复合地层隧道盾构施工技术及质量控制

陈道斌

摘要：隧道工程项目的建设施工在复杂的环境中进行，对工程施工单位提出了较高的专业要求。在这一背景下，盾构施工技术成为提高隧道开挖效率和安全性的重要工具。本文着重分析和研究了复合地层条件下的隧道盾构施工技术要点，并提出了关键的质量控制策略，以有效确保隧道盾构施工的效率和安全性。这些策略有助于克服复合地层环境带来的技术挑战，提高隧道工程施工效率，并为今后类似项目提供有价值的经验和参考。

关键词：盾构施工、质量控制、复合地层

我国社会经济持续快速发展，基础设施建设规模和施工量不断上升，特别是在铁路、地铁、高速公路和隧道工程领域。在这些交通工程项目中，隧道工程的重要性不言而喻，它直接关系到交通通行效率、质量和安全性。然而，隧道工程施工常常受到当地地质环境的影响，这使得其具备了一定的复杂性。具体来说，复合地层环境下的隧道工程施工需要具备更高的专业要求和标准。复合地质条件通常指的是地层中存在坚硬的岩体以及基础岩石凸起等复杂地质条件。这种不均匀的地层条件对隧道盾构施工构成了挑战，可能导致施工难度增加，工程进度受到严重影响，同时也可能引发安全隐患。

因此，本文旨在深入探讨复合地层条件下的隧道盾构施工技术，并提出了相应的优化处理策略，以确保在复杂地质条件下隧道工程施工的质量和安全性得以有效保障。通过对这一重要问题的研究和分析，可以为相关工程领域提供有益的经验和指导。

1 复合地层盾构施工技术原理和工作范围

1.1盾构法施工原理

盾构机设备具备先进的前进刀盘技术，能够同时进行地层的切割和挖掘，这一特性在减少地层扰动方面起到了关键作用，有效提高了施工效率。盾构机的工作原理使其能够在地下施工中高效地前进，同时确保施工面的稳定性，减少了对地下结构和周围环境的不良影响。

施工中，主动支护和被动支护相互结合使用，主动支护通过刀盘前端的土仓来控制工作面的工作压力，防止地层的崩塌和沉降，被动支护则是通过盾构机的盾壳与刀盘的结构，被动地支撑周围的地层，保持围岩的稳定性。通过在盾构机内部进行管片的拼装，可以最小化对周围环境的干扰，尤其是在城市区域中，可以降低对地面建筑物和基础设施的影响。最后，随着开挖的进行，同步注浆施工方法被用来填充开挖面的空隙，有助于控制围岩的变形问题，维护了周围地层的稳定性。

1.2盾构施工范围

随着盾构机设计制造技术的不断升级和完善，以及施工效率的提高，盾构法在隧道掘进工作中的适应性越来越强。盾构施工过程不受地面以上的建筑物、外部天气和气候环境的干扰，因此可以充分保证整个隧道掘进工作的效率。这使得盾构法在各种地质条件下都具备了强大的适用性。在一些具有复杂地下结构、管线密集和通车量大的城市区域，包括城市地铁、隧道工程、水利工程、交通隧道等。它能够适应不同类型的地质地层，包括软土、泥岩、砂岩和坚硬岩石等，明挖法不适用时，盾构法的优势尤为明显。【1】

1.3复合地层的盾构施工简析

目前，在复合地层条件下的盾构施工中，主要采用泥水加压平衡盾构机和复合式土压平衡盾构机两种主要技术。泥水加压平衡盾构机采用加压泥水或泥浆作为盾构机开挖的基础材料。在施工过程中，通过在刀盘后面设置密封隔板，将黏土、水和其他添加剂混合成泥水，然后将混合物通过输送管道输送到泥水仓，确保充满整个仓内。通过施加特定的工作压力，泥水压力逐渐形成平衡，从而提高了开挖工作面的效率和稳定性。另一种是土压平衡式盾构机，它使用涂料作为稳定开挖面的介质。在开挖过程中，通过使用泡沫等物质对土壤进行改良。设备在刀盘后侧区域之间形成泥土室，刀盘旋转时将土壤传送到泥土室，然后通过螺旋输料器将土壤排出。通过调节刀盘的旋转速率和螺旋输料器的控制，可以灵活地控制实际出土量，从而适应不同地质条件下的施工需求。

2 复合地层盾构掘进施工工艺流程分析

2.1 盾构机设备的井下组装调试工作

盾构机的组装工作包括井下组装和出土口组装，在井下组装阶段，首先需要使用盾构井或出土口，将盾构机分成主机和连接条两部分。然后，配套的台车被用来将主机和连接条从井下预留口的位置调度到井体后方。随后，将主机放置到井体后方，并进行各种管线的连接工作，这一过程需要仔细的调度和协调，确保组装工作的顺利进行。

