馮云波+馬斌

摘 要： 盾構(gòu)技術(shù)在地鐵隧道建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，能夠有效提高地鐵項(xiàng)目建設(shè)效率與質(zhì)量。在盾構(gòu)隧道施工中，上軟下硬復(fù)合地層條件是常見的特殊地質(zhì)條件，易產(chǎn)生不同程度的坍塌現(xiàn)象，因此，必須充分掌握工程實(shí)際地質(zhì)情況，確保設(shè)計方案的科學(xué)性。本文主要對上軟下硬復(fù)合地層地鐵盾構(gòu)隧道的設(shè)計進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞： 地鐵；盾構(gòu)隧道；上軟下硬復(fù)合底層

近年來，我國機(jī)動車保有量呈快速攀升狀態(tài)，目前機(jī)動車數(shù)量已經(jīng)達(dá)到2.9億，為緩解城市交通的擁堵問題，地鐵項(xiàng)目數(shù)量不斷增多。上軟下硬地層系指巖層埋深較淺，且基巖完整性好，上覆土層的地基。由于盾構(gòu)隧道上軟下硬的地層特性，決定了盾構(gòu)隧道施工存在一定難度。盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵工程施工建設(shè)，該施工技術(shù)不會對地面交通造成很大影響，可充分保護(hù)周邊建筑物，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，應(yīng)用優(yōu)勢甚為明顯。

一、上軟下硬復(fù)合地層地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計探討

盾構(gòu)穿越施工前期工作為整體施工奠定了基礎(chǔ)，以下從合理優(yōu)化施工參數(shù)、方案設(shè)計階段、施工圖紙設(shè)計階段等方面出發(fā)，對上軟下硬復(fù)合地層地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計進(jìn)行分析。

1、盾構(gòu)穿越施工需要以精確的施工參數(shù)作為施工的基礎(chǔ)。開始穿越地層之前，需結(jié)合沉降情況優(yōu)化施工參數(shù)，歸納總結(jié)沉降規(guī)律，針對盾構(gòu)穿越地層結(jié)構(gòu)展開合理分析，旨在實(shí)現(xiàn)最佳施工成效的最大化獲取，嚴(yán)格控制地面沉降，確保盾構(gòu)能夠平穩(wěn)安全地穿越地層結(jié)構(gòu)。

2、方案設(shè)計階段。盾構(gòu)區(qū)間上軟下硬底層普遍存在，在設(shè)計中不可避免的會遇到，方案設(shè)計階段應(yīng)盡可能避開該地層，具體可采用以下措施：第一，線路從平面上繞避上軟下硬特殊地層。第二，各專業(yè)設(shè)計人員密切協(xié)調(diào)和溝通，調(diào)整線路縱坡，避開大量的上軟下硬地層，可采取調(diào)高（或調(diào)低）線路的手段，例如線路可由常規(guī)的V形坡改變?yōu)閃形坡。第三，調(diào)整車站埋深，常規(guī)地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站采用地下2 層方案，工程實(shí)施困難區(qū)間兩端車站可結(jié)合環(huán)境條件，比選地下1 層、地面 l 層車站和地下3層或4層車站方案，綜合車站投資、區(qū)間工程實(shí)施難度、節(jié)省的投資以及后期運(yùn)營的便利及成本的增減，確定合理的區(qū)間方案。

3、在初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段，應(yīng)在地勘初步探明上軟下硬地層分布及埋深的基礎(chǔ)上，采取針對性設(shè)計和措施。首先給出設(shè)計方案和措施時應(yīng)包括對應(yīng)數(shù)量，概算開項(xiàng)并有合理的費(fèi)用。其次，對隧道下部堅硬的巖層，可考慮預(yù)裂爆破+袖閥管注漿方案。預(yù)裂爆破可采用地質(zhì)鉆機(jī)或潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑90—110mm，間距800—1000m。隧道上部若為松散砂層，應(yīng)結(jié)合地面條件對砂層進(jìn)行加固，加固方式可考慮攪拌樁、旋噴樁或注漿等。根據(jù)區(qū)間長度，設(shè)置多個換刀加固區(qū)，加固區(qū)的設(shè)置宜結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道地層預(yù)加固進(jìn)行，具體的加固方式可選用攪拌樁、旋噴樁或注漿加固等。避免線路與巖石交接面角度小于 150 °，防止盾構(gòu)刀盤切入困難。

