張建容

摘 要：超大直徑盾構(gòu)機主要面向長跨越、高要求的隧道工程，與傳統(tǒng)隧道施工方法進行對比，具有施工安全可靠、效率高、質(zhì)量好、環(huán)保要求嚴格等顯著優(yōu)勢，是巖溶區(qū)隧道施工的首選方案之一。由此，根據(jù)南京某過江隧道工程施工內(nèi)容來分析超大直徑盾構(gòu)機穿越巖溶區(qū)施工技術(shù)，明確技術(shù)應用要點的基礎上全方位管控巖溶區(qū)域存在的各類施工管控問題，充分發(fā)揮當前工程的綜合經(jīng)濟效益。

關鍵詞：超大直徑；盾構(gòu)機；巖溶區(qū)

中圖分類號：U445.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）05-0040-03

1 超大直徑盾構(gòu)機在巖溶區(qū)的施工優(yōu)勢

隨著城市地下工程建設的不斷推進，越來越多的城市開始采用超大直徑盾構(gòu)機技術(shù)來進行穿越巖溶區(qū)的隧道施工，其具有以下3個優(yōu)勢。

第一，超大直徑盾構(gòu)機可以突破難度較大的地層。由于巖溶地區(qū)地下空洞較多，隧道穿越的地質(zhì)條件復雜，通常使用傳統(tǒng)掘進方法難以突破，而超大直徑盾構(gòu)機可以通過施工時，調(diào)整掘進參數(shù)、改變注漿方式等手段來靈活應對不同的地質(zhì)條件，獲得更好的穿越效果。

第二，超大直徑盾構(gòu)機的安全性較高，施工效率更快。由于巖溶地區(qū)的巖溶溶蝕形成了地下空洞，使用傳統(tǒng)隧道掘進方法在鉆洞或者掘進過程中經(jīng)常會出現(xiàn)垮落風險，使用超大直徑盾構(gòu)機可以有效地減少這類安全隱患，并可以在較短的時間內(nèi)完成較長的隧道施工。

第三，與傳統(tǒng)掘進方式相比，超大直徑盾構(gòu)機在穿越巖溶區(qū)施工時，碎屑、煙氣、噪聲等環(huán)境污染物大大減少，對當?shù)丨h(huán)境影響較小，可以有效保護地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境[1]。

2 超大直徑盾構(gòu)機穿越巖溶區(qū)的項目工程概況

該隧道在前期設計當中盾構(gòu)段長度管控在3 km，管內(nèi)徑13.3 m，外徑14.5 m，若想要將超大直徑泥水盾構(gòu)機應用到其中提高施工效益，則要在正式推進挖掘工作之前設置一定的預留區(qū)域。當前工程在推進當中存在一段水下施工，水下施工段內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)分布相對復雜，進而強調(diào)盾構(gòu)機穿越階段的方向管控以及巖層穩(wěn)定性管控效益。圖1為隧道縱斷面示意圖，圖2為隧道橫斷面示意圖。

從各項數(shù)據(jù)上來看，當前工程隧道內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對復雜，巖層分布不均的同時巖層所屬類型穩(wěn)定性較弱，并且對巖層周邊進行調(diào)研還可以發(fā)現(xiàn)，是處在發(fā)育狀態(tài)下的溶洞。這一巖層分布特性在增加施工難度的同時，也為施工流程的安全管控工作帶來了較多的難題。從數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果上來看，當前施工區(qū)域內(nèi)灰?guī)r中的洞穴出現(xiàn)率為27.3%，溶洞的高度在0.2～4.4 m。并且盾構(gòu)機主要行進方向上途經(jīng)大量地表建筑物，綜合施工環(huán)境更為復雜。盾構(gòu)機底部存在較大溶洞，溶洞的大小不一且位置難以確定，這將增加施工的困難和風險，容易出現(xiàn)盾構(gòu)機栽頭、整體下沉等嚴重問題，加上巖溶發(fā)育地段往往與斷裂帶相互疊加，增加了地下水流動的復雜性，水的滲透和沖刷的可能性增大，因此對盾構(gòu)機工程提出更高的要求。