2.2 盾构始发

在盾构机进行掘进施工之前，需要完成各项准备工作，包括管片材料的准备、吊装设备的安装、出土口的设定、运输计划的制定以及砂浆材料的准备等。一旦现场盾构机的调试工作完成，就需要设置盾构机的工作位置。盾构机需要逐渐靠近洞门的凸体位置，并确保盾构机头能够直接切入土体内部，通过刀片的快速旋转切割土体，确保土壤充分填满吐槽，建立正面的土体压力。在掘进的过程中，需要精确控制土压力的大小，以最小化位移量。盾构机进入动圈后，需要通过管片注浆孔注浆处理，确保不会发生漏浆问题。【2】在推进过程中，需要谨慎控制推力，避免过大的位移量对施工造成破坏。此外，在推进前需要在盾构机的基础面上涂抹润滑油，以减小推进阻力。

2.3 盾构推进

随着盾构始发阶段的完成，盾构机进入正常的隧道掘进工作阶段。盾构机将根据掘进拼装和工作方法，开始进行隧道的开挖工作。盾构机在接近接收井之前的固定位置，到达施工区域，而在掘进贯通区域需要特别关注隧道的接收和控制工作。在隧道基础开挖面，施工流程包括洞门帘布的安装、卡板和接收架的设置，以及随后的基础掘进施工。一旦盾构机达到施工操作标准，将继续进行后续的工作。这个阶段标志着隧道施工的正常推进，需要确保一切工作按照计划进行。

3复合地层盾构掘进施工工作内容

3.1 盾构掘进工作

检查设备的各项系统和部件，确保盾构机的正常启动和运行，刀盘开始旋转，执行切割和挖掘地层的任务，逐渐形成隧道的空间。同时，挖掘出的土层和岩石需要进行有效的运输，使用输送带或螺旋输送器将这些材料传送到出土口。这确保了施工现场的整洁，并为后续的处理工作提供了便利条件。最后，盾构机需要不断推进，逐渐前进到下一个施工段或接收井的位置。推进的过程需要严格控制，以确保安全、高效地推进施工进度。

3.2 盾构管片安装工作

准备盾构管片时，首要任务是仔细检查管片的质量和完整性，确保它们符合要求。使用起重设备将管片精确吊装到指定的位置，确保每块管片的准确安装。随后，进行管片的精确拼装，以确保它们在隧道内部形成坚固的结构，包括管片的先下后上安装，采用标准化材料以确保拼装的紧密性。【3】在管片的封顶部位进行块状材料的安装工作，需要注意避免强行挤压问题，以免对止水条形成损害。在安装过程中，需要不断调整千斤顶的位置，以确保在横向和纵向方向上实现充分的顶推，并达到预定的标准要求。完成管片的安装后，紧固各个方向上的加固螺栓，以确保隧道的结构牢固。

3.3 同步注浆工作

同步注浆工作需要精确准备注浆材料，通常是混凝土或其他填充物，将准备好的注浆材料通过管道或孔道注入隧道内部的空隙，用以填充围岩和管片之间的间隙。在注浆过程中，必须精确控制注浆的压力和流量，以确保注浆充分填满空隙，防止围岩的变形和位移。同时，持续监测注浆过程，及时发现并解决可能出现的漏浆或其他问题，以确保施工的质量和稳定性。同步注浆工作对于保障隧道的安全性和稳定性具有至关重要的作用。

4施工质量控制策略

在盾构施工的质量控制工作中，必须实施全面的监控策略，以确保项目的施工过程达到高标准的质量要求。这一监控工作的核心在于追踪和分析工程施工质量的变化，及时采取相应的应对措施和调整。首先，要建立统一的盾构施工验收标准，明确定义施工规范要求，全面了解施工合同中的各项规定。这可以确保所有相关方对项目的质量标准有共识。其次，需要全程监控整个隧道工程项目的施工过程。这包括对各种可能影响施工质量的因素进行预防和处理。需要确保施工现场的人员、机械设备、技术方法和材料使用等各方面工作都得到有效管理和管控，以确保施工质量的全面控制。第三，要完善和优化各项管理工作制度。这包括对材料、机械设备使用、施工管控机制、实验制度和设备检验工作制度等进行改进。任何不符合要求的原材料、机械部件或设备都需要及时检查和处理，以避免对工程施工产生不良影响。

5结语

在复合地层条件下的盾构施工中，对施工单位提出了高要求和严格标准。施工单位必须精选合适的施工材料，并在施工过程中妥善运用施工技术方法，确保各个施工环节的质量得到有效控制。通过这样的努力，可以全面提升复合地层条件下盾构施工的效率和质量，实现施工单位在项目工程中获得良好的经济和社会效益。

参考文献

【1】王磊.盾构机在马兰矿西翼下组煤施工系统中的应用[J].矿业装备,2020,0(1):86-87

【2】杨兴武.地铁盾构管片质量控制措施[J].工程机械与维修,2021(3):124-125

【3】苏伟,吴纯奇.地铁盾构施工同步注浆加固质量的控制[J].苏州市职业大学学报,2021,32(1):22-25