富水地层土压平衡盾构施工方法及管理措施探讨

富水地层土压平衡盾构施工方法及管理措施探讨

庄园

中铁隧道股份有限公司，河南省郑州市，450000

摘要：富水地层相较于其他地层，土体塑性能力较差，在进行施工建设过程中，需要采用土压平衡盾构方法对土体进行施工，确保土体受力的均衡性，且为了保证土体在施工时不出现变形，还需通过对土体施压，达到改良土体的效果，降低土体坍塌的风险。本文就富水地层施工中水压、土体以及泥浆的控制难点，分析在土压平衡盾构施工中，应用的施工技术，并通过对施工过程管控，确保富水地层施工的施工效果和施工质量。

关键词：富水地层；土压平衡盾构；管理措施

引言：富水地层作为施工中一种极具特殊性质的地层，与其他地层相比含水量较大，土体疏松，而且在含水量的影响下，富水地层内部土体结构极为复杂，因此要想确保土压平衡盾构方法的实际应用，需要通过对富水地层土体结构进行分析，利用科学的技术手段，控制影响富水地层施工的水压、土压等因素，制定科学的地层施工方案，并通过对施工过程的控制，确保富水地层的施工效果。

1. 富水地层土压平衡施工方法

鉴于富水地层施工的复杂性以及难度，在进行施工前期，需要对施工场地进行严格的勘查，按照项目要求应用对应的工程技术手段，基于不同工程环节规划技术方案，确保富水地层施工能够顺利落实。

1.1前期勘查

通过对富水地层前期的勘查，能够落实关键的土压平衡盾构技术手段。在实际施工前，作为项目主导人员要结合工程建设实际，测定富水地层的地下水位，获取水层水位深度以及变化规律，在确定水位信息后，测定富水地层的土壤物理性质和力学性质，然后根据土壤情况设计专属该项目的盾构刀盘，确保盾构刀盘的密封隔板上的泥浆以及泡沫注入管路，可调节土壤黏度，保证土壤的透水性达到工程建设要求[1]。最后，进行地下水探查，水文特性的不同，会产生不同构造的水文地质，土体会沿着水文流向以及流速形成不同的结构，保证盾构刀盘与土体结构相符合。

1.2盾构井施工

在对富水地层进行施工过程中，施工人员严格按照施工方案执行，首先开挖盾构井，根据项目规模确定盾构井尺寸，再分析人工开挖与机械开挖方法之间的差异，然后按照要求开挖盾构井。在开挖盾构井过程中，要想保证盾构井的开挖稳定性，根据盾构井形状选用合适的支撑结构，稳定富水地层土体，在盾构井内部安装钢筋架构，并加筑加固组织，提升盾构井的稳定性。其次，在对盾构井布置完毕后，连接盾构井与钢筋骨架，保证整个盾构结构的强度。钢筋骨架与盾构井的连接，需要在盾盘尾端设置8个油脂孔，然后应用手动方法，向钢丝刷注入密封油脂，填充钢丝刷的空隙，待至油脂全部注入盾盘工作面后，再在外部涂抹一层防水材料，确保整个盾构井的干燥性。

1.3机械推进

在盾构井施工完毕后，进入盾构掘进阶段，首先，确定合适的掘进模式，按照盾构井尺寸，控制整个掘进速度以及出土量。掘进期间，盾构机始终保持向上状态，尽可能保持最快的速度掘进，整个掘进过程要具有连续性，待至掘进至1/3后，检查土仓的顶部是否有出土情况，如果没有明显出土，则可继续进行掘进，适当提升掘进速度以及掘进压力[2]。其次，在进行掘进过程中，要控制机械速度，盾构机的推力以及旋转力是影响掘进速度的两个重要因素，为了避免在掘进过程中土体出现坍塌的危险，按照富水土层的不同形态，调节适当的掘进速度以及掘进压力，避免出现漏水或错台问题，确保整个盾构隧道的质量。

1.4注浆加固

在进行掘进过程中，为了保证富水地层的稳定性，需要对富水地层进行注浆加固。借助盾构机前端的注浆管或钻孔，将浆体注入到盾构机中，以稳定整个富水土层的抗渗性。在实际施工时，如果遇到突发事故，要及时调整掘进方案，并通过与盾构机的配合，确保整体掘进过程的安全性。

