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摘 要：隨著我國社會經濟的發展，人們的出行方式逐漸變得多樣化，而地鐵即為人們的主要交通工具之一。為推動城市建設進程，為人們提供更為安全便捷的出行條件，必須針對地鐵施工進行深層研究。在地鐵施工中，土壓平衡盾構機為其中重要設備，其能夠有效提高地鐵的整體安全性，進而保證地鐵施工的順利開展。本文針對青島地鐵工程概況進行分析，并針對土壓平衡盾構機的應用進行研究，為提高青島地鐵施工質量及效率提供參考依據。
關鍵詞：土壓平衡盾構機;地鐵施工;盾構機;應用
1 引言
我國科學技術不斷發展，人們生活質量也隨之得到提升，同時我國也開始大力發展交通設施建設，一定程度上提高我國人們出行便捷性。而在地鐵施工過程中，盾構法為其中應用較為廣泛的施工技術，其主要應用土壓平衡盾構機進行技術施工，為保證施工質量及施工效率，相關人員必須及時針對土壓平衡盾構機進行深層研究，使其能夠在地鐵施工過程中充分發揮其應用價值，進而實現青島地鐵的有效建設。
2 工程概況
2.1 工程簡介
青島地鐵1號線土建二標07工區工程包括一站兩區間，其中車站為汽車北站，區間為汽車北站～流亭機場站區間(下稱汽流區間)和汽車北站～瑞金路大斷面處區間(下稱瑞汽區間)，兩個區間均為盾構法施工。汽流區間設計里程為K58+309.21～K61+344.255，長度3035.045m，設4處聯絡通道和1處風井兼泵站及聯絡通道;瑞汽區間設計里程K57+239.000～K58+156.650，長917.65m，設1處聯絡通道兼泵房。
2.2 地形地貌及地質構造
汽流區間地形整體較為平緩，由南向北緩傾，地貌類型為沖洪積平原～河床～沖洪積平原地貌。汽流區間范圍內第四系主要由第四系全新統人工填土層及洪沖積層組成，基巖主要為白堊系青山群石前莊組流紋巖以及白堊系青山群八畝地組安山巖、火山角礫巖。瑞汽區間盾構段地形整體較為平緩，由南向北緩傾，地貌類型為剝蝕斜坡～剝蝕堆積～洪沖積平原地貌。瑞汽區間盾構段范圍內第四系主要由第四系全新統人工填土層、洪沖積層及上更新統洪沖積層組成，基巖主要為白堊系青山群石前莊組流紋巖、白堊系青山群八畝地組安山巖及火山角礫巖及其構造巖，整體上基巖面自東南向西北緩傾。地下水類型均主要為第四系孔隙潛水、第四系微承壓水和基巖裂隙水。
3 系統部件功能
3.1 刀盤
在進行刀盤的設計期間，聯合廠家人員和盾構專家對地質資料進行了充分了解，刀盤設計為為復合式刀盤(6輻條+6面板)，中間支撐，并且切刀、滾刀等刀具皆安裝于刀盤表面，所有可拆式刀具均可從刀盤背部進行更換，具備磨損檢測與超挖功能，并配置泥餅探測裝置。對隧道進行全斷面開挖，并可實現正反雙向旋轉出渣，能夠合理切斷隧道內部構造。操作人員在實際施工期間，可根據地質情況切換刀盤功能使用。
3.2 盾體
盾體所涉及內容相對較多，主要包括前盾、中盾、盾尾以及人艙等，前盾連接的部件相對較多，如人艙以及主驅動等。盾體中盾與前盾存在較大差異，中盾內部帶有加強環以及H架，此部件能夠充分保證中盾整體剛度及強度，能夠為推進油缸及拼裝機等的實際安裝提供了基礎。盾尾主要設置于中盾后部，為管片拼裝提供空間。在前、中、尾盾環向均設有多個Rp2的徑向潤滑孔，施工期間期間可對盾體預留孔進行膨潤土的注入，能從根本上降低土層與盾殼間產生的摩擦，并進而起到止水和防止漏氣的效果。在盾構挖掘過程中，其中人艙為進行帶壓作業的關鍵設備，其主要作用即為調節設備壓力和安全過渡，因此若相關人員持續處于惡劣地質條件下進行入土艙作業，即可利用人艙前往指定區域。