通過詳細的勘探和調(diào)查工作，使用地質(zhì)勘探技術(shù)，如地震勘探、地下水位監(jiān)測等，了解地下情況，尤其是溶洞的位置和大小。此次施工采用注漿填充加固方法，但是施工中還存在強度差異性，使得掘進過程中容易出現(xiàn)盾構(gòu)機刀具崩齒、偏磨，對盾構(gòu)機的損耗較大。如果隧道軸線方向存在未處理的溶洞空腔，施工過程中的地層擾動可能會增加周邊土體坍塌的風險，使得地表建筑物受到較大威脅。因此還需要施工單位能夠提高重視，加強對施工人員的培訓與教育，使其可以在施工過程中必須時刻保持警惕，嚴格按照相關規(guī)范操作，確保施工安全順利進行，并且要進行地表沉降監(jiān)測、應力監(jiān)測等，可以及時發(fā)現(xiàn)和評估地表沉降情況，采取必要的補救措施[2]。

3 超大直徑盾構(gòu)機穿越巖溶區(qū)施工技術(shù)應用要點

3.1 施工準備

在制定施工方案之前，對過江隧道的巖溶地層進行詳細的地質(zhì)勘察與預測，確定地質(zhì)條件，洞室穩(wěn)定性和地下水變化等參數(shù)，以便在施工過程中采取適當?shù)拇胧?，并根?jù)過江隧道的實際情況，選擇合適的超大直徑盾構(gòu)機，考慮盾構(gòu)機的適應性和性能，以確保施工的順利進行。對于過江隧道這樣的大型隧道工程，施工組織和安全管理非常重要，還需要考慮人員組織、施工時間安排、施工工藝流程等因素，確保施工過程中的安全措施得以落實，最大限度地減少事故風險[3]。

3.2 盾構(gòu)機選型

3.2.1 主驅(qū)動伸縮擺動功能實現(xiàn)

在主驅(qū)動配置18個可伸縮油缸（伸縮量400 mm），使得盾構(gòu)機的刀盤具有相對移動的能力，以此不僅可以滿足巖溶地層刀具更換的安全、高效，還可用于極端情況下刀盤脫困。該功能保證了盾構(gòu)機在施工過程中能夠靈活應對地質(zhì)條件的變化，提高施工的安全性和效率[4]。

3.2.2 刀具系列系統(tǒng)配置

需配置適合巖溶地層的刀具系列系統(tǒng)，刀具的選擇應綜合考慮地質(zhì)條件、巖石強度和破碎性等因素，并進行針對性的調(diào)整，以提高刀具的壽命和開挖效率。例如滾刀載荷系統(tǒng)，通過可視面板顯示滾刀上的負載，可準確的反應刀具的受力狀態(tài)，從而大大提高施工的安全性。

3.2.3 開挖倉伸縮攝像頭配置

巖溶區(qū)溶洞、斷層、裂隙等特殊地質(zhì)較為復雜，通過配置伸縮攝像頭可以實時監(jiān)測開挖面的情況，包括地質(zhì)災害風險的預警、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水情況等，確保施工的安全性和穩(wěn)定性。一般攝像頭最大工作壓力為1 MPa，可進行360°旋轉(zhuǎn)。

3.2.4 超前鉆探及注漿系統(tǒng)

巖溶地層中可能存在不穩(wěn)定巖體、溶洞等地質(zhì)風險，為了充分了解地質(zhì)情況并及時采取應對措施，盾構(gòu)機應配置超前鉆探及注漿系統(tǒng)。鉆機安裝在盾構(gòu)機拼裝機后部橋架上，鉆桿可實現(xiàn)0°、8°、12°等3種角度的延伸，水平鉆探距離至少可達25 m[5]。

3.3 地面預處理

3.3.1 巖溶分布探測

巖溶分布探測需要采用跨孔電阻率CT法和跨孔彈性波CT法兩種方式對巖溶區(qū)進行探測，其中跨孔電阻率CT法是通過埋設電極和傳感器，利用電流通過巖溶層進行測量，來獲取巖溶地層電阻率分布情況。電阻率的變化可以反映不同地質(zhì)層的存在，進而判斷巖溶區(qū)的分布情況?？缈讖椥圆–T法是通過布設傳聲器和震源，發(fā)送彈性波信號，通過接收信號的傳播時間和振幅變化，反演巖層的聲波速度和密度，進而推斷巖溶地層的情況。在此次工程中，通過探測可以發(fā)現(xiàn)，巖溶發(fā)育的位置相對集中，可以分為4個主要的巖溶發(fā)育區(qū)[6]。

