地质工程是超大直径盾构施工安全的基础

地质工程是超大直径盾构施工安全的基础

曹斯瑞

黑龙江省自然资源调查院 黑龙江省哈尔滨市150036

摘要：随着我国城市化进程的加快，基础设施建设不断壮大，超大直径盾构施工技术在隧道工程、地铁工程等领域得到了广泛应用。地质工程作为超大直径盾构施工安全的基础，对于确保施工过程的安全性和顺利进行具有重要意义。因此，将围绕地质工程在超大直径盾构施工安全方面的策略展开论述，以期为我国地质工程领域提供有益的参考。

关键词：地质工程；超大直径盾构；施工安全；策略

引言

随着我国城市化进程的加快，基础设施建设不断增多，超大直径盾构施工在地铁、隧道等领域得到了广泛应用。地质工程作为超大直径盾构施工安全的基础，对于确保施工过程的安全性和顺利进行具有重要意义。因此，将重点分析地质工程在超大直径盾构施工安全的优化策略，以提高施工质量和安全性。

1超大直径盾构的特点

超大直径盾构（Extra-largediametershieldtunnelingmachine）是一种应用于隧道施工的巨型机械设备，具有诸多显著特点，使其在地质工程领域备受关注。以下是超大直径盾构的主要特点：（1）巨大的直径：超大直径盾构的直径可达15米以上，适用于建造超大型隧道工程，如地铁、公路隧道等。其大直径的设计使得隧道空间更加宽敞，可满足多种交通运输需求。（2）强大的挖掘能力：超大直径盾构配备高性能的挖掘系统，能够适应复杂地质条件，如软土地层、岩石地层等。其强大的挖掘能力使得施工进度更加迅速，降低工程成本。（3）先进的平衡技术：超大直径盾构采用先进的平衡技术，如泥水气平衡、土压平衡等，以确保隧道施工过程中的稳定和安全。这些技术可以有效控制地层变形，减少对周边环境的影响，降低施工风险。（4）高度的自动化：超大直径盾构具备高度自动化性能，采用智能化控制系统，实现隧道施工的远程监控和故障诊断。这有助于提高施工效率，降低人工成本，并保障施工安全。（5）灵活的转向能力：超大直径盾构具有出色的转向性能，可适应不同隧道曲线段的要求。其灵活的转向能力使得隧道线路规划更加自由，满足城市地下空间利用的需求。（6）强大的适应性：超大直径盾构具备强大的适应性，可应对各种复杂地质条件和环境因素，如地下水、土壤腐蚀性等。这使得盾构施工能够在不利的地质环境下顺利进行。

2超大直径盾构技术难点

隧道地质情况隐蔽复杂，盾构施工出现隧道坍塌、地面塌陷、突水突泥等甚至人员伤亡事故并不少见，隧道衬砌管片错台甚至开裂、渗漏水等质量问题亦常见，施工过程风险防控仍十分重要。而海底隧道与陆地隧道相比有如下特点，通过深水进行海底地质勘测比在地面的地质勘测更困难、造价更高，而且准确性相对较低，所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大，因此，在隧道施工时必须进行超前地质预报。海底隧道施工的主要困难是突然涌水，特别是断层破碎带的涌水.因此必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报，海底隧道不能自然排水，堵水技术是关键技术，先注浆加固围岩，堵住出水点，然后再开挖.在堵水的同时加强机械排水，以堵为主，堵抽结合。目前修建海底隧道的基本方法有:钻爆法、沉管法、盾构法和掘进机法，或这几种方法的组合。盾构法一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带，在深堆积层等软弱的不透水黏土中最为适用。该法对地面（或海底面）的影响很小。由于盾构掘进机的突出特点,所以在特长的海湾、海峡隧道建设中,有着其他施工手段往往不能代替的优势。盾构掘进机技术发展余地很大,设备性能日益完善,适用范围越来越广。从近年35个在建和已建的14m直径以上的超大盾构隧道分析，穿江越海的主要风险在地下水，而穿越城区的主要风险在地面沉降控制。盾构施工的风险，总是利用或寻找“地质环境条件的复杂性与不准确性”作为突破口，引发工程事故。为了有效防控地质及环境风险，必须详细掌握工程地质、水文地质及施工环境条件。主要技术要点是通过详勘和补勘，准确掌握地质情况；深化对地质条件、主要地质特点的认识；掌握地质对盾构设备的要求及盾构对该地质的适应性；了解主要地质与环境风险，做好不良地质的处理，并制定针对性的专项施工方案；针对性进行渣土改良；施工中注意地质的变化，及时采取专项技术措施；了解施工中地质变化对盾构的影响。超大直径盾构的技术难点几乎全部与地质有关。必须特别注意以下这些集中典型的地质：上软下硬复合地层；地层分界断面；特别坚硬地层；砂卵石地层；有大漂石的地层；全断面砂层；含有溶洞、瓦斯地层；含水量高、承载力低、可压缩性大的淤泥质地层。

