中交天和机械设备制造有限公司 江苏 常熟 215500
摘要：21世纪以来，社会和经济快速发展，交通网络也越来越发达，近年来最明显发展的是地铁，在地铁的施工建设中，因为土压平衡盾构施工技术有许多其它施工技术没有的优点，例如安全，环保，高效等，土压平衡盾构施工技术被广泛的应用，但任何的技术都不会做到尽善尽美，土压平衡盾构施工技术也是如此。虽然近年来土压平衡盾构施工技术发展迅猛成熟，但也存在一些常见的问题，本文就土压平衡盾构施工技术的特点以及它存在的问题给出一些预防措施，希望可以供相关的施工单位借鉴。
关键词：土压平衡盾构施工；风险问题；控制技术；技术分析
引言
20世纪80年代东京投入使用第一台土压平衡盾构，之后土压平衡盾构就被全球各国争相使用，现在土压平衡盾构已经被广泛的运用在地下空间的隧道工程中。近年来，我国的交通建设发展迅猛，尤其地下空间的地铁发展兴起，并且发展的迅速成熟，地下空间的地铁修筑主要采用的工程就是土压平衡盾构。土压平衡盾构就是利用渣土的压力把挖掘地方的水土进行压制来保持挖掘地面的稳定和坚实。
一、土压平衡盾构施工存在的风险问题
每个领域的活动都不可避免的存在一些安全威胁问题，工程施工领域更是如此，土压平衡盾构施工也存在许多的安全风险问题，对于这些毫无疑问存在的风险，我们要能对它进行辨识，下一步才有可能对这些安全风险的问题进行控制，规避这些风险，让土压平衡盾构施工发挥最大的效用。抽样调查多个地区最后得出平均数，土压平衡盾构施工存在的主要问题以及发生这些风险的概率如表1所示：
表1： 土压平衡盾构施工存在的主要问题以及发生这些风险的概率
1.1地层相关事故
1.1.1机械施工
在进行地下空间隧道的施工过程中，人所发挥的作用是有限的，所以大部分都是采用机械施工的方法，机械施工就是要穿过土层进行施工，而地层的土质是不确定的，虽然在施工之前要对即将进行施工的地层钻井取土来考虑是否能够运用到工程建设中，但在这个过程中，依旧会不可避免遇到一些土质不好的地层，例如黏土层。在进行黏土层地段工程施工的时候，难免会对机械的开进造成一些阻碍，例如预先设定的挖掘参数稍有偏差就会导致挖掘的不顺利，机械机身的滚动会受到牵绊，机械的刀盘和刀具会被泥土裹住，在机械施工的时会出现大量的热量，而地下施工压力会很大，这些黏土在高热量高压的情况下很容易形成泥饼，尤其是在刀盘的中心位置形成泥饼更甚，刀盘转动困难，渣土不能排，推进速度出极低，导致土压盾构推进严重的不正常。
1.2地表坍塌
由于地下隧道施工处于道路、地面建筑物、河流或湖泊之下，地下空隧道挖掘和掘进会遇到许多不可抗力，容易发生地表塌陷，在发生塌陷后，盾构前方的土体或围岩被严重破坏，给盾构继续掘进造成困难，严重的地表塌陷还会引起地面建筑物的倾覆。
1.3喷涌
土压平衡盾构施工中存在的喷涌问题主要有两个，地表的喷涌和螺旋输送机的喷涌。地表的喷涌指的是在盾构工程的掘进过程中，会产生土体劈裂掘进时向刀盘前注入的渣土改良材料（如泡沫、膨润土浆液）会产生喷涌；隧道设计地质物理勘探时因受地面条件的限制和设计成本的影响，通常是在隧道附近间隔一定距离地质取芯进行地质评估，难免会遇到与设计地质资料不符的情况，如存在压力较高的承压水，盾构掘进时隧道上方土体被扰动产生贯穿性缝隙也会产生喷涌。另外一个是螺旋输送机的喷涌，如果岩石的裂隙较发育，或富水砂、富水砂卵石、富水卵砾石地质、易在盾构土仓内积存较多的水量，致使螺旋输送机出渣闸门处存在水压，螺旋输送机出渣闸门打开即会发生喷涌。
1.4不相关事故
