软硬不均复杂地层的盾构施工技术探究

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  摘要:盾构施工技术在隧道工程中应用愈加广泛,但是当盾构施工技术遇到软硬不均复杂地层时,就需要采取一些的方式来保证施工的质量和效率。这是由于软硬不均复杂地层当中,软土层与硬质层分布状态不均匀,在施工期间容易导致隧道轴线偏移、刀具磨损严重、土层坍塌等问题。因而本文主要对软硬不均复杂地层的盾构施工技术进行探究。
  关键词:软硬不均地层;盾构法;施工技术;探究
  盾构施工技术应用能够有效提高隧道工程质量和效率。而且隧道工程所处环境地质结构包含软质层和硬质层,并且不同结构层次分布没有规律性。在这种软硬不均复杂地层当中,盾构施工技术应用的质量和效率会受到影响,如果施工技术应用或处理不当,容易引发施工安全事故,工程施工结构也会出现损坏,因而软硬不均复杂地层的盾构施工技术的研究,对施工质量保障有重要意义。
  1 软硬不均复杂地层对盾构施工技术应用质量的影响
  隧道工程软硬不均复杂地层结构是工程建设中比较常见的现象。而盾构施工技术是目前较为先进的隧道工程施工技术,能够加快隧道掘进速率,提高隧道施工质量。但是面对软硬不均复杂地层结构,盾构施工技术应用质量也受到了严重的影响,下面对其影响因素进行分析。
  1.1 地表不均匀沉降
  软硬不均复杂地层结构当中,软质的地层结构稳定性较差,土体强度和硬度都较小。而硬质地层结构的稳定性较强,岩石硬度较大。在进行盾构施工期间,机械会产生强烈的振动,这对软土层结构影响较大,软土层在振动影响下,土体结构会出现位移,而在遇到硬质土层时如果盾构机械保持原有的推进施工速度,也会导致硬质与软质结构出现变化。综合作用下,地表结构会出现不均匀的沉降,土层结构也容易出现坍塌现象,引发安全事故。因而软硬不均复杂地层的盾构施工期间需要对掘进模式进行控制,利用辅助开挖材料增强地质结构稳定性,从而对地表不均匀沉降进行有效控制。
  1.2 隧道轴线容易出现错位现象
  地质结构中软质与硬质土层分布不均匀,在盾构掘进施工期间,无法预控遇到的是软质还是硬质结构。这样一来,在掘进过程中对掘进姿态控制难度会变大,在不断推进的过程中,推进轨道容易出现偏离和错位的问题。首先,地质结构当中软质层和硬质层分布不均匀,当掘进机械设备遇到软质与硬质同时存在的土层时,软土层受到力的作用后,土体结构被瓦解速度较快,而硬质土体结构受力瓦解的速度比软质层要慢,掘进瓦解的速度出现偏差导致机械设备无法保持水平推进,会产生倾斜致使隧道轴线出现位移。其次,软质与硬质土层对刀盘切削扭矩要求不同,遇到软硬混合土层时刀盘扭矩会出现不平衡状态,导致轴线错位。
  1.3 刀具摩擦受损程度加剧
  盾构施工技术是利用机械进行掘进施工,机械设备当中刀具是重要的挖掘工具,在挖掘施工期间,刀具会与土层结构进行直接的接触,地质结构对机械反馈的摩擦力和阻力也都是由刀具承受的,因而在施工当中刀具会产生不同程度的磨损。在软硬不均复杂地层的盾构施工当中,无法预料刀具挖掘时遇到的是软土层还是硬质层,刀具就会不定时的与硬质层和软质层产生不同摩擦力。刀具在承受不均匀摩擦力时,磨损的速度会加剧,从而影响盾构机械整体运行质量和效率。
  2 软硬不均复杂地层的盾构施工技术的优化
  2.1 盾构掘进模式的优化选择
  土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式和土压平衡模式三种掘进模式。根据地质情况,结合不同地层的特征,所选用的掘进模式也不相同。首先,全断面岩层掘进,采用敞开式掘进模式,使用泡沫剂来改良渣土。其次,软弱地层掘进,采用土压平衡模式,渣土改良主要采用泡沫和适量的膨润土。土仓压力不需要频繁调节,只需要保证土仓压力略大于掌子面的土压和水压力之和即可。
  最后,砂卵石及“上软下硬”地层掘进,此段地层比较复杂,断面上地层差异很大。由于断面上部地层软弱并局部有含水的砂层,所以容易引起上部塌方,所以也采用土压平衡模式掘进。但在这种不良地层掘进时土仓压力不易控制,过高则盾构推力和扭矩增大,作用在开挖面的有效推力不易掌握,过低则易引起开挖面坍塌造成地面沉陷。
  2.2 强化盾构机姿态调控力度
  在复杂地层,特别是在存在孤石和软硬不均地层中掘进时,盾构机姿态控制非常重要,若未及时调整掘进参数就可能导致盾构机偏离设计轴线。调整千斤顶推力纠偏效果时会加大刀具的磨损,同时纠偏过猛,存在盾构机被卡和管片错台加大的风险。因此,盾构机在复杂地层中掘进时,一定要控制好盾构姿态,一旦盾构姿态出现偏离,要遵循“勤纠偏,缓纠偏”的原则,不能急纠猛纠,造成刀具的无谓磨损,甚至盾构机难以前进。
  2.3 弱化刀具磨损程度
  面对软质硬质不均的复杂地形,刀具磨损问题需要进行弱化,避免影响整个机械整体的运行质量。首先,传统盾构施工期间,往往采用的是单一刀具,面对软硬不均复杂地层,需要采用混合形式的刀具,将滚刀与尺刀组合使用,提高刀具的抗损能力。其次,根据实际情况合理设置刀盘开口率,并加入泥浆或泡沫降低刀具与土层的摩擦阻力。
  2.4 提高技术施工作业管理力度
  施工技术管理工作也是提高施工质量的重要措施,而且施工技术管理也是负责解决施工中遇到问题的。首先,在盾构施工之前,需要对软硬不均复杂地层进行勘察,明确软硬土层分布情况,为具体的施工提供数据参考,提高软硬土层交接处的处理效果。其次,做好施工前期的准备工作,包括材料、设备及人员分配等,尤其要保证施工设备运行质量。最后,在施工期间做好管控工作,施工期间定时检查刀具磨损情况,及时的更换或调整刀具。对施工人员进行指导和帮助,保证施工的规范性和灵活性,对于施工中其它的施工环节进行调控,保持有序进行,避免混乱。
  3 结语
  软硬不均复杂地层结构对盾构施工质量影响还是较深的,为了保证隧道盾构施工的质量,需要对盾构机械掘进模式进行优化选择,加强对盾构机械设备姿态调控的力度,保持机械稳定运行。同时对刀具进行合理的调整,延缓磨损,保证设备高效运行,从而促进软硬不均复杂地層的盾构施工质量提升。
  参考文献:
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  (作者单位:中铁隧道股份有限公司)
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