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摘要：主要研究富水复合地层盾构施工关键技术，分析了富水复合地层盾构施工中存在的常见问题，并对小半径掘进、腹水破碎带掘进等富水复合地层盾构施工关键技术进行了讨论。
关键词：富水复合地层；盾构；施工
盾构施工是地铁隧道施工的常见方法，盾构机是一种依托工程地质、水文地质以及地面、地下构筑物情况定制的地下隧道施工设备，富水复合地层地形地貌起伏多变，地层岩性比较复杂，给盾构机的掘进施工带来了很大阻碍，研究富水复合地层盾构机施工技术，对保证该类地质条件隧道施工质量有着重要意义。
一、富水复合地层盾构机施工常见问题
现阶段，富水复合地层盾构机施工中常见的问题主要有掘进困难、超挖塌陷和掘进不稳定等。
（一）掘进困难
富水复合地层盾构施工日掘进量不超过2m，排除卵石粒径超过500mm，刀盘贯入度和盾构掘进速度不高，但是出土方量很大，掘进过程中出现了刀盘卡死、正反转困难和刀盘后退情况。出现这种问题时，可以开仓处理，检查、清理刀盘内渣土，并在土仓内加压填充土膨润土浆液，恢复刀盘的正常运转。富水复合地层中，大粒径卵石容易自行剥落，尤其是弱胶结高渗透性地层，刀盘旋转切割作用会带动刀盘转动，因此可以进一步增加盾构机工作扭矩，增加掘进速度的同时方便推出大粒径卵石。
（二）超挖塌腔
盾构掘进过程中，富水复合地层单环超挖量均超过10m3，随着掘进的不断深入，超挖量将继续增加，会导致盾构掘削面后方地面累计沉降超限，导致施工无法继续。最大沉降位置钻探可发现竖向空腔，需灌注砼处理，继续掘进，超挖土方量进一步增加，掘进会导致明显的地表振动。
富水复合地层颗粒之间点对点传力，掘进面底层内大粒径颗粒不能有效排出，会导致掘削面局部区域支护压力下降，从而导致超挖，大粒径卵石卡住螺旋输送机会导致排土困难，需要加大螺旋机转速功率，从而导致出土过量。
（三）掘进不稳定
富水复合地层卵石土胶结程度不高，颗粒不均匀，有较多大卵石，而丰富的地下水会降低土仓渣土塑流性，无法满足土压平衡盾构施工的基本要求，施工中容易出现难以建立掘削面平衡土压、超挖、地表沉降失控、机械故障、刀具磨损过快等问题。
盾构机土仓渣土塑流性和渣土的改良效果有关，使用的膨润土和泡沫剂材料性能最终决定了土仓内渣土的塑流性。因此为了避免出现各种掘进问题，要使用高性能的膨润土，改善土仓内土体的塑流性，提高抗渗性，从而提高掘进稳定性。砂卵石无法有效排除是因为土仓内出现了砂石分离的情况，砂卵石沉底，排出砂卵石需要砂卵石漂浮起来，因此掘进过程中需要改变膨润土浆液稠度，降低发泡率，联合使用膨润土和泡沫剂。
二、富水复合地层盾构施工关键技术
对富水复合地层盾构施工中盾构选型、长距离小半径掘进和穿越腹水破碎带施工等难点问题进行了讨论，给出了一系列可行的解决措施。
（一）盾构选型
在城市轨道交通建设中,富水复合地层的掘进施工选择土压盾构相对较合理，泥水平衡盾构因为施工成本偏高，并且渣土场地占用比较大，实际施工应用范围有限，场地狭小时无法开始施工，相比之下土压平衡盾构的灵活性和适应性更强，推荐使用这种土压平衡盾构机。富水复合地层盾构机掘进过程中面对不同的土层要能够灵活调整掘进方式，盾构使用寿命往往在10km左右，为了提高地层适应性，控制施工成本，建议使用复合式土压平衡盾构。
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（二）复合地层长距离小半径掘进
1、施工难点
