牛婷婷
（中铁二十局集团南方工程有限公司，广东 广州 511340）
0 引言
盾构法是地铁工程施工中常见的施工技术，因其具备自动化、施工速度快以及作业安全系数高等优点而被各地铁工程广泛应用，尤其是对于城市中心地段以及周边情况较为复杂的地段等，盾构施工技术的作用和价值表现得更加突出。同时，地铁盾构工程施工具有地质条件复杂、建筑物密集以及地下水位较高等特点，所以施工难度和技术要求非常高。相关工作人员应该充分认识到该施工环节的重要性，并不断提高自身水平和能力，保障在复杂地层条件下，我国地铁工程盾构施工的顺利完成，为地铁工程建设和施工技术的完善保驾护航。
1 盾构施工技术概述
盾构的选型要结合施工地点具体的地质特征确定，包括水文特征、地貌地面建筑物以及地下管道的走向等。不同地层会产生不同的作用力，对盾构施工的要求也不尽相同。
根据不同的地层结构选择合适的盾构施工方案，包括刀具、开挖直径以及盾构机的总厂选择等，以此保证施工要求的顺利完成，并保障施工质量。
以贵阳地质地层情况为例，贵阳地铁所在场内分布地层地质为人工填土（Qml）、残积红黏土（Qel）；基岩为三叠系下统安顺组（T1a）泥质白云岩、大冶组（T1d）中风化灰岩。残坡积层（Qe1）为红黄、黄色黏土夹少量碎石，主要分布在洼地、溶槽及缓坡地带。基岩为安顺组、大冶组。不良地质情况有强风化岩、填土、软弱夹层、红黏土、岩溶等[1]。
以西安地质地层情况为例，西安地铁所在地场内地基土的组成自上而下为：人工填土；第四系上更新统风积黄土、饱和软黄土、古土壤；中更新统风积老黄土、冲积粉质黏土及砂类土等。隧道穿越地层为：古土壤、老黄土及粉质黏土。
2 地铁盾构施工中存在的风险因素
2.1 自然因素
地铁盾构施工基本上在地下进行，所以在施工过程中，受自然因素的影响较大。地质条件和气候环境都存在着不确定性，所以在施工过程中一旦遇到地质条件复杂的情况，就会造成盾构施工产生各种安全问题，不但影响施工进度，还会对人们的生命财产安全造成严重的威胁。
2.2 人为因素
在地铁工程盾构施工过程中，人为因素是对其影响比较严重的环节，而其主要造成的影响是在施工方案设计阶段。在地铁工程盾构施工开展之前，相关管理人员和设计人员要进行地质勘察以及技术可行性分析评估，对施工过程中可能出现的问题和风险进行预测，并制定相应的解决措施。但是由于施工前的准备工作千头万绪，设计人员在开展工作过程中难免出现失误或者遗漏重要信息的情况，这些情况容易造成设计方案不合理或者财务资金投入风险，资金分配不均或者施工技术可行性有待商榷的问题，为后期地铁工程盾构施工环节的顺利进行带来一定的潜在风险和问题，影响施工进度和施工安全[2]。
2.3 盾构选型因素
盾构选型主要指盾构机的选择，这一过程是保障盾构施工技术安全性的关键环节。在实际的施工中，必须根据施工地点的实际情况进行合理的选择，保证盾构机的合理性和适用性。首先，刀盘道具是盾构机的主要组成部分，而且盾构机的施工作业主要是靠盾刀盘以及相应刀具的突进来实现挖掘作业的，所以施工地点的地质情况对刀具以及刀盘的影响比较大。在选择刀盘和刀具时，要结合实际的地质情况，保证刀盘以及刀具硬度以及强度的合理性，避免施工过程中出现较为严重的磨损情况。其次，盾尾密封也是较容易出现施工质量问题的关键部位。盾尾失效容易造成泥水泄漏的问题，而这一问题是带来地铁道路沉降问题的主要因素，所以在施工过程中要保障盾尾的密封性，利用防水性以及密封性较好的油脂进行密封，能够起到良好的保护作用。
