湖北广交工程勘察设计有限公司 湖北省武汉市 430100
摘要：众所周知，在隧道的修建过程中使用盾构法施工具有明显的优势，不仅施工受到环境的影响小，而且自动化智能化的施工方式加速了隧道工程的建设速度。
关键词：复杂地层条件；盾构法；隧道工程；设计
引言
某项目PQ2号盾构井～PQ1号盾构井区间里程为YDK36+462.399～YDK35+594.542，线路全长右线867.857m，左线862.971m，设有1个联络通道。线路平面上有2个曲线段，曲线半径分别为1100m、3500m。线路主要穿越地面建筑物，部分穿越市政道路，场地地形起伏较大，地面高程7.6～22.4m，线路轨面埋深约为31.4～41.6m，区间线间距17.6m，最大纵坡为18‰。
1地质条件
隧道所处区域地层主要为：（1）Q4ml<1>素填土：红褐色，松散～稍密，主要由粉黏粒组成，含少量细砂，顶部20cm为路面混凝土。（2）Q4mc<2-2>淤泥质粉细砂：深灰色，饱和，松散～稍密，主要由细砂、粉砂组成，富含粉黏粒，夹少量有机质。（3）Q4mc<2-1>淤泥质土：深灰色，软塑，主要由粉黏粒组成，含较多的粉细砂，夹少量有机质，土质黏滑，略有腐臭味。（4）Q3+4al+pl<4N-2>粉质黏土：灰褐～红褐色，可塑，主要以粉黏粒为主，切面较光滑，含少量砂粒。（5）Qel<5N-2>粉质黏土：黄褐色～红褐色，硬塑，主要由粉黏粒组成，土质较均匀，黏性较好，干强度、韧性较好。（6）E1x<7-3>强风化泥质粉砂岩：深灰色，岩石风化强烈，岩体极破碎，岩芯呈半岩半土状，岩质极软。（7）E1x<8-3>中风化泥质粉砂岩：棕红色，砂质结构，层状构造，裂隙发育，岩体较破碎，岩芯呈碎块～柱状，岩质较软。（8）微风化泥质粉砂岩：中厚～厚层状构造，泥质、钙质、铁质胶结，局部节理裂隙发育，岩芯完整，以长柱状为主，岩质较硬。（9）S3ηγ<6H>全风化花岗岩：灰褐色，岩石风化剧烈，岩石矿物除石英外基本风化成黏土矿物，芯呈坚硬土柱状，岩质极软，遇水易软化，局部夹半岩半土状强风化薄层。（10）S3ηγ<7H>强风化花岗岩：褐黄色，岩石风化强烈，芯呈半岩半土状或土夹岩块状，岩质极软，遇水易软化。（11）S3ηγ<8H>中风化花岗岩：裼黄色，中粗粒花岗结构，块状构造，裂隙发育，岩芯多呈柱～块状，柱长5～38cm，岩质较硬，不易击碎，局部夹微风化岩块。（12）S3ηγ<9H>微风化花岗岩：岩芯呈暗紫红色，深灰色，隐晶质结构，斑状构造，裂隙稍发育，岩体较完整，岩芯多呈长短柱，少量呈碎块状，岩质坚硬。
2盾构工作井设计的主要特点和难点
1）工作井基坑平面尺寸大，挖深深，既要符合盾构施工期间大空间的要求，又要满足运营期间多种功能的空间分隔需要。2）由于地面建筑布置受限于规划红线，使得工作井左、右两跨不等，结构受力具有不平衡性。3）工作井结构计算工况多，结构体系需要适应基坑开挖阶段、盾构施工阶段和使用阶段的综合要求，基坑支护设计时需考虑永久框架与临时支撑的结合。
3基于复杂地层条件的盾构法隧道工程设计
3.1盾构法隧道施工管控平台的设计
目前工程项目主要管控需求包括工程总览需求，施工动态展示需求，施工进度的评估、展示和管理需求，工程风险的预测、展示和管理需求，隧道工程质量评估、展示和管理需求，设备性能评估和管理需求，管理建议需求等。针对工程管控的实际需求，盾构隧道管控系统平台主要包括4大功能模块的设计：智能分析与预测模块、可视化展示和分析模块、项目追踪管理模块、协同管理模块。首先是智能分析与预测模块。智能分析与预测模块主要功能是根据隧道工程数据，自动分析隧道工程施工进度、风险、质量及设备性能等，发现问题及时分析结果。管控中心系统根据数据库中保存的类似数据提出相关问题解决方案，提供管控人员参考。其模块包括5个主要功能：进度评估、风险预测、隧道质量异常发现、设备性能评估和管理建议。对施工数据进行智能化分析，提高施工异常现象的预警能力和解决能力。其次是项目追踪管理模块。项目追踪管理模块主要对于隧道施工关键参数管理，管控人员根据大屏幕上可视化数据分析的问题制订解决对策，持续跟踪问题解决结果。其模块包括：进度管理、风险管理、质量管理及设备管理等。管理功能模块中工程进度、工程质量主要从项目控制和评估角度，进行隧道区间施工情况描述，采用相似项目对比方法进行可视化信息展示。系统用户点击任意工程方可了解项目的进展、质量、环境、风险和异常等，进行详细观察获取专业的数据和图表，还可查阅其过程中的环报、日报、月报、指令单和反馈单等报告。然后是可视化展示和分析模块可视化展示和分析模块主要将数据分析结果通过可视化工具展示，尤其在管控中心的大屏幕，可把盾构施工过程中的关键控制点展示出来，例如刀盘、推进、注浆、螺旋机及姿态等参数。管控人员可通过直观展示数据及系统分析出结果，了解目前隧道建设工程情况，通过分析数据得出更加复杂和准确的分析结果，有助于制订管控决策。可视化展示和分析模块主要包括：工程概况可视化、施工动态可视化、工程进度可视化、工程风险可视化和工程质量可视化等。最后是协同管理模块。协同管理模块支持管控中心其他功能模块的功能，主要是管控系统本身的操作功能。其模块主要包括：通知公告、任务发布、任务追踪、资源调度及文件管理等。平台和手机APP联动提供信息协同管理功能，实现多方信息交流、全过程交流记录和任务完成情况追踪
3.2上软下硬地层掘进
掘进过程中可能会遇到如下的地质条件：上层是软土层，下层是坚硬的岩石，即上软下硬地层。在这一类型的地层施工时需格外注意盾构机的状态。在施工过程中，上层部分的掘进需要靠刀盘的切削来完成，当地层较软时很容易切削，进入密封上舱的状态，但是下层岩石较硬，很难破碎，因而掘进施工相对费力。为确保这一地层的施工进度，需做好以下工作的校验。（1）控制好刀盘的转速。在上软下硬地层施工时，破坏上层仅仅需要刀盘切削掌子面即可实现，岩石硬度较大的地方给施工中滚刀施加了不小的压力，很容易磨损刀具。故而在岩层较硬的地方施工时要先将刀盘的转速慢下来，控制刀具受到的瞬时冲力，使之低于安全荷载的数值即可，最好将其转动速度控制在1.2～1.6r/min。
结语
综上所述，在复杂地层的隧道修建中，盾构法的应用越来越流行化。本文所研究的复杂地层的盾构施工的设计技巧及要点，可以为今后类似的工程案例提供一些可具参考的价值资料，为我国隧道建设中盾构施工技术的发展助力。
参考文献
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