4、施工準(zhǔn)備階段。盾構(gòu)穿越施工前期工作的關(guān)鍵是設(shè)備的維護(hù)和性能的確保。施工人員在設(shè)備前期的維修過程中，首先要采取有效措施確保盾構(gòu)機(jī)在施工中的使用。狀態(tài)平穩(wěn)正常的運(yùn)行狀態(tài)；其次，應(yīng)當(dāng)對于包括二次注漿機(jī)和拌合站等必要的施工設(shè)備進(jìn)行全面的性能檢測，從而能夠在此基礎(chǔ)上確保其能夠保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，最終能夠起到快速經(jīng)過施工風(fēng)險區(qū)域的效果。與此同時，施工人員應(yīng)當(dāng)保持盾構(gòu)能均勻連續(xù)前進(jìn)，并且在這一過程中針對盾構(gòu)扭轉(zhuǎn)實(shí)施有效控制，實(shí)現(xiàn)管片安裝精度的大幅度提升。

二、上軟下硬復(fù)合地層地鐵盾構(gòu)隧道的施工技術(shù)

1、補(bǔ)勘及施工現(xiàn)場環(huán)境調(diào)查

盾構(gòu)穿越施工技術(shù)應(yīng)用的第一步就是做好補(bǔ)勘和地面施工環(huán)境調(diào)查。施工人員在做好補(bǔ)勘和地面施工環(huán)境調(diào)查過程中，首先對工程地區(qū)的氣象條件進(jìn)行細(xì)致的了解，并且將其作為工程勘察和主要內(nèi)容的收集分類的關(guān)鍵；其次，應(yīng)當(dāng)在分析了地基層分布的成因的前提下對于當(dāng)?shù)氐牡叵滤愋瓦M(jìn)行分析，然后在此基礎(chǔ)上詳細(xì)研究當(dāng)?shù)氐闹脖簧L情況；最后，應(yīng)當(dāng)對于巖土參數(shù)進(jìn)行測量，并且根據(jù)高實(shí)用性的基本原則，在復(fù)雜地質(zhì)條件下的調(diào)查工作中，對于速度測試和靜態(tài)檢測在內(nèi)的環(huán)境調(diào)查技術(shù)進(jìn)行靈活的應(yīng)用，帶來良好的效果。

2、設(shè)備掘進(jìn)技術(shù)

在實(shí)際施工進(jìn)程中，使用盾構(gòu)機(jī)設(shè)備在上軟下硬地層中進(jìn)行挖掘的過程中，針對軟巖部分而言，切削掌子面會使土層結(jié)構(gòu)遭到破壞，針對局部巖石較硬部分，此處刀盤滾刀實(shí)際受力情況較大，伴隨著局部硬巖的不斷作用，刀盤所受損傷變大，因此，需將刀盤轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低，將其所受瞬時沖擊控制在安全荷載范圍之內(nèi)。對于上軟下硬地質(zhì)而言，若僅僅考慮刀盤保護(hù)因素，結(jié)合硬巖方式單純掘進(jìn)，則會導(dǎo)致超挖問題，造成地表發(fā)生沉降情況，基于此，必須在全土壓平衡模式下進(jìn)行掘進(jìn)施工，即為在實(shí)際的掘進(jìn)過程中用需確保掌子面壓力平衡以及土艙壓力相對較高些。

3、采用土體改良技術(shù)