隧道曲线半径越小，盾构施工就需要越大的纠偏量，纠偏灵敏度却更低，使隧道轴线控制难度更大。盾构机掘进纠偏曲线时，往往会造成纠偏方向一侧间隙变小，易于发生盾尾钢丝刷拉坏管片的现象，此时管片选型应综合考虑盾构机姿态、铰接千斤顶行程、推进千斤顶行程、管片间隙等因素，当盾尾间隙过小时，可通过千斤顶分区选择调整推力和管片选型来调整。与此同时，隧道小半径掘进，管片断面和轴线之间产生了夹角，使千斤顶推力产生了水平分力，推动管片偏移向曲线外侧。小半径掘进还面临着严重的漏水问题，管片错台会导致止水条无法紧密衔接，止水条可能因为管片拼接质量问题受到破坏。
2、解决措施
（1）分区控制
采用分区控制的盾构推进油缸，对盾构两侧油缸的推力差进行精确控制，在降低整体推力的同时完成慢速急转动作。盾构司机需要根据隧道走向和地质情况提前做好盾构状态的准备，避免姿势不良造成较大的偏移。提前向弧内侧偏移，补偿姿态不良。
盾构蛇形的掘进方式无法避免姿态偏差，对于蛇形掘进应该遵循长距离慢修正的补偿原则，刀盘反转，侧滚纠偏，出现抬头、叩头或者左右偏移时需适当增加对应侧油缸推力，纠正偏差。
（2）铰接
铰接连接的盾构刚性连接长度更小，掘进过程中，盾构能够更加灵活的调整姿态，减小小半径区段的偏差。
（3）管片选型
盾构机管片一般分为六块，三块标准块，两块相邻块，一块封顶块。为了拟合曲线施工纠偏，可将管片分为左纠偏、右纠偏、标准环三种，不同的管片组合方式获得不同的转弯半径。盾构施工中，油缸行程差增加也会导致小半径隧道严重超挖，因为油缸行程差会增加隧道背衬的厚度变化和注浆管片防水难度，因此应该选择能够缩短油缸形成差的管片，并根据掘进一环的行程差，对下几环管片进行适当调整。
（三）富水碎裂带
1、日掘进量控制
盾构施工如果穿过富水碎裂带，丰富的地下水会稀释同步注浆浆液，管片外周孔隙不能饱满填充，可能导致隧道管片上浮和超限。而且富水碎裂带中，管片脱出盾尾，管片外周建筑孔隙能够保持较长时间的稳定，不能及时固定管片，无约束管片会受到地下水和注浆浆液浮力作用而上浮。这种情况下，可仍然遵循边掘进边注浆的基本原则，调整日掘进量，减少没有稳定固定的管片数量，控制管片上浮。
2、注浆控制
选择不容易稀释、凝结时间短的浆液同步注浆，确保经地下水稀释之后注浆液仍然保持相当的稠度，并且能够快速凝固，缩短管片非固定时间。同时还要适当增加注浆量，确保管片外周间隙都充分填满。为了限制管片上浮，还可以在盾尾3-5环管片间隔拱顶预埋注浆孔，灌注水泥-水玻璃双浆液，瞬间填充凝固管片外周孔隙。
3、排水
经过水泥-水玻璃注浆处理之后，管片仍然有上浮趋势，可打通管片预埋口泄水，管片调整至正常姿态之后停止排水。
结语：
富水复合地层盾构施工，尤其是小半径长距离施工面临着纠偏难度大、管片上浮、开裂以及漏水等问题，通过一系列针对性的工程措施能够得以有效解决。现阶段，富水复合地层盾构施工长距离掘进、既有地下构筑物穿越、复杂条件下始发施工等难点还没有系统的应对措施，相信随着工程经验的积累和施工技术的进步，这些问题都能够逐渐得到有效解决，进一步提高盾构施工的适应性、安全性和稳定性。
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论文作者:魏庆温
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/11
标签：盾构论文; 管片论文; 地层论文; 卵石论文; 隧道论文; 半径论文; 渣土论文; 《基层建设》2016年11期论文;