土压平衡盾构机在青岛地铁施工中的应用

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　　摘    要：随着我国社会经济的发展，人们的出行方式逐渐变得多样化，而地铁即为人们的主要交通工具之一。为推动城市建设进程，为人们提供更为安全便捷的出行条件，必须针对地铁施工进行深层研究。在地铁施工中，土压平衡盾构机为其中重要设备，其能够有效提高地铁的整体安全性，进而保证地铁施工的顺利开展。本文针对青岛地铁工程概况进行分析，并针对土压平衡盾构机的应用进行研究，为提高青岛地铁施工质量及效率提供参考依据。
　　关键词：土压平衡盾构机;地铁施工;盾构机;应用
　　1  引言
　　我国科学技术不断发展，人们生活质量也随之得到提升，同时我国也开始大力发展交通设施建设，一定程度上提高我国人们出行便捷性。而在地铁施工过程中，盾构法为其中应用较为广泛的施工技术，其主要应用土压平衡盾构机进行技术施工，为保证施工质量及施工效率，相关人员必须及时针对土压平衡盾构机进行深层研究，使其能够在地铁施工过程中充分发挥其应用价值，进而实现青岛地铁的有效建设。
　　2  工程概况
　　2.1  工程简介
　　青岛地铁1号线土建二标07工区工程包括一站两区间，其中车站为汽车北站，区间为汽车北站～流亭机场站区间（下称汽流区间）和汽车北站～瑞金路大断面处区间（下称瑞汽区间），两个区间均为盾构法施工。汽流区间设计里程为K58+309.21～K61+344.255，长度3035.045m，设4处联络通道和1处风井兼泵站及联络通道;瑞汽区间设计里程K57+239.000～K58+156.650，长917.65m，设1处联络通道兼泵房。
　　2.2  地形地貌及地质构造
　　汽流区间地形整体较为平缓，由南向北缓倾，地貌类型为冲洪积平原～河床～冲洪积平原地貌。汽流区间范围内第四系主要由第四系全新统人工填土层及洪冲积层组成，基岩主要为白垩系青山群石前庄组流纹岩以及白垩系青山群八亩地组安山岩、火山角砾岩。瑞汽区间盾构段地形整体较为平缓，由南向北缓倾，地貌类型为剥蚀斜坡～剥蚀堆积～洪冲积平原地貌。瑞汽区间盾构段范围内第四系主要由第四系全新统人工填土层、洪冲积层及上更新统洪冲积层组成，基岩主要为白垩系青山群石前庄组流纹岩、白垩系青山群八亩地组安山岩及火山角砾岩及其构造岩，整体上基岩面自东南向西北缓倾。地下水类型均主要为第四系孔隙潜水、第四系微承压水和基岩裂隙水。
　　3  系统部件功能
　　3.1  刀盘
　　在进行刀盘的设计期间，联合厂家人员和盾构专家对地质资料进行了充分了解，刀盘设计为为复合式刀盘（6辐条+6面板），中间支撑，并且切刀、滚刀等刀具皆安装于刀盘表面，所有可拆式刀具均可从刀盘背部进行更换，具备磨损检测与超挖功能，并配置泥饼探测装置。对隧道进行全断面开挖，并可实现正反双向旋转出渣，能够合理切断隧道内部构造。操作人员在实际施工期间，可根据地质情况切换刀盘功能使用。
　　3.2  盾体
　　盾体所涉及内容相对较多，主要包括前盾、中盾、盾尾以及人舱等，前盾连接的部件相对较多，如人舱以及主驱动等。盾体中盾与前盾存在较大差异，中盾内部带有加强环以及H架，此部件能够充分保证中盾整体刚度及强度，能够为推进油缸及拼装机等的实际安装提供了基础。盾尾主要设置于中盾后部，为管片拼装提供空间。在前、中、尾盾环向均设有多个Rp2的径向润滑孔，施工期间期间可对盾体预留孔进行膨润土的注入，能从根本上降低土层与盾壳间产生的摩擦，并进而起到止水和防止漏气的效果。在盾构挖掘过程中，其中人舱为进行带压作业的关键设备，其主要作用即为调节设备压力和安全过渡，因此若相关人员持续处于恶劣地质条件下进行入土舱作业，即可利用人舱前往指定区域。
　　3.3  主驱动
　　主驱动系统的作用是提供刀盘正反方向掘削動力，同时承受刀盘掘削土体的轴向支撑反力。主动驱内部带有驱动系统、密封系统、安全设置以及齿轮油润滑系统，其中驱动系统内部的主轴承负责承载轴向推力以及反推力，一般情况下，主轴承的实际使用寿命大于10000小时。在主驱动内部主要包括内外两套密封系统，两系统主要负责开挖掌子面土仓密封。
　　为保证变速箱内部的各个部件能够安全运行，变速齿轮油需进行冷却处理，进而保证主驱动系统的稳定运行。在实际作业期间能够及时对减速机等的油温进行监控，并能采取措施合理降低各类油油温，避免其超过设定温度，否则将引起主驱动机出现自动停机现象。
　　4  青岛地铁施工中土压平衡盾构机的应用
　　4.1  盾构始发及准备工作
　　实际施工过程中需要注意以下几点：首先为洞门加固措施，此措施需提前展开，当盾构机安装前两月左右，应针对始发井、接收井端头采取钻孔桩和垂直旋喷桩的加固措施，提高土体的强度和自稳能力，同时达到止水的效果。旋喷桩按照钻孔桩桩径大小进行无缝搭接，并在始发端头10×12m范围内加固，目的在于稳固土体、加强其强度，防止塌方与止水、保持盾构机正确姿态，顺利始发。
