曲线，尤其是90°折线段盾构法施工难度大，较难实现：若隧道处在浅覆土的条件下，采用盾构施工地表沉降难以控制，甚至对成型隧道整体质量难以保证；(2)盾构法施工涉及机电、液压、自动控制、土木等专业，对从业人员素质要求高；(3)在孤石或者卵石地层，盾构的掘进能力会受到很大影响；（4）在高水压地层盾构容易发生喷涌，目前还没有很好的处理措施；（5）盾构设备投入大，成本高。

2不良地质条件下盾构区间隧道施工技术

2.1完善风险预警机制

在盾构区间隧道工程工艺操作过程中，风险因子较多，为避免风险因子持续作用，应利用盾构工艺操作区间地质情况探测手段，以进出洞加固区域探测为重点，收集风险数据，完善风险预先警报机制。同时，根据图纸审核中的地质柱状图，判定沿线地质是否存在特殊变化，及时加密补充勘察点，保证风险预先警报精准度。进出口加固区域探测时，可以依据加固体高度小于垂直探孔长度的标准斜向取芯，了解三轴搅拌桩咬合部加固情况。根据加固情况（盾构机始发与接收端头的加固范围），判定加固体长度是否超过盾构机身长度1～3环。在加强地质情况探测的基础上，依据预警系统理论，可以设定预先警报指标值及阈值，进行工程工艺操作风险量的控制，达到提前预防、减少损失的目的。以盾构进出洞工艺操作风险预警为例，可以依据工程工艺操作顺序，从安全（人员伤害、地层沉降、周边结构破坏）、经济（经济损失）、质量（轴线偏差、衬砌变形、隧道渗水）、工期（工期损失）几个维度入手建立风险评估模型。进而结合盾构区间隧道掘进过程，将盾构进出洞工艺操作划分为地基处理、盾构基座、止水装置、洞门拆除、盾构推进、负环拼装、后靠体系、洞门封堵等几个工序。依据工序，对地层稳定性、基座稳定性、盾构姿态、测量误差等风险现象、原因、后果进行逐一辨识，构建风险层次分析模型。

2.2盾构穿越道路风险及控制

使用盾构法进行城际铁路作业对道路的影响主要集中在3个方面：首先，盾构掘进可能造成路面的不均匀沉降，从而导致路基路面的损坏；其次，盾构掘进施工可能会引起路面的塌陷；最后，在掘进的注浆过程中如果不注意选取合理的注浆参数，有时会造成浆液沿路面裂缝涌出的冒浆现象。对于盾构穿越道路，要避免这些事故发生，其施工要点包括：(1)将盾构机的工作压力控制在合理的范围内，避免开挖面出现大的扰动；(2)选择恰当的注浆参数、位置以及时机保证注浆的连续、有效、合理；(3)强化监测质量以及监测频率，特别是盾构施工期间，监测频率应保持2次/d，甚至更高。

2.3模拟试验段掘进参数汇总

通过模拟试验段掘进，结合地表监测数据变化情况，尤其是刀盘前方10m及隧道两侧2倍盾径范围内最敏感区的监测数据变化情况，总结模拟试验段各项参数如下。（1）土压力。根据理论计算确定土压力并结合地面监测数据进行掘进，土压力控制范围为2.24bar～2.40bar时，地面沉降值控制较好。（2）出土量。在土箱中做好刻度标识，掘进过程中每箱土测算一次实际出土量，并与该行程理论出土量进行比对，绘制出出土量QC表，形象分析当前出土超欠挖情况。模拟试验段掘进出土量为64.4m3/环～66.5m3/环，为理论出土量的94.7%～101.8%,在±10%的允许范围内。（3）掘进速度。平常段掘进速度为30mm/min～60mm/min，根据监测数据反馈，掘进速度过快，地面沉降明显增大，推进速度为10mm/min～20mm/min时，地面沉降控制较好。（4）刀盘转速与扭矩。模拟试验段刀盘转速控制在0.9r/min，扭矩控制在1300kN·m～2000kN·m之间，推力控制在14000kN～16000kN之间时，地面沉降控制较好。

2.4加强突沉现象的控制

在进行地铁项目的施工时，经常发生一些突沉现象，从而对项目进程和周围环境形成影响。而想要控制突沉现象的发生，就要在项目进行时，对周边地理状况进行详细的考察，对其地下的管道分布，地质状况进行细致研究，从而掌握可能出现突沉现象的具体位置。而为了完善风险发生后的应对措施，就必须在具体施工开始之前对其周边建筑物提出相应的保护措施，以免在施工中出现突沉现象后对其周边造成难以挽回的损失。与此同时，建筑企业还应加强对隧道沉降控制网的建立，这样才能对其地下施工状况进行实时监控，通过所测量到的相关数据，对其可能出现的风险进行分析，并明确其风险的影响程度。除此之外，为了防止沉降现象的发生，还应对其地面进行相应的加固，提高施工过程中的稳定性，并在具体的施工过程中，减少大型机械设备对周围建筑和环境的影响。

2.5初期支护钢架

1)钢架尺寸的拟定考虑了预留变形量的1/2和超挖量50mm。2)通道开挖后，先喷混凝土约40mm厚，挂网、架立钢架(含钢架与纵向连接钢筋、锚杆、定位系筋等)，随即喷混凝土。3)钢架之间用22(螺纹钢筋)纵向连接钢筋焊接在一起，连接钢筋环向间距500mm，内外交错布置。4)每榀钢架连接采用钢架与角钢焊接后，再用螺栓连接。焊缝高度h=10mm。5)钢架架立中应利用系统锚管定位，将钢架与注浆锚管焊接。6)钢架应按设计位置安设，在安设过程中当钢架和喷层之间有较大间隙时应设骑马垫块，垫块按每单元2点计。7)泵房开挖对应范围内，在通道底板高程以上架设临时横撑(VI号单元)后，才能取消III号单元，在废水泵房二次衬砌及通道底板浇注完成后才能拆除VI号单元。

结语

综上所述，在盾构区间隧道工程工艺操作过程中，管理者应深刻吸取归纳盾构区间安全事故教训，强化风险预先警报机制的完善构建，加大突然沉降现象的控制力度，并强化人员安全质量责任制的落实，加强现场项目安全教育与技术培训，督促人员做好现场工艺操作以及有关设备的管理，避免盾构区间隧道工艺操作安全事故的出现，为城际铁路工程项目建设的有序推进提供保障。

参考文献

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