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摘要：在富水砂层中，因不利地质条件影响，土压平衡盾构机作业期间容易发生多种不可控问题，如地层沉降，盾构姿态难控以及隧道喷涌等，对于此本文结合实际工程案例，提出了富水砂层中土压平衡盾构施工的技术措施。
关键词：富水砂层；土压平衡盾构；技术措施
伴随建筑工程中对地下空间的大范围开发与应用，土压平衡盾构施工法的应用也愈加广泛，这次施工方法又被称为泥土加压式盾构或削土密封式盾构。这一施工方法的原理是借助推力的力量，通过盾构机刀盘对土体进行切削处理，并利用对螺旋机旋转速度的调节以对土仓排土量进行控制，实现开挖面与土仓之间的动态平衡。泥水平衡盾构机是将隔板装置在支撑环前面泥水舱中，并向其中注入一定压力的泥浆，在开挖面形成泥膜，可以对正面土体有支撑作用，并用在正面安装的大刀盘对土体表面泥膜进行切削，混合泥水后，转变为高密度泥浆，通过管道以及泥浆泵输送至地面对其进行处理。由此可见相比于泥水平衡盾构机，土压平衡盾构机在富水砂层条件下进行施工可能会增加地面沉降，很难控制盾构姿态，且会出现隧道喷涌问题。
一、工程概况
以某轨道交通工程为例，本工程涉及到的盾构工程需从富水砂层通过，这一区间地层状态包括淤泥质粉细砂层、海陆交互中粗砂层、粉细砂层、中粗砂层。其中第一砂层的厚度为0.5-4.5米；第二砂层厚度为0.6-15.6米；第三砂层厚度为0.5-11.8米；第四砂层厚度为0.6-11.3米，隧道范围的埋设深度介于1.8-14.3米。砂层均为透水底层和富水地层，地下水丰富，渗透系数达到8.62-29.11米/天，同时陆上钻孔稳定水位埋深介于0.2-3.9米，地下水位埋藏相对较浅，一方面受大气降水补给，另一方面受外围含水层侧向补给。这一工程施工场地相对狭小，且其上交通繁忙，对泥水分离系统设备进行综合考虑，因其施工成本较高，因此通过土压平衡盾构机进行施工。在通过富水砂层时，土压平衡盾构机若未制定技术措施预防相关问题的出现，则会使施工进度受到影响，出现管片漏水、错台等问题，所以在此种不利条件下，通过富水砂层施工中土压平衡盾构机保持较快的掘进速度，使盾构隧道质量得到保障，这是施工中亟需解决的问题，本文其施工技术措施进行介绍。
二、富水砂层中土压平衡盾构施工的工法特点
富水砂层中土压平衡盾构施工的工法特点主要包括：第一，与土压平衡盾构机性能相结合，使富水砂层施工更加有效且简单。第二，在盾构掘进期间，有效避免了喷涌现象的出现，使施工进度加快，地面沉降程度减轻。第三，可以对盾构机姿态进行有效控制，防止出现盾构隧道漏水及错台问题，使隧道施工质量得到保障。第四，在隧道施工期间，富水砂层中的施工通常可以通过两种方式进行，一是明挖法施工，直接大开挖土体表面；二是盾构法施工，在通过富水砂层之前先加固地层。土压平衡盾构机施工之前无需加固地面，使前期拆迁、整地等工作减少，施工成本节约，不会给施工造成严重影响。
三、富水砂层中土压平衡盾构施工的技术措施
（一）刀盘形式
面板形以及辐条形是土压平衡盾构机的传统刀盘形式，施工过程中应以盾构外径为依据，结合开挖土质，并针对掘进距离，另外考虑开挖面障碍物情况选择适合的刀盘形式。对于砂性土底层施工中，因泡沫剂等材料可以改良土体，因此土压平衡盾构机所选用的刀盘不仅需要承载刀具，还应起到搅拌机的效果，制作对开挖起支撑作用的碴土。可以通过辐条面板形刀盘进行施工，中间支持，可以达到45%的开口率（图1）。在刀盘核心位置此种形式的刀盘具有较大的开口率，可以确保土体在切削之后顺利进入碴土仓，同时土体与刀盘正面接触面积明显比面板式刀盘小，这样可以使施工摩擦扭矩减小。本工程砂层以中粗砂为主，因此可以采用软土道具，包括中心刮刀共82把面刮刀；45把先行撕裂刀；12把周边刮刀；12把周边保护刀；2把超挖刀，其中包括1把备用刀；其中刀盘表面与面刮刀距离为70毫米，刀盘表面与先行撕裂刀之间距离为80毫米，超挖刀超挖量达到65毫米。施工之前通过理论计算分析盾构施工刀盘扭矩，将不利因素考虑在内，对刀盘配备标准扭矩进行确定，同时对脱困扭矩进行确定，经过工程检验与施工要求相符合。
图1 刀盘形式
（一）螺旋输送机系统
对于土压平衡盾构机来说，其作用在于对土仓土压力进行调节，同时出碴，因对砂及砂砾层进行考虑，施工地层有丰富水量，通过轴式螺旋输送机进行施工，对止水性有利，以地下水埋深差异为依据，盾构刀盘中心水压力在0.1-0.2MPa。按照工程经验分析，当地下水压力达到2MPa时，施工过程中不能仅通过阀门止水方式进行施工，而需要与其他装置相互配合施工，所以本工程通过多段螺旋式输送机进行施工，其最大扭矩为85.7kN•m，最大转速为每分钟13r，叶片螺距为700毫米，叶片直径为756毫米，出土能力每小时为222m3，可通过最大颗粒为600毫米*256毫米。螺旋输送机外壳为分段设计，在盾构机前体下部焊接其前端部分，后部筒体由两个筒体套接而成，其外径为812.8毫米，通过液压油缸对两筒体进行连接，两者可以相互伸缩，行程最大值为1000毫米。
螺旋机设有两个可开闭闸门，在土仓进土口位置设置，在排堵螺旋输送机过程中，可以将螺旋机伸长，与油缸连接，将螺旋输送叶片回缩，并将土仓中两个可开闭闸门关闭，液压进土闸门，关闭螺旋机进土口，避免土仓土压失稳。再利用螺旋输送机上设置的排堵口作排堵操作，对于涌水相对较多的位置，可以先关闭第一道闸门，然后开启第二道闸门，在出口位置存放碴土，并关闭第二道闸门，将第一道闸门开启，将碴土排出。以本标段地质情况为依据，砂卵石对螺旋输送机、刀具以及刀盘的耐磨性要求均比较高，将耐磨合金条焊接在取土端外壳上，并将硬质合金块焊接在螺旋叶片边缘，在受到碴土摩擦的叶片一面进行硬质合金条纹焊接，这些焊接方式均可以使耐磨性能提升。
结语：
本文对某轨道交通工程的工程概况进行介绍，并分析了富水砂层中土压平衡盾构施工的工法特点和技术措施，发现富水砂层中盾构施工具有一定的挑战性，因此不能予以忽视，因此应制定相对完善的施工计划，动态管理施工中各个环节，保证工程的质量。
参考文献：
[1]周杨.富水砂层土压平衡盾构施工关键技术[J].建材与装饰，2014（18）.
[2]常心毅.富水砂层盾构施工技术探讨[J].现代城市轨道交通，2016（06）.
论文作者:杨斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/1/26
标签：盾构论文; 中土论文; 工程论文; 闸门论文; 隧道论文; 泥水论文; 螺旋论文; 《基层建设》2017年第36期论文;