3.3 主驅動
主驅動系統的作用是提供刀盤正反方向掘削動力，同時承受刀盤掘削土體的軸向支撐反力。主動驅內部帶有驅動系統、密封系統、安全設置以及齒輪油潤滑系統，其中驅動系統內部的主軸承負責承載軸向推力以及反推力，一般情況下，主軸承的實際使用壽命大于10000小時。在主驅動內部主要包括內外兩套密封系統，兩系統主要負責開挖掌子面土倉密封。
為保證變速箱內部的各個部件能夠安全運行，變速齒輪油需進行冷卻處理，進而保證主驅動系統的穩定運行。在實際作業期間能夠及時對減速機等的油溫進行監控，并能采取措施合理降低各類油油溫，避免其超過設定溫度，否則將引起主驅動機出現自動停機現象。
4 青島地鐵施工中土壓平衡盾構機的應用
4.1 盾構始發及準備工作
實際施工過程中需要注意以下幾點：首先為洞門加固措施，此措施需提前展開，當盾構機安裝前兩月左右，應針對始發井、接收井端頭采取鉆孔樁和垂直旋噴樁的加固措施，提高土體的強度和自穩能力，同時達到止水的效果。旋噴樁按照鉆孔樁樁徑大小進行無縫搭接，并在始發端頭10×12m范圍內加固，目的在于穩固土體、加強其強度，防止塌方與止水、保持盾構機正確姿態，順利始發。
其次為洞門安裝密封裝置，此工作的目的在于保障洞門防水措施能夠有效開展。實際施工過程中，由于洞口鋼環與盾構外徑具有一定空隙，為防止地下水、土體在盾構機掘進過程中于此處流失，出現安全隱患，特于洞門鋼環上安裝密封裝置，主要由橡膠簾布、扇形鋼壓板組成，是根據實際結構進行調整的密封裝置。其次為始發托架、反力架和負環管片的安裝工作，依靠始發托架提供較為牢固的支撐體系，保證實際操作過程中需要注意盾構機軸線的垂直;反力架結構方面應能夠滿足實際工作過程中盾構機帶來的反力作用，一般情況下此參數應不小于15000kN;負環管片選用錯縫拼裝，通過管片持續為盾構機掘進提供反力，保障盾構掘進順利進行。
隨后需要注意的是盾構始發階段的土壓。就上文所述的相關內容展開分析，盾構始發階段中的土壓預算可根據加固體的實際情況進行綜合考量，考量過程中結合反力架的承載情況進行綜合考慮，以實際過程中的承載情況科學、合理，能夠應對工作需求為準，保證盾構機推力滿足掘削加固區土體的要求，能夠有效工作的同時適當提升土壓，加強工作效率。當盾構機過了加固區后，根據隧道埋深、土層性質與地面荷載作為參照標準等計算出土壓理論參考值，掘進過程中根據盾構機土倉隔板上布設的5個土壓傳感器測得的土壓數據對比分析，并對掘進參數進行實時調整，能有效控制因參數不合理導致出土過多、工作受到阻礙的情況。掘進過程中應盡快采取各項手段使其盡快達到預算土壓，保障土壓處于控制范圍內，盡可能的提升工作效率。與此同時，施工過程中應注意監測地面沉降數據，避免險情發生。
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摘 要：濟南地鐵某土壓平衡盾構區間隧道處于上部為可塑黏土、下部為碎石土的富水地層中，且近距離側穿底部凈空較小的鐵路客專橋樁。施工中，在橋樁與隧道間設置鉆孔灌注隔離樁進行隔離防護，隔離樁頂部施工鋼筋混凝土連梁以提高灌注樁抵抗變形的能力;選用護壁性能好、低高度的正循環鉆成孔，鋼筋籠分段制作、吊裝，機械連接下井后及時灌注混凝土;采用微過土壓平衡掘進模式，并進行足量同步注漿、及時二次補充注漿，可有效控制地面沉降，滿足鐵路客專及橋梁的各項控制指標要求。
關鍵詞：地鐵;土壓平衡盾構;富水地層;側穿橋樁
