复杂地质条件下地铁隧道盾构始发掘进施工技术研究

复杂地质条件下地铁隧道盾构始发掘进施工技术研究

熊鑫

中交隧道工程局有限公司   北京市  100024

摘要：在城市建设进程不断加快的过程中，轨道交通工程项目的建设规模日益扩大，尤其是地铁项目的建设，能够缓解路面交通的拥堵问题，并且为公众的日常出行提供便利。在开展地铁项目施工的过程中，隧道的盾构始发掘进尤为关键，与后续隧道结构的安全性和稳固性息息相关。下文首先从地铁盾构法施工技术的原理和优势入手，随后分析了复杂地质条件下地铁隧道盾构始发挖掘方法工程概况，最后讨论了具体的盾构始发挖掘方法，仅供参考。

关键词：地铁隧道；复杂地质条件；始发掘进

引言

在开展地铁工程隧道盾构施工的过程中，盾构始发环节尤为重要，与地铁隧道项目的施工质量和建设效果息息相关。隧道盾构施工技术是较为常见的一种地铁隧道工程施工方案，具有高效、安全、便捷等优势，助力了地铁事业的发展，同时也为公众的日常出行提供了保证，推动我国交通运输事业的完善与优化。

1地铁盾构法施工技术概述

1.1技术原理

盾构施工技术已经有接近二百年的发展历史，起源于英国。“一五”期间，我国首次应用这样技术在辽宁阜新煤矿。简单来讲，盾构施工技术原理主要是盾构机千斤顶借助已经成型的管片提供反力，向前施加推力，在刀盘旋转的作用下，实现掌子面土体的切削，并且利用螺旋输送机将内部的渣土运出，通过拼装机拼装管片并形成衬砌，紧接着进行管片的同步注浆，形成了永久结构。开挖形成的盾构隧道如图1所示。

图1盾构隧道

1.2技术优势

在进行地铁项目隧道施工的过程中，应用盾构施工技术的优势主要体现在以下几个方面：首先，安全性高。主要是在盾构的掩护下完成掘进、衬砌、浇筑的作业环节。其次，对外界影响小。在开展盾构施工的过程中，主要涉及的地下施工作业，不会造成地面交通的中断，也不会影响到河道航运。最后，施工过程中所产生的震动以及造成污染相对较小，对周边环境和居民不会产生恶劣的影响，实现了对建筑物和地面附着物的保护。

2复杂地质条件下地铁隧道盾构始发挖掘方法工程概况

地铁隧道项目的盾构施工，主要是借助盾构完成土层的掘进施工，机器在深入挖掘过程中所产生的振动频率对周围土壤层的波动影响较少，能够有效避免施工角度不合理或者是推力过大等情况所造成的土层塌陷问题，具有保护外层结构稳定的作用。而盾构始发掘进主要是在待挖空区域，以盾壳为支撑点，通过千斤顶提供的动力，沿着开挖面推动盾构外壳完成挖掘作业。但是为了保障挖掘工作科学可行，需要提前进行地质土层条件的分析，合理设置装配土量。

通常情况下，在开展盾构始发掘进的过程中，必须落实相应的施工风险控制工作，具体涉及以下两个方面：首先，需要进行盾构挖掘土质松软程度、土层深度内的地下水量的科学严谨评估，提升挖掘后土层表面的稳定性水平。如果出现了土层表面稳定性差的情况，在完成挖掘工作后，就可能出现塌落等施工安全事故问题。其次，进行多次盾构始发掘进施工过程中土层土压度和出土量的监测工作，对于实际出土量与预测出土量相差较多的情况，就需要立即停工，并分析原因，降低地面沉降问题出现的可能。

3复杂地质条件下地铁隧道盾构始发挖掘技术分析

3.1前期准备

在开展地铁隧道盾构施工之前，充分的前期准备工作是确保后续施工顺利进行的关键所在，需要做好以下几方面的工作：首先，展开及时的调研工作，对地铁车站和周边环境进行评估。如果盾构机的穿越涉及既有运营隧道，就必须对该隧道的结构、尺寸、长度、功能、使用年限、土体情况等展开全面的调研分析。为了保证工程设计方案的有效性，应当体先进行项目建设区域前后三十米范围内既有隧道结构变形、渗漏、位移等情况的探讨分析。同时，严格按照地铁随带的设计图纸，明确具体盾构穿越区域，掌握新建隧道与既有隧道之间的位置关系和净距离情况，确定隧道施工区周围是否存在联络通道、端头井等情况。根据地铁车站在的区域的底层情况、下穿隧道的底层以及两层隧道之间的底层问题，制定科学的工程计划，同时也可以配合补充勘察工作，核实项目建设周围的底层分布情况，摸排调查穿越节点周边的地层情况和环境条件。其次，以设计和运营要求为依据，全面分析周边的环境情况，做好地铁车站隧道变形的控制，了解变形控制的预警值和报警值，以检测方案为依据，开展监测点的布设，获取初始值，及时开展下穿范围内地铁车站的结构自动化检测工作，为后续作业的顺利进行提供依据。

3.2始发托架、盾构机体的加固

始发托架和盾构机体的加固工作至关重要的，特别是在盾构始发的过程中，扭矩还会影响到盾体的旋转，始发托架需要承受各方面的横向、纵向推力，因此，托架和盾体的加固工作为盾构始发作业的顺利进行提供保障。并且，盾构始发施工必须由后制成，为此就需要使用管片，在洞圈与结构内衬区域进行后座支撑体系的制作，并由7环负环管片拼装组成。在第一环负环后做好由型钢制作的后靠设置工作，严格检验后靠强度情况，且需用钢丝绳将管片外圈牢牢困住，管片下方使用木楔支撑，防止管片下沉。待进行一段距离的施工后，确保满足盾构推进所需反力后，将负环拆除。对于洞口与盾构机体、衬砌之间存在建筑空隙的情况，就会加大泥水流失问题出现的可能，造成地表沉降，为此，就需要在洞口进行始发密封止水装置的安装，通常情况下，始发装置涉及帘布橡胶板、圆环板、折叠板及相应的连接螺栓和垫圈。

