许成发++康健++李杰

摘 要：盾构机是我国地下空间开发利用的重要机械，是地铁、隧道等地下工程建设的主要设备。富水砂层属于地下工程建设的不利地质，在对富水砂层开挖建设的过程中，因其含水丰富且透水性良好会给施工带来很大问题和困难，例如喷涌、刀盘过度磨损等。因此，要特别注意盾构机在过富水砂层时的施工工艺和技术要求，面对问题采取恰当的解决办法，这样才能保证施工的顺利进行，同时保证富水砂层地下工程的质量和稳定性。该文对土压平衡式盾构机在富水砂层中的施工技术进行研究和探讨。

关键词：土压平衡式盾构机 富水砂层 施工

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0029-02

人们经济活动的日益频繁和生活水平的提高，有限的地表空间资源越来越显得捉襟见肘，于是，人们把视线转移到地下空间的开发，地下工程的施工建设越来越多。特别是在交通领域，地铁、管廊、饮水等工程的施工建设在地下工程施工建设中占重要地位，也使得盾构工法得以广泛应用。土压平衡式盾构机是我国地下工程开挖施工的主要机械设备，但是面对富水砂层这样的不利地质，除了要严格按照规范要求进行施工外，还要根据地质条件所带来的问题采取有效的方法予以解决，这样才能使施工顺利进行，同时保证工程质量。

1 施工技术分析

土压平衡式盾构机常用于地铁、隧道等地下工程的开挖施工，特别是对于富水砂层地质条件，因含水量丰富，透水性好，隧道掘进中会带来很多问题，应用土压平衡式盾构机是具有一定优势的，在其他含水量较高的软土层和混合地层中应用同样适宜。盾构机在实际掘进施工的运行中，具有三种操作模式，即：土压平衡、气压平衡、敞开式，可以根据实际施工需求在三种模式中进行切换。施工过程中控制模式也分为三种，即自动化、半自动化以及手动。现代化的盾构机设备中通常都会配有导向系统，这有利于在掘进过程中对于方向进行自动控制，防止施工方向出现偏差，良好的方向稳定性也是盾构机的一大优势。自动导向系统的配置和应用使得盾构机在掘进过程中能及时发现曲线偏差，使得偏转的问题得到及时恰当的纠正。盾构机刀盘结构的设计使得设备能够在不同的地层中按照标准要求来进行掘进，保证施工质量。注浆系统的配备减少了掘进施工对周围环境的破坏，更好地满足了绿色施工的要求。需要注意的是，隧道工程的施工建设必然对周围土体造成一定的不利影响，容易发生土体塌陷、沉降等问题，这不仅不利于隧道工程的施工，对周围原有的建筑物也会产生不利的影响，采取一些保护措施对于预防此类施工问题的发生是很有必要的。泡沫、膨润土及高分子注入系统的配置对于盾构机在富水砂层的施工是非常有利的，加上空气压缩系统的配备，对于盾构机在掘进过程中防止工作面渗水、预防和控制地表沉降都具有非常重要的作用。

2 盾构机操作关键点

盾构机在掘进的过程中，会遇到多种问题，特别是在富水砂层的施工中，因富水砂层的地质特点常常会带来地表沉降、流砂、喷涌等多方面的问题。为了对这些问题进行有效的预防和控制，盾构机的操作技术就显得尤为重要。笔者结合工程概况、地质条件和实际工作经验，对于盾构机在操作过程中的技术关键点进行归纳和总结，得出以下几点结论，以供参考：

（1）盾构机在采取土压平衡模式进行掘进施工的过程中，需要对开挖面土体的稳定性进行准确的计算，以此为参考条件来进行各项参数的设定，并对盾构机的掘进姿态、土压力进行控制，从而达到预防地表沉降的目的。盾构机在富水砂层的掘进施工，保持向上的掘进姿态，速度保持高于30mm/min的状态，严格控制出土量。在掘进的过程中尽量保持较高的、均匀的速度持续向前掘进。注意土仓顶部压力的控制，特别是当掘进在1600～1800 mm之间时，要注意尽量控制出土量，土仓顶部压力保持在0.2～0.3 MPa的范围内为宜。