地鐵隧道施工中不可避免穿越橋梁、鐵路等眾多建(構)筑物，濟南地鐵某盾構區間隧道近距離側穿膠濟鐵路客專鐵路橋樁，該區段所處地層為富水可塑黏土、碎石土地層，橋梁底部與地面空間較小，如何控制橋樁的垂直、水平位移，保證鐵路客專軌道變形在規范要求之內，是必須解決的重大技術和安全問題。
凌同華[1]等采用 FLAC3D軟件研究了隧道施工造成的地表沉降、橋梁樁基變形的規律，通過將模擬數據與現場監測數據進行對比，驗證了加固對控制地面沉降、橋樁變形的有效性;文獻[2-6]分別研究了隧道施工地表沉降的控制標準，盾構隧道穿越橋樁風險控制值的確定及相關控制方法。陳江[7]等以長沙地鐵為例，研究了盾構側穿臨近橋樁施工的影響，計算與實測表明，對樁基進行徑向旋噴隔離加固有利于控制地表沉降，靠近樁基的地層水平位移明顯減小;袁海平[8]等以合肥地鐵1號線為例對盾構近距離側穿高架橋樁的施工力學進行了研究，分析了盾構掘進不同工況下橋樁受力、水平變形、地層沉降的變形規律，探討了樁實體結構單元彎矩、剪力計算方法的可行性。
本文以濟南地鐵某盾構區間隧道側穿膠濟鐵路客專鐵路橋為例，研究鉆孔灌注樁加固鐵路客專鐵路橋橋樁施工技術，驗證鉆孔灌注樁加固橋樁的可行性。
1 工程概況
濟南地鐵某盾構區間隧道側穿膠濟鐵路客專八澗堡特大鐵路橋31號、32號、33號樁基，左線隧道與32 號樁基最近距離4 m，與33號樁基14.28 m，右線隧道與32號樁基最近距離4.1 m，與31號樁基13.33 m。盾構隧道外徑6.4 m、內徑5.8 m，盾構隧道穿越橋樁區段覆土厚度為10.13～10.36 m，隧道穿越橋樁區段地面距離八澗堡特大橋底部最小距離10.2 m。
盾構隧道下穿膠濟鐵路客專地段主要為山前沖洪積平原地貌，隧道左線主要穿越地層為粉質黏土、黏土，上部覆土為雜填土層，隧道右線主要穿越地層為粉質黏土、黏土，上部覆土為雜填土層。該區域水位埋深2.10～15. 0 m，水位標高17.41～58.09 m，地下水年變幅2.0～3.0 m，主要接受降水補給和山區地下水徑流補給，以側向徑流、人工開采方式排泄，在豐水期及枯水期地下水位有所變化。
盾構隧道側穿鐵路客專橋梁32號橋墩如圖1所示。
2 橋樁保護技術措施
2.1 保護方案(隔離樁)
在左右線隧道與盾構穿越的32號橋墩之間分別采用1排800 mm@1 000 mm鉆孔灌注隔離樁進行隔離防護，樁頂設置800 mm×800 mm混凝土冠梁，樁與隧道的凈距0.6 m，兩側隔離樁和32號橋墩樁基的最小凈距分別為3.6 m、3.7 m，并在2排隔離樁最外側樁樁頂設置800 mm×800 mm聯系梁。鉆孔灌注隔離樁設置范圍為南北方向距離橋墩邊緣各3～5 m，共設置40根，樁長22.75 m。
通過設置隔離樁，可以阻斷隧洞開挖時的推力傳遞，降低開挖對橋樁結構的直接擾動，同時，隔離樁可以限制盾構機通過后兩側土體向臨空側的變形，進一步減小樁基本身的橫向位移。設置頂部連梁可加強各鉆孔樁之間的聯系，進一步提高其抵抗變形的能力。
根據32號橋樁處橋底距地面凈空較小的實際情況，樁基成孔后，鋼筋籠采用分4節制作(單節長度5 m)、人工吊裝，用導管法澆筑混凝土。隔離樁加固示意圖如圖2所示。
2.2 隔離樁實施
(1)施工流程。隔離樁為鉆孔灌注隔離樁，采用隔孔鉆孔、泥漿護壁成孔方法，灌注C30水下混凝土，鉆孔灌注隔離樁施工流程如圖3所示。
(2)施工控制要點。①鉆孔灌注隔離樁孔口處應設置不小于1 m的鋼護筒，護筒外側下端需采用黏土填實;樁徑允許偏差為±50 mm，樁位偏差為±20 mm，樁身垂直偏差不大于1%;②根據橋梁下方凈空條件，鋼筋籠分段吊裝，機械連接，每段鋼筋籠的連接驗收合格后方可進行后續施工;③每根樁須沿鋼筋籠圓周對稱設置2根 42 mm×3.25 mm注漿鋼管，同時兼作樁身完整性聲速檢測管，注漿管應伸入樁底，水泥采用P.O42.5，漿液的水灰比0.5～0.6，注漿壓力2～4 MPa，單管注漿量 1.5 m3;④鋼筋籠的主筋上焊接護壁環，以保證保護層厚度和鋼筋籠的垂直度。