1.5支护进站

富水土层施工还需要采用适当的支护技术，用以支撑整个盾构结构。施工人员在施工期间，根据盾构井壁的特点，选用合适的支撑结构，例如为了平衡水土压力，在盾构井内部设置钢结构，架设立柱、水平梁，提高盾构井的承载能力，解决盾构井变形的情况。在对盾构井进行支护后，再对土体进行改良，以减少土体变形以及涌水风险为目标，通过土体固化，提高土层强度。在进站方面，要确保盾构端头与整个盾构井相互配合。例如，在盾构进站时，盾构机端头采用的是高压旋转喷装机，待至盾构端头靠近门洞位置后，端头前端要加长3m，防止“涌水”情况的发生。另外，通过封堵门洞，改变土体对门洞的侧向压力，完成对进站位置的加固。

2. 富水地层土压平衡管理措施

在对富水地层施工期间，除了要按照施工流程进行施工，还要采取对应的盾构土压平衡管理措施，按照施工要求，制定盾构施工方案，做好整个盾构施工期间的安全防护以及质量检测，最大程度上保证富水地层的施工安全性。

2.1制定技术方案

每个工程项目的土体条件以及水体条件都具有一定差异性，需要根据建筑项目的实际情况，确定对应的施工方案。在进行盾构施工前，分析土层性质，土壤结构，调节盾构机的推进速度以及推进压力等参数，确保推进模式与土体结构相符合。然后，在做好准备工作后，对富水地层进行排土处理，控制影响盾构施工的各个因素，确保整个施工过程的稳定性。

2.2构建安全管理

安全是富水地层施工中的首要原则，不仅要保证施工人员能够按照施工规范对富水地层进行施工，还要确保参与作业人员具备安全意识。首先，在进行施工前，管理团队要做好安全施工的宣传和培训，以实际案例作为样本，督促施工人员能够在施工期间按照技术规范，进行规范性操作。其次，做好施工过程中的安全检查，建立明确的奖惩制度，如果发现施工人员存在不规范施工的情况，不仅要追究其责任，还要给予明确的惩罚，起到警示作用。最后，采用危险控制措施，盾盾构施工会对周边环境造成一定影响，如盾构机噪音、粉尘等，通过采取影响环境的治理手段，将盾构施工对周边环境的影响降到最低。

2.3做好质量检查

盾构机是极为复杂的机械设备，每个盾构机刀盘都是按照工程项目的土体结构进行设计，因此盾构机刀盘具有不可替代性，为了保证盾构机能够与项目做到完全匹配，在进行施工前，施工人员必须要对盾构机刀盘进行全方位的检测，确定盾构机刀片尺寸、规格以及参数，然后通过强度实验，确定盾构机密封性以及刚度等指标可否满足富水地层的施工要求，以免在对富水地层进行施工时，出现土体结构失稳的情况[3]。另外，在对盾构机刀盘进行检测后，还要检测盾构机管片各个指标，如材质、强度以及大小等，以免在向管片注入油脂或水体时出现漏浆或漏液的情况，影响整个盾构机的推进。

2.4机械维护

盾构机作为土体平衡盾构施工重要的机械设备，盾构机的工作状态将会直接影响富水地层施工质量，因此在进行施工前，必须要对盾构机进行严格的检查，分析盾构机运作形态、力度以及参数，检测盾构机的工作强度。并在盾构机工作结束后，通过对盾构机的维护与检修，确保盾构机能够在富水地层中稳定且连续的运作。

结语：总而言之，富水地层施工难度较大，其中会存在诸多风险，为了保证土体平衡盾构施工方法能够在富水地层施工中发挥作用，作为施工人员要检查土体情况，按照富水地层的土层特点制定科学的施工方案，并做好施工过程的危险管控，避免富水土层施工出现安全隐患，以高标准严要求控制整个施工过程。

参考文献：

[1]吕祎晔,裴利华,林东,等. 富水圆砾地层中泥水平衡盾构主要掘进参数K-means聚类及控制分析 [J/OL]. 中外公路, 1-9[2024-04-30].

[2]郭书强,陆帅,林赉贶,等. 基于改进NSGA-Ⅱ算法的盾构机掘进参数多目标优化 [J/OL]. 路基工程, 1-9[2024-04-30].

[3]余俊,郑靖凡,张志中,等. 考虑推进过程的土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别 [J/OL]. 岩土工程学报, 1-10[2024-04-30].