（2）盾构机在掘进的同时向仓内注入高分子聚合物或膨润土，这样做的目的在于使掘进产生的渣土流动性提高，同时使渣土具有一定的止水性，这对于预防流砂和喷涌具有重要的意义，也利于渣土的顺利排出。一旦发生喷涌，要采取有效措施应对，迅速将排渣门关闭同时螺旋机停转，如果顶部土压在合理范围内可继续掘进。然后排渣门呈半开状态利用土压挤出砂土，待砂土不再自动流出重新启动螺旋正常出土。

（3）尽可能的使盾构机保持连续掘进的状态，掘进期间减少停顿。地面沉降的发生与注浆量有着密切的联系，注浆量过少会加大地表沉降的发生机率，注浆过多又容易发生窜浆。特别是在富水砂层，注浆控制难度加大，要时刻根据地面情况对注浆量进行调整，保证能填满空隙即可。砂浆胶凝时间与砂浆配比有直接的关系，要对胶凝时间进行良好的控制，就一定要按照配比标准来进行砂浆的配制，切不可根据经验粗略估计来进行配比。

（4）盾构机的掘进姿态对于掘进质量有很大的影响，富水砂层本身在承重方面就很弱，盾构机在运行中本身又会产生振动，姿态很容易就发生下沉或者抬升的变化。在实际掘进中，要始终保持盾构机呈向上的姿态，以4 mm左右为宜，如果机头出现下沉则需要立即对姿态采用千斤顶进行调节，在调节过程中要注意防止管片错台。

3 质量、安全、环保的控制要点

3.1 质量控制要点

因为是同步注浆，砂浆的质量尤其重要，砂浆要严格按照要求进行配比，切忌不可偷工减料，不可盲目配比，一定要搅拌充分。在通过控制油缸来对盾构机进行姿态调整的过程中，不可过急过猛，避免造成管片错台。在盾构机向前掘进的过程中要注意对出土量加以控制，过多的出土容易造成地面沉降。

3.2 安全控制要点

樹立安全意识，遵守项目施工安全相关的各项管理制度，严格按照规范要求和标准进行操作，施工有序，将安全施工放在首位。地下工程的通风和照明对于施工尤其重要，要做好施工现场的照明工作，尽可能的创设通风、明亮、安全的施工环境。加强用电安全管理，保证施工用电的安全管理。对于易燃易爆其他的运输要严格进行管理，加强垂直运输的监管，对于水平运输也不能掉以轻心，谨防运输事故和意外火灾和爆炸事故。盾构机出土量要严格控制，切不可多出土，如果需要增加出土量需要向上级领导汇报，对安全状况评估后再进行施工。对地面情况适时检测，严防出现地面坍塌、沉降事故。因为场地空间十分有限，在对施工材料进行吊运的过程中要尤其加以注意。

3.3 环保控制要点

在工地内要建立专门的物资堆放场所，严谨占用人行通道，对于材料和机械设备要严格按照规则制度进行管理和存放。树立环保意识，做好污水的排放和处理工作，设计必备的污水处理池，污水必须经过必要的处理后才可向市政排水管网排放，施工过程中产生的废浆和淤泥要用专车进行运输。施工现场要采取必要的措施控制粉尘，严禁乱焚乱烧现象。对于掘进过程中产生的油脂污染，要统一进行收集在进行有效的处理。成立专门的项目安全部和环保部，配备专门的管理人员和技术人员，做好安全和环保管理。

4 结语

从实践应用的效果来看，土压平衡盾构机在富水砂层施工的过程中，把握施工工艺和技术要点，可有效的控制掘进造成的地面沉降、喷涌，更好地解决了盾构机姿态问题，不仅有利于施工的顺利进行，对于保证工程质量和稳定性也具有重要意义。随着地下工程建设数量的不断增加，建设规模的不断扩大，盾构机会发挥越来越重要的作用。

参考文献

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[2] 谢群，杨佳庆，高伟贤，等.土压平衡盾构机液压推进系统的设计[J].机床与液压，2013，1（6）：6.

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