3 盾構側穿橋樁技術措施
3.1 輔助措施
(1)盾構穿越橋樁前與鐵路主管部門做好溝通協調，對經過穿越橋樁區段的客專列車限速60 km/h，確定盾構穿越時間段，合理安排盾構穿越橋樁期間的監測工作，施工期間限速方案應結合監測數據進行及時必要的調整。
(2)下穿前，在盾構到達下穿節點前100 m設置盾構掘進試驗段，模擬穿越施工，包括刀盤轉速、土倉壓力、推進速度、注漿量等參數的變化及與地面沉降的關系，以確定最佳的掘進參數。
(3)在試驗段掘進前，全面進行設備維修保養，對盾構機的機電液系統做全面檢查，發現有故障隱患的零部件及時更換，易損件做必要的儲備，與盾構生產廠做好服務協調。對電瓶車、龍門吊、拌合站及必須的小型機具等輔助設備做全面檢查，保證盾構穿越鐵路區間時設備的完好性。
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篇(3)
摘 要：土壓平衡盾構機集液壓、機械、電氣、輔助系統為一體，具有系統龐大、技術難度大、復雜程度高、作業時間長的特點。文章結合土壓平衡盾構機的工程應用情況以及機電安全保護目的，簡要闡述了關于土壓平衡盾構機的機電安全保護應用策略。
關鍵詞：土壓平衡盾構機;機電安全;電氣
前言
土壓平衡盾構機是土木工程建設隧道掘進工藝操作中的常用設備，主要是利用安裝于盾構機最前端全斷面切削刀盤的持續旋轉，切削正面土體并經刀盤開口入刀盤后土倉。同時利用配置的泡沫+膨潤土系統改良土倉內土體，在獲得流動性膏狀土體的同時，平衡土倉內壓力、開挖面土壓力。由于土壓平衡盾構機特殊的運行環境，在其運作過程中極易出現機電安全問題。因此，對其機電安全保護的應用策略進行適當分析非常必要。
1 關于土壓平衡盾構機的工程應用情況及機電安全保護目的
某城市軌道交通8號線盾構區間起止里程ZFK1+658.523～ZDFK2+896.254，短鏈9.652m，長1102.212m，共759環。盾構區間所在地區為濱海灘地區，后進行人工填海造地，填筑料為黏土、碎石塊、砂礫、局部含垃圾，基底巖石主要成分為花崗巖。
土壓平衡盾構機是由幾十個子系統獨立連接而成(如圖1所示)。將機械傳動、鋼結構、運輸、程序控制、潤滑、電氣、通風、冷卻、監控測量等模塊進行了有機集成，任意一模塊出現故障均會威脅土壓平衡盾構機作業正常情況。而機電模塊是涉及計算機控制、供配電系統、可編程控制的模塊，其運行正常與否關乎土壓平衡盾構機電氣、程序控制、監控測量等多個模塊的運行質量。為了保證土壓平衡盾構機順利投入使用，就需要利用機電安全保護措施，落實操作與保養并舉、檢測與維修結合、預先防控為主的方針，降低故障發生頻率，延長土壓平衡盾構機運行年限。
2.關于土壓平衡盾構機的機電安全保護應用策略
2.1機電安全保護設計