3.3掘进施工

掘进施工的过程中，必须要确保盾构机参数能与试推过程中保持一致，及时调整异常情况，由专人负责具体的掘进作业。另外，由于地铁项目隧道环境较为复杂，施工过程中可能出现各种突发情况，施工人员必须要具备较强的应变能力，进行掘进过程的全面管控，一旦出现异常情况需要立即暂停作业，并向上级部门报告，确保问题处理结束后，才能够开展后续的掘进施工。盾构机掘进是形成隧道结构的重要环节，与隧道施工质量息息相关。在盾构掘进过程中需要实现平稳匀速，根据围岩条件、泥膜质量、同步注浆状况、盾构机刀盘的状态等因素进行掘进参数的确定，在保证掘进速度的同时，提高掘进质量。盾构姿态、盾构推力、刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度等都是隧道施工中需要重点考虑的情况，通过科学控制盾构机的状态，能够尽可能地实现掘进路线与设计轴线相一致，为了避免管片环面受力不均的情况，就需要及时纠正偏差情况，比如说可以利用BIM设计模型，通过推算盾构掘进轴线，合理控制偏差情况。另外，想要确保管片外部空隙注浆饱满，需要进行掘进速度以及浆液初凝速度的合理控制。

3.4盾构接收

在盾构施工的过程中，盾构接收过程的风险较大。由于不同区域的工程地质条件存在一定的差异，为此就需要合理选择盾构接收工艺方法。比如说，在风险等级一般、地质条件较好的需求，可以进行常规的接收处理，而对于一些地下水丰富砂层较多的地质条件较差的区域，就需要应用钢套管法或者是冻结法进行接收处理。通过充分的前期准备工作，施工企业能够进行相关技术的措施的全面检查，并且根据工程监理的具体要求，落实人员、设备、技术等方面的准备工作，确保盾构机能够以良好的状态进入到预定的接收区域。

3.5粉砂段挖掘

地铁隧道的施工质量和施工进度直接受到周围地质情况的影响。如果盾构施工过程遇到了粉质粘土层和软土层地质情况可以进行继续施工，但是一旦出现了粉砂层类型的地质条件就会加大施工难度。面对这种情况，想要实现盾构作业的顺利进行，就需要合理选择盾构施工方法，避免土口喷砂和土体液化问题对盾构施工的影响。一般情况下，在开展粉砂层阶段挖掘施工的过程中，可以利用向土舱内加泥和增加土舱压力的办法来增强土体的滞水性和流动性，推动这一环节挖掘作业的顺利进行。

3.6防水渗透处理

在进行地铁隧道项目盾构施工的过程中，防水工作尤为关键，通过进行多层防水体系的建立，保证防水渗透处理效果。具体来讲，首先需要做好管片的控制工作，落实项目验收，避免受到管片质量的影响而出现渗漏水情况。其次，进行掘进注浆防水工作，并且通过及时的二次补浆，确保注浆到位，提升防渗漏施工效果。再次，严把防水材料质量关，比如说，监理机构可以从接缝材料的采购、进场检验、接缝安装等多个环节入手，保证材料质量满足工程要求，避免出现以次充好的情况。最后，落实管片的拼接管理工作，通常拼接缝的防水主要涉及到弹性密封垫防水、嵌缝防水两种形式，作业过程中，工作人员需要测试拼装的质量情况，避免出现松动、生锈、变形、密封不严等问题，并及时将施工过程中所产生的杂物和垃圾清理干净，减少缝隙误差，提升防水防渗透施工效果。

3.7掘进过程动态监控

对于地铁项目来讲，盾构施工环节尤为关键，所面临的情况复杂，产生的社会影响较大。在开展具体盾构掘进施工的过程中，为了保证工程质量，就需要开展精细化管理工作，组织监测工作，及时发现隐患并解决。通常情况下，应当进行盾构隧道结构水平位移、隧道结构净空收敛、地表沉降、土体深层水平位移、管片结构应力、管片连接螺栓应力等多方面情况的监测工作。通过科学地设置监测点，掌握全面的工程数据，一旦超过限值，就需要立即停止掘进，并进行相应的处理。在科技不断发展的过程中，可以利用大数据技术和先进的传感设备进行具体的监测处理，并结合定期和不定期抽测的方式，提升测量结果的准确性，实现数据的实时传输。

3.8出洞施工

为了保证地铁盾构机的顺利触动，避免出现轴线偏差情况，在即将开展出洞施工之前，就需要提前进行工程现场的出洞测量工作，确定正确的出洞掘进方向。具体出洞施工期间，配合地质条件的分析和判断，查看地质条件能否满足盾构机的出洞掘进要求，对于存在差异的情况做好及时处理和优化。另外，在这一过程中，如果出现一些无法进行解决和处理的不利地质情况，就需要根据需要，尽管技术措施，确保能够在项目建设规定期限内，完成出洞作业。在最终出洞掘进环节，工作人员必须要确保盾构基座能够随时向前推进，减少土体的暴露时间，确保盾构机可以完全地切入到洞口，降低各种突发安全事故的不良影响。

结束语

总之，在进行地铁项目施工建设的过程中，隧道的盾构始发施工环节尤为重要，积极开展施工质量管理工作，进行相关施工环节的研究与分析，能够在保证工程建设效果的同时，降低各种安全事故问题出现的可能，提升地铁项目建设效率水平，推动我国交通运输事业的健康发展。

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