(华南理工大学土木与交通学院 广东 广州 510640)

一、前言

近年来，随着城市轨道交通的快速发展、地铁建设规模的不断扩大，盾构法获得了蓬勃的发展。但是规模扩大的同时也遇到了许多难题，为了确保盾构在不稳定围岩中，特别是在软硬不均围岩、不良地质环境中施工，如盾构施工的始发、到达、穿过不稳定岩层等作业，必须采取必要的辅助工法，以确保盾构隧道施工的安全进行。

围岩不稳定时，会导致开挖面涌水以及开挖面土压力的释放，从而使围岩出现松动或者坍塌等工程问题，由此还可能引起地表下沉，甚至会使地面结构物或隐蔽工程遭受到破坏。当隧道穿越河底或者海底时，可能因开挖面涌水而导致整个工程失败。因此采用必要的辅助工法是保证施工顺利进行的关键，辅助工法即盾构隧道修建过程中稳定地层的保护措施。

二、辅助工法

(一)压气法。压气法施工技术在城市地铁建设中被广泛采用，该施工技术通过超高压空气护壁，阻止地下水向隧道渗入，该技术对隧道周围的地下水环境影响较小。

1.压气法的分类及工作原理。压气法的施工措施是在隧道内设置隔离帷幕，其作用是将高压区与外界大气压隔离。通常压气法可以分为三种：(1)将隔离帷幕设置在临近始发竖井处并将隧道全范围加压，即全隧道压气法；(2)将隔离帷幕设置在区间隧道中的部分区域，只对隔离帷幕至掌子面的隧道区域加压，即部分隧道压气法；(3)局部压气法。

2.压气法注意事项及缺点。气压的维持是该辅助工法的难点以及核心，且目前气压的维持以经验为主，缺少相关理论研究，且地层不同，气压参数的设定也不同。有研究表明在均质地层中，掌子面的漏气量一般为常数，而衬砌结构上的漏气量随着隧道长度的增加而线性增加[1]。

该辅助工法的缺点也比较明显：(1)为确保工作人员的安全，气压不能过高；(2)气压可能随时发生变化，必要时应重新压气并采取应对措施，其工作效率较低；(3)工序繁琐复杂、价格昂贵；(4)有时仅使用压气法维持稳定较困难，还应辅以其他工法以维持稳定。

(二)降水法。降水法是通过将地层中的地下水位降低，以保证掌子面安全稳定的工法，一般适用于渗透系数在10-1～10-4cm/s范围内的粉土质砂到砂砾层。

1.降水法的分类。(1)从地表施工，可细分为浅井点和深井点降水法；(2)从隧道内施工，有时候由于地表不具备降水施工条件，而需要从隧道内设置井或其他方法降水降低地下水位。

2.降水法的注意事项。采用降水法降水施工时，应充分考虑地质条件等因素，以保证隧道掘进开挖时岩土体稳定。降水过程中，应根据现场的施工情况进行动态监测，适时调节降水井的降水量，通过动态监测和调整，既能保证安全施工，又能合理减少地下水开采、节约成本[2]。

(三)注浆法。注浆法通过在岩土体中注入浆体材料，以改善原岩土体的物理力学性质，增加强度和不透水性，从而保证隧道安全施工的一种工法。

1.注浆法的适用情况。(1)在盾构机从始发井开始掘进和到达接收井时，由于竖井挡土墙被切削使得掌子面前方的岩土体处于暴露状态，故常采用注浆法来提高岩土体的力学性质[3]；(2)盾构机穿越河涌或从受保护的重要结构下方行进时，通常采用注浆法来保证施工安全；(3)填充盾构管片周围的间隙，防止管片漏水，增加周围岩土体强度，控制地面沉降[4]；(4)在不稳定岩土层中，更换盾尾刷时采用注浆法优点明显。

2.注浆法的优点。注浆法是盾构法施工中最常运用的辅助工法，其优点如下：(1)施工设备规模小、工序简单；(2)对场地的占用面积小，狭窄场地、空间均可施工，对交通影响小；(3)工期短，经济性好，见效快；(4)噪声污染和振动小；(5)加固深度可控。

(四)冻结法。冻结法是采用人工制冷的方法，降低盾构隧道周围岩土体温度，使含水土层形成冻结体，以增加岩土体强度并阻断地下水的一种辅助工法[5]。

1.冻结法的适用情况。冻结法一般有以下几种适用情况：(1)盾构机从始发井出发或到达接收井时可采用冻结法进行地层加固，该辅助工法可有效隔绝地下水[6]；(2)盾构机对接施工时，可采用冻结法进行地层加固；(3)盾构隧道掘进过程中可采用冻结法对临近构筑物进行保护；(4)盾构机穿越不稳定岩土层时，可采用冻结法进行加固。

2.冻结法优缺点。冻结法具有以下优点：(1)其原理是对岩土层降温，故对环境无污染，(2)能够在各种复杂、不稳定岩土层中使用；(3)冻土形状不受限制，可根据需要合理调整；(4)具有良好的隔水作用。

冻结法具有以下缺点：(1)采用冻结法对周围岩土体进行降温，在冻结时可导致岩土体膨胀，导致地基开裂、隆起，在解冻时又会使地基收缩、下沉，故应特别注意对周围构筑物的保护；(2)周围岩土体含水率较小时，冻结法对其强度的提升效果有限；(3)在施工过程中易受热源的影响，应隔绝热源；(4)持续时间长，对电能的消耗大，费用较高。

三、结语

围岩不稳定时，会导致开挖面涌水以及开挖面土压力的释放，从而使围岩出现松动或者坍塌等工程问题，由此还可能引起地表下沉，甚至会使地面结构物或隐蔽工程遭受到破坏。采用合适的辅助工法是保证施工安全、顺利进行的关键。压气法的气压不宜过高，以保证工作人员的安全，但气压过低无法起到应有效果，故气压、漏气量的计算极为重要；采用降水法应注意地层沉降的问题，以免对周围建筑造成不可逆的破坏；注浆法规模小耗资少，见效快且对周围环境的影响小，是一种高效的加固手段；采用冻结法能有效改善土体条件，但应注意土壤冻结和解冻时对环境的影响。采用盾构法穿越不稳定岩土层时应根据不同的地质条件选择经济、安全的辅助工法，可以是一种或者是几种工法的结合，以保证开挖顺利进行。