為了保障土壓平衡盾構機在運行階段無機電風險，機電設備安全規定對土壓平衡盾構機抵抗機電風險的能力提出了嚴格的要求。在土壓平衡盾構機機電安全保護設計時，設計人員應綜合考慮靜電聚集、開關控制、電力能源、調節裝置等諸多因素，從電能開關、調節裝置、控制裝置入手，進行專業設計。比如，土壓平衡盾構機供電系統可以劃分為高壓供電系統、低壓供電系統兩種類別，基于土壓平衡盾構機電力資源使用量大、電力資源供應時間長的特點，可以選擇10kV高壓供電系統，確保電力資源供應過程安全。若選擇低壓配電系統，則可以選擇多線保護接零的方式，防控狹窄、潮濕盾構作業環境中漏電現象的出現。并設置漏電保護裝置，在盾構機電網漏電超過設定數值時進行盾構機電系統電路、信號發出線路的自動切斷。在這個基礎上，針對土壓平衡盾構機開關箱、配電系統末端，選擇防濺型漏電斷路器(如圖2)，設定額定漏電電流在30.0mA以內，額定漏電時間在0.1s以內[1]。同時在總配電箱內，進行剩余電流互感器、總漏電保護器的設置，一般剩余電流互感器額定剩余電流可以設定兩個檔次，分別為30.0mA～100.0mA、100.0mA～300.0mA;而總漏電保護器設定的額定漏電動作電流應超過總漏電電流的兩倍(配電系統、用電設備)，以便對土壓平衡盾構機運作現場形成分段二級漏電保護。
考慮到土壓平衡盾構機運作環境具有濕度大的特點，在防控土壓平衡盾構機漏電風險的基礎上，還需要進行接地保護或者保護接零。比如，在盾構機側接地，經對地電壓金屬件將電氣系統故障風險與大地緊密聯系，控制故障件意外帶電體對地電壓在安全范疇內。再如，于土壓平衡盾構機電力變壓器低壓側中心點進行直接節點，防控系統電位波動導致的故障接地風險。在這個基礎上，于操作室、高壓土倉、推進油缸遠程操作箱等位置設置防誤啟動裝置、緊急開關等裝置，規避過載、漏電等風險因素對盾構機機電安全的影響。
2.2機電安全保護管理
監測與故障診斷是土壓平衡盾構機機電安全保護管理的重要模塊。為了精準判定異常情況發生時間段，或者預先估測出現風險較大的故障，維保人員應借助流量、電流、扭矩、噪音、壓力、溫度、振動等輔助監測設備，對土壓平衡盾構機進行持續監測。根據出現的問題制定恰當的應對措施。為了保證監測作業高效率開展，維保人員也可以結合實際情況對受控盾構機各模塊進行分級監控。一般可以將關鍵設備劃定為A級，比如，電氣系統、主驅動系統等;將重要設備劃分為B級，比如，吊機系統、通風系統等;將一般設備劃分為C級，比如，其他設備等。
以A級電氣系統為例，維保人員可以綜合選擇電壓監測、電流監測、溫度測試技術，進行監測。針對土壓平衡盾構機推進階段出現的驟停以及顯示省配電裝置異常情況，可以由操作人員首先對線路技能型盤查，判定線路各接頭位置是否出現故障。在確定線路各接頭位置無故障后，對各模塊進行排查，尋找導致相關故障的根源因子[2]。比如，因電纜屏蔽層不完整導致的通信電纜故障(通信電纜與強電電纜交錯)，直接影響信號傳輸。基于此，可以利用盾構機線路連接保護手段，將熔斷器連入設備內，形成短路保護體系，保證熔體額定功率在1.5倍的絕緣帶線長期縫合標準載流量以下。
除持續監測與故障診斷、處理外，維保人員還需要保證每天4h以上的機電保養時間。即將全部電機、配電柜內外雜物清除，手動潤滑待潤滑部件，緊固機械與電氣連接部位，及時修補電氣液壓元件受水泥漿液、泡沫腐蝕的部位等。
總結
綜上所述，作為一個大型的系統，機電系統在土壓平衡盾構機使用過程中發揮著至關重要的功效。為了保證土壓平衡盾構機的機電安全，技術人員應從土壓平衡盾構機的機電安全保護設計入手，嚴格根據機電設備安全規定，選擇絕緣性能佳、耐磨損的材料。并恰當調整機電接線方案，促使機電設備具有一定的抵抗風險的能力。同時維保人員應加強設備管理，定期組織巡察，以便及時發現盾構機機電風險、及時處理。
參考文獻
[1] 張通國.盾構機在孤石基巖地層中的掘進風險及針對性設計選型[J].廣東公路交通，2021(02)：56-59.
[2] 周斌.架橋機等起重機及地鐵隧道盾構機的安全使用與管理措施[J].中國設備工程，2021(06)：70-71.