3 复杂地层条件下地铁工程盾构施工技术要点
以我国的地铁工程项目施工情况为例，当前我国盾构技术主要分为三种，其主要特点如表1 所示。
表1 国内盾构施工隧道典型工程
3.1 土压式平衡掘进技术
复杂地质条件下对土压式平衡掘进技术的应用，需要充分结合土层特点进行选择。一般该技术主要分为敞开式、半敞开式以及土压平衡式三种工作模式，不同的土层特点需要选择不同的施工方式。土压式平衡盾构的主要工作参数如表2 所示。
表2 土压式平衡盾构主要工作参数
如在硬度较高的全断面岩层条件下，就需要用到敞开式盾构模式，而土层较软的情况则用土压平衡模式，并且结合具体的施工需要和后期投产使用的实际情况，对土层进行科学合理的改良，以保证更好的施工效果。另外，表2 中的相关参数，可以根据不同施工情况的需要对相应的道具以及扭矩和转速等进行合理的调整，以保证在复杂地层条件下，地铁隧道施工能够顺利进行。还有一点需要施工人员和技术人员格外注意的是，在复杂地层情况下开展盾构施工，需要严格把控注浆压力和速度，以保证盾构机管片的正常运行，避免出现上浮问题，保证注浆质量，以此保证盾构施工的顺利进行并为后期施工质量奠定良好的基础。
3.2 泥水加压式盾构掘进技术
泥水加压式盾构掘进技术的应用相对来说较为普遍，在具体的施工环节开始之前，施工人员要结合地铁工程施工地点的实际情况对水泥密度进行检测，确定泥水密度符合国家规定的标准。这一环节对于整个泥水加压式盾构掘进技术的应用是十分关键的，只有准确合理的泥水密度，才能保证泥水性能的稳定性，保证施工速度和施工质量。从实际的施工过程中来看，泥水的密度不符合相关标准的话，会加大泥浆泵运转的阻力，一方面影响施工效率，另一方面对泥浆泵等相关施工设备有较大的影响，容易造成运转故障，不仅影响施工进度，还会造成一定的经济损失。所以在实际的施工过程中，相关工作人员要严格结合地铁施工地点的涂层结构和施工机械设备的实际功能和性能，明确泥水密度。另外，在使用该技术的过程中，要对机械切口进行全面的检查，保证切口压力的稳定性，同时在掘进过程中要合理地降低盾构机推力和刀盘的运转速度，根据施工需要调整导向油缸的长度和推进压力，进而有效保障泥水加压式盾构掘进技术的施工质量。
3.3 隧道姿势控制
对于隧道姿势控制环节来说，线性控制是该施工环节的重要内容。线性控制的主要任务是保证盾构施工位置的合理性，并且使其的误差在允许范围内。所以，相关工作人员需要在盾构施工之前对隧道内的相关参数进行管理测量，施工人员在管理测量过程中要严格遵守相关规定并使用合理的测量方式以保障测量数据的准确性，从而保障盾构施工的顺利进行，并提高施工效率。在盾构施工过程中，要时刻关注盾构推进方向，并对出现的偏差及时纠正，全面掌握盾构推进的计划线路与施工路段实际线路的偏差，对于管理措施要严格执行，基本上根据地铁工程施工的实际情况，每天进行两次管理和检测。对于组装完成的，及时测量防护罩各方向的偏差，即纵向、横向以及旋转偏差，以确保相关工作人员能够及时查看防护罩的实际状态。而对于盾构以及管片的位置，相关工作人员可以在施工过程中科学合理地测量千斤顶的行程差或者盾尾间隙来确定盾构机实际的运行情况，除此之外在资金允许的情况下，可以安装自动测量系统，以保证施工过程中能够及时、高效、准确地获取测量数据。
4 优化复杂地层条件下地铁工程盾构施工技术措施
4.1 保障道具组合以及设计方案的合理性