3.3.2 地面注漿處理

在具體的技術(shù)應用與管控方面，工程管理方可將地面鉆孔鋼花管注漿這類方式整合到其中，充分發(fā)揮盾構(gòu)機械應用成效的基礎上減少盾構(gòu)機在運行當中遇到的各類阻礙性問題。由此要對盾構(gòu)機行進方向以及臨近施工區(qū)域的各類巖溶區(qū)域展開對應的故處理，平面管控方面則要根據(jù)前期處理方案，以梅花形為基準開挖孔洞，配合隧道施工需求推進注漿流程。之后根據(jù)隧道軸線走向以及施工區(qū)域周邊巖層條件來向外延展7.5 m，垂直隧道軸線方向：隧道平面以上7.5 m，隧底基面向下延伸15 m。注漿材料采用水灰比1∶1的42.5級普通硅酸鹽水泥漿，漿液比重為1∶0.5[7]。

3.3.3 鉆孔封堵

在進行鉆孔封堵時，需要采取一系列的施工措施以確保封堵效果和施工質(zhì)量。先根據(jù)洞穴或溶洞的位置、大小和分布等因素，合理布置鉆孔位置和孔距，以確保封堵效果，然后使用注漿設備將封堵材料注入鉆孔中，實現(xiàn)地下空洞的封堵。在注漿過程中，需根據(jù)地質(zhì)條件和封堵需求，調(diào)整注漿材料的比例和注漿壓力[8]。

3.4 盾構(gòu)施工

3.4.1 盾構(gòu)機姿態(tài)控制

采用精確的傳感器和儀器，對盾構(gòu)機的姿態(tài)、位置和位移等參數(shù)進行實時監(jiān)測和測量。這些參數(shù)的數(shù)據(jù)可用于控制盾構(gòu)機的運動和速度，調(diào)整開挖方向，最大程度地避免地質(zhì)風險和隧道崩塌等安全事故。在具體作業(yè)中，應該使盾構(gòu)機相對于軸線為抬頭狀態(tài)[9]。

3.4.2 超前注漿

選擇適宜的注漿材料，常見的注漿材料包括水泥漿、高嶺土漿和有機膠體等，通過鉆孔設備在盾構(gòu)機前方的巖層或地質(zhì)層進行鉆孔，以便注入封固材料，然后利用注漿泵將注漿材料注入鉆孔中，填充空隙和裂隙，形成穩(wěn)定的封固體。同時控制注漿的壓力和流量，保證注漿效果[10]。

4 結(jié)束語

巖溶地區(qū)地下空洞多、地層不穩(wěn)定、巖溶水位變化大，因此必須通過合適的技術(shù)手段解決這些問題，確保盾構(gòu)施工的安全、高效進行。依照工程實際推進效果來明確盾構(gòu)機型號篩選方案，調(diào)控地面預處理細節(jié)的基礎上優(yōu)化前期設計階段當中的各項數(shù)值管控方案，全方位發(fā)揮超大直徑盾構(gòu)在工程當中應用成效的基礎上解決施工當中存在的各類質(zhì)量問題。

參考文獻

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[3] 劉福昌，林鳳，馬云鶴.超大直徑盾構(gòu)隧道首次穿越巖溶區(qū)[N].中國鐵道建筑報，2021-11-02（001）.

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[7] 葉宇航，羅旭，劉健美，等.巖溶區(qū)大直徑盾構(gòu)隧道下穿機場飛行區(qū)不停航施工建設方案[J].城市軌道交通研究，2024，27 （01）：269-275.

[8] 王余良.巖溶區(qū)雙模式盾構(gòu)下穿建筑群的施工風險控制[J].建筑機械化，2017，38（06）：53-54.

[9] 楊永魁，張建.巖溶發(fā)育區(qū)盾構(gòu)法施工技術(shù)探討[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2021（S1）：66-70.

[10] 唐冬云，陳培帥，黃威.盾構(gòu)隧道巖溶地層處理及掘進施工控制技術(shù)研究[J].中國水運（下半月），2018（8）：215-216.