在土压平衡盾构施工中，造成的危险因素除相关的事故外，还有不相关的事故，比如电力原因。在土压平衡盾构施工的过程中，盾构施工设备基本都是使用电能的，如果供电线路、供电设施出现问题造成施工现场停电，盾构施工必须停止；严重的强降雨，使盾构施工现场发生水灾，盾构施工必须停止；超过5级以上的大风，使得施工用起重设备不能使用，盾构施工必须停止；由于城市市政管理的原因，使得渣土外运停止，施工场地内堆积的渣土已经达到现场最大临时储存量，盾构施工必须停止；由于盾构掘进前方的如管线迁改滞后、地面建筑物拆迁滞后等，盾构施工必须停止等等，以上原因影响正常的施工进度。
二、土压平衡盾构施工风险控制技术
2.1地层相关事故的风险控制
2.1.1机械施工风险控制
土压平衡盾构施工过程中，在大功率盾构的快速运转中，会加速盾构的盾体和隧道边壁的摩擦，在盾构的挖掘进程中，由于地层所含的岩石性质不一样，导致摩擦也会不一样，这就需要平衡摩擦，根据现有的技术主要从以下方面进行：第一，要有针对的在刀具之间注入泡沫来减小刀盘之间的扭矩力；第二，要在盾构的相应部位不断的泥浆，并且要能够保证泥浆的量达标。注入活性较强的泥浆使得盾构盾体周围的摩擦减小；第三，将刀盘的旋转方向改变，这样做既能够使盾体滚动量变小，也可以减小一定的摩擦。
2.1.2 土层风险控制
在土压平衡盾构的推进过程中，因其是在地下空间打穿隧道，所以可能会遇到一些土质比较黏的土层，这样便会对盾构的掘进产生一定的影响，拖慢工程的施工进度，在施工中主要通过以下的方式来进行相应的预防和控制：第一，当掘进的过程中遇到此类情况时，可以预先将盾构的掘进刀具换成刮刀，将刀盘的开口率增大，达到利于切削和渣土快速进入土仓的目的；第二，加入合适量的泡沫，以此来使黏土的粘性减小，减少泥饼产生的量；第三，在刀盘的背部和压力板上设置一些搅拌工具，扩展和加强搅拌的范围以及力度，并且适时的加入一些泡沫，提升渣土的流动性，易于分离；第四，严重的情况下，可以在螺旋机中的输送机内加入必要的泡沫，进而对产生的渣土进行干预，大大的提高渣土的流动性，使渣土不会对施工产生耽误。
2.1.3喷涌风险控制
在土压平衡风险控制的过程中，较容易产生螺旋输送器的喷涌，主要可以采用以下措施来对喷涌风险控制：第一，将管片和周围岩石之间的间隙进行缩短，若这个管片是位于含有较硬的岩石夹杂有水的岩石层中，就要对机械和土仓进行同步的灌浆和输送泡沫，使得土仓和机械之间的摩擦减小；第二，对盾构机械尺寸进行严格的控制，把握出土量，确保盾构机械能够快速有效的通过；第三，当盾构机械在停止运作时，不能完全忽略盾构机械，而是应当在机械的内部加入些水形成一定的压力，继续保持机械内的压力平衡，保证机械下次运作更加的顺利。
2.2不相关事故的风险控制
如上文所述，不相关事故的风险主要是电力风险，在电力风险上，能做的是有限的，因为一个城市或地区的供电电力一般是固定的，所以主要从以下几个方面进行电力的控制：第一，合理的规划所使用的机械，避免开启不必要的机械而导致电力的消耗；第二，机械不使用的时候，及时关闭；第三，提高工作人员的电力安全意识。
三、小结
土压平衡盾构施工技术是施工技术中的一个重要技术，这项技术存在优点的同时也会产生一些风险，故要做到对风险进行有效控制，使得土压平衡盾构施工技术发挥最大的效用，推动工期的顺利进行。
参考文献
[1]王欢.土压平衡盾构技术的评价[J].施工技术工程学报，2014-04-11.
[2]冯欢欢,杨书江.成都地铁4号线砂卵石地层土压平衡盾构施工技术[J].隧道建设,2014-03-20.
[3]毛阿立.大直径土压平衡盾构穿越湘江的扰动效应及施工控制技术研究[D].中南大学,2013-05-01.
论文作者:赵永柱
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/21
标签：盾构论文; 渣土论文; 机械论文; 风险论文; 施工技术论文; 隧道论文; 地层论文; 《防护工程》2017年第7期论文;