在实际的施工过程中，相关设计人员以及施工人员需要对地铁施工地点的实际地质情况进行全面的勘察，保证道具选择的合理性，并且在特殊区域内能够及时地调整、更换道具组合。这一施工环节要严格按照施工标准进行，以保证施工质量以及施工过程的稳定性。一般来说，道具间距用在10cm 以内，道具高度保证在30cm 以上。根据以往的施工经验，在控制刀盘开口环节，应该保证其开口率在30%～40%之间，以保证开口效果，从而有效提高盾构掘进的施工效率和质量。
4.2 重视盾构密闭的重要性
在地铁工程盾构施工过程之中，很容易发生地下水的灌入，所以相关工作人员要格外注意盾构的密闭性，避免地下水同注浆浆液从盾尾灌入隧道。在实际的施工过程中，需要在盾尾钢丝刷位置压注盾尾油脂，以保证盾尾的密封性，从而有效保证盾构的密封功能，同时能够有效避免盾构施工过程中出现密闭性损伤的情况。除此之外，相关工作人员在施工时可以选择合理宽度的管片来优化盾尾区域的实际施工情况以及盾构机的运行情况，从而有效避免在施工过程中出现积压损伤的状况，这种方式能够有效保证施工的正常作业，同时能够保障盾构机的安全性。尤其是复杂地层条件下，经常遇到横跨地下河流的情况，施工人员一方面要防止砂浆灌入，另一方面要对受损的盾构结构进行及时的更换，以保证施工项目的顺利进行。
4.3 注意盾构施工应用于岩层地质
复杂地层条件下，地铁工程盾构施工过程中遇到最多的问题就是岩层地质环境，这种情况是整个地铁施工工程风险最大的区域，尤其是施工区域出现岩层软硬不均的情况时，经常使得道具与不同性质的岩层接触而产生一定的不稳定性，进而使盾构机道具出现异常振动的问题。在实际的施工过程中，一旦出现刀盘卡顿的情况，容易发生安全事故，影响施工安全，所以施工人员应该格外重视刀盘异响的情况。对于这类问题，要及时对刀具以及刀盘的运行状态以及作业情况进行全面检查，保证刀盘运行的良好。另外，对扭矩和底盘掘进速度也要格外关注，避免刀盘因温度问题而出现严重的磨损情况。
4.4 注意盾构施工始发、接收风险
在盾构施工过程中始发、接收时遇到的风险较大，如不能在始发及接收前将风险归零，对正常始发和完美贯通都有很大影响。在始发及接收前一定要和前期地质单位沟通确定地质、地层情况，根据具体情况确定风险控制及相应措施。如西安地铁六号线钟楼—大差市区间右线盾构始发、接收风险：始发及接收端加固地层以4-1 老黄土、4-3 粉质黏土夹中砂层为主，且地下水位较高(尤其是大差市始发端)，覆土埋深约18m，地下水埋范深约12.8m，加固下部所含中砂层致使旋喷桩加固顶难以保证，同时加固深度较大（24～26m），加固止水易失败，故采用φ800mm 间距为600mm 的地表双重管旋喷桩加固，加固范围为纵向8m，水平竖向加固范围为隧道拱顶以上4m 至底板以下2m，隧道两侧3.0m 的洞身范围，以防止掌子面渗水、流砂、地表沉降开裂等问题。西安地铁六号线大差市—长乐门站区间始发端头位于地下水位以下，地层为4-1-3 老黄土，故采用φ800mm 间距为600mm的三重管旋喷桩加固，加固长度8m，加固宽度、高度、深度超出盾构轮廓线3m、4m、2m，辅助降水，有效防止洞门涌水涌泥、地面沉陷等问题。
5 结语
综上所述，地铁施工的难度较大，尤其是在复杂地质条件下，面临的挑战更加严峻，相关单位和负责人要全面认识到地铁工程的重要性，有针对性地提高我国盾构施工技术，有效规避地铁工程施工中的不利因素，保障施工进度和施工质量，不断提高施工水平，引进先进的盾构技术，全面结合我国的地质特点，充分发挥盾构技术的最大作用，促进我国交通事业的全面发展。