3地质工程在超大直径盾构施工安全的优化策略

3.1地质调查与评估

在进行超大直径盾构施工前，地质调查是确保施工安全的首要任务。通过地质调查，可以全面了解盾构隧道穿越的地层特性，为施工提供准确的地质资料。地质调查主要包括地质勘探、地质测绘、地质钻孔等地质手段，以评估地层稳定性、地下水位、地质构造等因素对施工安全的影响。

3.2盾构选型与优化

根据地层特性，选择适合的超大直径盾构机，并进行针对性优化。盾构机选型主要考虑开挖直径、刀盘类型、推进速度、出土系统等因素。在盾构机优化方面，针对地层条件，调整盾构机的性能参数，如刀具磨损、推进速度、土压控制等，以提高施工安全性。

3.3施工监测与风险预警

实施动态的施工监测，及时掌握地层变化、盾构施工状态等信息，对施工安全进行预警。施工监测主要包括地面沉降监测、盾构姿态监测、地层压力监测等。通过对监测数据的分析，预测潜在风险，并采取相应的预防措施，确保施工安全。

3.4地层改良与支护

首先，我们来了解一下地层改良措施的具体内容。注浆加固是一种常见的方法，它通过向地层中注入浆液，使地层颗粒间产生胶结作用，从而增加地层强度和稳定性。此外，土体改良剂喷射也是一种有效的方式，它通过向地层喷射特殊的改良剂，使土体颗粒重新排列，提高土体的整体性能。地下水降压则是通过降低地下水水位，减小地下水对地层的渗透压力，从而降低地层稳定性。其次，根据地层条件选择合适的支护方式，也是保证盾构施工安全的重要环节。钢支撑是一种常用的支护方式，它通过在地层中设置钢支撑，形成一个稳定的支护体系，防止地层坍塌。锚杆支护则是利用锚杆与地层的锚固力，形成一种有效的支护体系。此外，还有其他一些支护方式，如预应力锚杆支护、喷射混凝土支护等，都需要根据地层条件进行选择。然而，在地层改良措施和支护方式的选择过程中，还需要考虑一些因素。例如，地层的特性和地质条件、施工环境和周围环境影响、施工设备和材料供应等。只有综合考虑这些因素，才能确保所采取的地层改良措施和支护方式是最合适的，从而降低盾构施工风险。

结语

地质工程在超大直径盾构施工安全策略中具有重要作用。通过地质调查与评估、地层改良与支护、盾构选型与优化、施工监测与风险预警等措施，为超大直径盾构施工提供可靠的地质基础，降低施工风险，确保施工过程的安全性和顺利进行。地质工程的成功应用，将为我国超大直径盾构施工提供有力的支持，推动我国城市地下空间开发利用的可持续发展。

参考文献

[1]李永超.超大直径盾构施工关键技术研究[J].隧道建设，2019，36（7）：1-8.

[2]张志强.地质条件下超大直径盾构施工风险分析与控制[J].现代隧道技术，2018，45（4）：27-32.

[3]刘杰.城市地下空间开发中超大直径盾构施工的地层变形机理研究[J].土木工程与管理学报，2019，13（2）：76-82.