　　其次为洞门安装密封装置，此工作的目的在于保障洞门防水措施能够有效开展。实际施工过程中，由于洞口钢环与盾构外径具有一定空隙，为防止地下水、土体在盾构机掘进过程中于此处流失，出现安全隐患，特于洞门钢环上安装密封装置，主要由橡胶帘布、扇形钢压板组成，是根据实际结构进行调整的密封装置。其次为始发托架、反力架和负环管片的安装工作，依靠始发托架提供较为牢固的支撑体系，保证实际操作过程中需要注意盾构机轴线的垂直;反力架结构方面应能够满足实际工作过程中盾构机带来的反力作用，一般情况下此参数应不小于15000kN;负环管片选用错缝拼装，通过管片持续为盾构机掘进提供反力，保障盾构掘进顺利进行。
　　随后需要注意的是盾构始发阶段的土压。就上文所述的相关内容展开分析，盾构始发阶段中的土压预算可根据加固体的实际情况进行综合考量，考量过程中结合反力架的承载情况进行综合考虑，以实际过程中的承载情况科学、合理，能够应对工作需求为准，保证盾构机推力满足掘削加固区土体的要求，能够有效工作的同时适当提升土压，加强工作效率。当盾构机过了加固区后，根据隧道埋深、土层性质与地面荷载作为参照标准等计算出土压理论参考值，掘进过程中根据盾构机土仓隔板上布设的5个土压传感器测得的土压数据对比分析，并对掘进参数进行实时调整，能有效控制因参数不合理导致出土过多、工作受到阻碍的情况。掘进过程中应尽快采取各项手段使其尽快达到预算土压，保障土压处于控制范围内，尽可能的提升工作效率。与此同时，施工过程中应注意监测地面沉降数据，避免险情发生。 　　4.2  试掘进
　　掘进工作中的注意事项及监测手段应根据现场实际情况开展，其中重视度较高的部分为试掘进工作，选择200m长度作为试掘进工作的标准长度。当盾构机整体进入洞门后，盾构机配套同步注浆设备均匀的向管片背后注入浆液，以保障间隙得到较为饱满的填充，避免发生管片上浮、渗漏水等问题。注浆从管片脱出盾尾正3环管片注浆孔进行注浆，注浆过程中注意注浆压力的控制（3bar以内）和洞门扇形压板的加固，时刻注意其是否发生变化，避免因洞门帘布和扇形压板外翻造成的浆液流失，会导致洞门水土流失严重，造成工作效率降低问题。当盾构机完成加固区段掘进的工作时，要保障地面沉降监测工作的及时，结合实际情况进行沉降情况的监测与分析，施工过程中注重如土压力、推力、速度等参数，如实收集并进行分析工作。当参数存在偏差时，应及时采取对应操作进行调整。200m试掘进工作结束后，需根据获取参数总结分析参数变化的趋势，并将参数变化结合工作时间进行分析研究，判定其何段时间内发生变化，变化趋势是否存在较大程度上的跃进。
　　4.3  盾构接收前准备与盾构接收
　　4.3.1  盾构接收准备
　　盾构的接收准备工作于盾构前进至最后阶段时展开。当盾构推进至最后约100m～50m左右时，需切实开展准备工作。盾构机到达预定位置前，应按照实际过程中接收段的方式完成端头方向的土体加固，避免因扰动出现土体坍塌等问题。随后，应切实展开制作安装接收托架、破除洞门的相关工作。对盾构接收准备工作专题研究安排，工作中的重点大致为两点，第一点为加固土体等强时间与相关工作要点，一般情况下端头加固土体的等强时间应不少于1月，并应于允许范围内尽可能地延长，保证加固效果，并以取芯检测查看加固效果。此类工作延长时间的主要原因为混凝土的终凝期较长，加固未到达一定程度时存在一定的安全风险。当盾构掘进至准备范围内时，首先需针对测量控制工作进行复核与测量，保障其较为稳定;其次应保障盾构姿态正确，与轴线误差较小，允许差异约为10mm以内。第二点为盾构进入加固体的注浆工作。当盾构进入加固体的前3、4环时，应于管片背衬位置进行注浆，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，配比为（体积比）1：1：0.33，整环注浆做止水环，防止加固体前的地下水汇聚进入始发井。
　　4.3.2  盾构接收
　　洞门破除前期，技术人员需及时观察土体实际情况，并针对土体情况进行土压值的设计，此期间操作人员需及时降低设备对土体造成的压力，以保证洞门破除工作的顺利开展。同时，在盾构机刀盘与洞门位置相近时，操作人员需及时降低推进速度，确保接收洞门能够安全破除。在完成洞门破除工作后，施工人员应加快管片拼装进度，使盾构出洞时间能够得到合理缩短，进而降低土体与水分的过分流失。施工人员在完成以上工作后，需及时对环形钢板以及特殊环管进行焊接，填充洞门与管片之間的间隙，防止水分及土体出现流失严重现象。
　　5  结语
　　综上所述，本工程所选择的盾构机刀盘具有一定的合理性。在辐条面板式的应用下，其开口率能够达到33%，能够保证施工时中渣土顺畅的进入土仓，没有出现结泥饼的情况，能够很好地控制土压。在不需要任何添加剂的情况下，能够保证工程的有序开展。但是，部分区域含水量丰富，为此，加大同步注浆方量和进行二次补浆，保证管片背后空隙的填充饱满，并起到止水作用，保证盾构能够给稳定掘进，避免盾构下沉或管片上浮的情况出现。
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