盾構(gòu)穿越施工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是采用土體改良技術(shù)。施工人員在采用土體改良技術(shù)的過程中首先應(yīng)當(dāng)盡可能地優(yōu)先采用土體改良技術(shù)，從而能夠在此基礎(chǔ)上將刀具及螺旋輸送機(jī)設(shè)備所產(chǎn)生的磨損情況大大降低；其次，應(yīng)當(dāng)注重規(guī)避涌水問題的形成，在這一過程中工作人員可以選擇將含水量較大的泡沫注至土艙內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)泡沫的合理注入；最后，還應(yīng)當(dāng)在充分保護(hù)刀具的前提下避免對于軟巖部分穩(wěn)定性造成不利影響，最終能夠確保土壓值保持在較高的穩(wěn)定水平上。

4、換刀及加固技術(shù)

對于上軟下硬地層結(jié)構(gòu)而言，必須合理實(shí)施換刀行為，結(jié)合實(shí)際成效，正確選擇合理的加固區(qū)域位置，在此需要注意的是應(yīng)該在磨損超限之前盡可能完成換刀工作。為確保工作面具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，則可選用多種加固方式，諸如旋噴樁加固以及全斷面加固、艙內(nèi)灌漿加固等類型。其中，注漿加固主要指的是基于一定壓力值將擁有較強(qiáng)粘結(jié)性能的材料在被加固構(gòu)件內(nèi)部位置所存在空隙實(shí)施注入，旨在實(shí)現(xiàn)加固構(gòu)件密實(shí)性以及完整性的強(qiáng)化增強(qiáng)，促進(jìn)材料強(qiáng)度的優(yōu)化提高。地基加固以及砌體結(jié)構(gòu)裂縫缺陷加固修復(fù)等操作中較長運(yùn)用注漿加固措施。

三、盾構(gòu)穿越上軟下硬地層施工優(yōu)化措施

1、盾構(gòu)穿越施工技術(shù)應(yīng)用需要建立在合理應(yīng)用掘進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上。施工人員在合理應(yīng)用掘進(jìn)技術(shù)的過程中，首先應(yīng)當(dāng)通過控制顆粒大小來避免導(dǎo)致土層結(jié)構(gòu)遭到破壞。例如施工人員可以通過將上部土壓控在0.01～0.05MPa，下部土壓控制在0.07～0.12MPa來獲得良好的土層穩(wěn)定性；其次，還應(yīng)當(dāng)針對局部巖石較硬部分將刀盤轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低，從而能夠順利地將其所受瞬時沖擊控制在安全荷載范圍之內(nèi)；最后，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合硬巖方式單純掘進(jìn)，從而能夠在此基礎(chǔ)上有效減少超挖問題的出現(xiàn)，也減少地表發(fā)生沉降的概率。

2、盾構(gòu)穿越上軟下硬地層施工優(yōu)化需要著眼于裂縫缺陷的合理加固。施工人員在裂縫缺陷的合理加固的過程中，首先應(yīng)當(dāng)合理的施工活動，通過盾構(gòu)施工技術(shù)，并通過關(guān)注施工要點(diǎn)保證施工的整體安全；其次，為了能夠促進(jìn)工程建設(shè)的高質(zhì)完成，則應(yīng)當(dāng)針對不同的地質(zhì)條件采用合理的渣土改良技術(shù)，從而能夠起到保證盾構(gòu)施工安全、順利、快速的效果。

四、結(jié)束語

綜上所述，城市軌道交通的建設(shè)發(fā)展能夠有效緩解地面交通擁堵的問題，上軟下硬復(fù)合地層條件是一類常見的特殊地質(zhì)條件，在施工中容易出現(xiàn)不同程度的坍塌現(xiàn)象。為保證地鐵項(xiàng)目施工質(zhì)量，必須充分掌握工程實(shí)際地質(zhì)條件，確保盾構(gòu)隧道設(shè)計的科學(xué)性，嚴(yán)格規(guī)范施工操作行為，并采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，保證地鐵運(yùn)營的安全性。■

參考文獻(xiàn)

[1] 呂向紅，楊冬梅，鄭青.全斷面卵石地層盾構(gòu)近距離下穿地鐵區(qū)間隧道施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2015，2（5）.

[2] 任建喜，史景陽，占有名，等.地鐵盾構(gòu)施工對既有拱橋的變形影響規(guī)律與控制技術(shù)[J].施工技術(shù)，2014，6（18）.endprint