地铁隧道盾构施工问题与对策

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摘要：盾构法是城市地铁隧道施工的主要方法，我国虽然在盾构法隧道施工方面已取得了一定的成功经验和技术积累，但在实际施工中仍普遍存在一些问题，本文就其中一些问题进行分析，并提出了对策。

关键词：地表沉降；障碍物；轴线偏离

中图分类号：U455.43文献标识码：A

一、地表沉降问题

（一）问题分析

1、掘进过程中出土量原因。一般情况下，掘进一环的出土量是固定不变的。但是根据地层的不同其松散系数是不一样的。如果在掘进过程中出现超挖而出土过量，必定会引起地表的不同程度的沉降。2、衬砌环背后注浆量原因。衬砌环壁后进行同步注浆一般对地表的沉降控制，有很好的效果，但是因掘进时出土量过大而且注浆量不够，地表的沉降就不能得到及时有效的控制。反之，如果注浆量过大也会引起地表的隆起。

（二）对策

1、干砂量控制

干砂量即环流系统从开挖面实际携带出来的砂土量与理论掘削干砂量有一定偏差，应根据实际地层加强对泥浆压力和泥浆品质的控制，使泥浆压力始终对应于开挖面的土水压力，严格控制出土量，以稳定工作面。

2、注浆控制

以双液注浆来讲，可根据不同的地层状态选择不同的配合比，以调节硬化时间，并采用同步注浆，使浆液能及时充填盾尾间隙，补充因盾构施工引起的土体损失，保持适当压力，增加注浆量，控制沉降。

3、地表沉降监测

在实际施工中根据以往经验和地质情况，对地表沉降进行监测，并根据监测结果进行管理。在隧道中线上及两侧范围内布设测点进行水准测量，并将其结果尽快反馈应用到后续施工管理中，根据实际地表沉降情况采取相应对策，这是至关重要的，在盾构施工过程中地表监测对控制地表沉降有着指导性意义。

二、掘进中的障碍物问题

在砂卵石地层或其他土层中常常存在大粒径漂石，其空间分布具有较大的随机性，很难找到规律，不易被钻探发现，故给盾构施工造成极大困难。对施工和设备的影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏；刀盘堵塞，盾构机负载加大等，更有甚者是大漂石无法破碎，致使盾构掘进受阻或偏离线路。

控制措施：

1、首先在思想上高度重视、认真对待,从保护盾构机的角度出发制定施工措施,在掘进过程中通过观察、倾听、仪表数据显示等方式判断盾构机所处的状态及切削障碍物的情况。

2、盾构机遇到障碍物后掘进速度放慢,尽量以较低速度转动刀盘。

3、在刀盘扭矩较大时,尽可能多地加入泡沫剂,但添加时要减少泡沫掺入量,即注入量较大,其中水含量较多,泡沫相对正常掘进时加入的比例要小。

4、出现刀盘被卡住的情况时,通过正反转的方式慢慢解决；刀盘正、反转的启动过程中转动调速按钮的速度应慢,使刀盘尽量“软启动”；正、反转的过程中应有耐心,不得急燥。

5、在判断障碍物切削完成后,不能转动螺旋输送机以防止螺旋输送机卡住,而是在停止推进的情况下转动刀盘,以使切削下来的障碍物在刀盘土仓内被“搅拌臂”破碎。

6、如果螺旋输送机被卡住,由于螺旋输送机的转动及脱困能力有限,可通过直接在螺旋输送机中添加泡沫剂的方式进行,通过正、反转的方式脱困,原则是尽量采用反转的方式将障碍物转回刀盘土仓内,必要时也可采用螺旋输送机伸缩的方式。

7、如果刀盘转动困难,正反转时间很长仍无法脱困,可以将推进油缸松掉一半再进行正、反试转;如果松掉推进油缸一半仍无法解决,可以将管片底部用方木条垫好后,将推进油缸全部松掉后再反复正、反转,这时由于盾构机没有推进力且有后退的空间,刀盘是可以转起来的。

三、盾构机与帘布板间的漏水

盾构机顶上工作面后，盾尾未完全进入洞门前仍然存在漏水情况的隐患，特别是盾构机外侧注浆管的保护套穿越帘布板时，由于帘布板与盾构机外壳接触不会太紧密，当盾构机外侧水压过大时有可能从注浆管外壳与帘布板之间发生漏水，发生漏水后要首先检查流水有无带砂现象，并确认流水有无异味。

1、当水流较小时，派专人观察漏水情况，但水流保持恒定或有减小趋势时，保持盾构机正常推进。

2、当水流较大出现带砂现象并无异味时，可以初步判段为地下承压水，需要马上采取堵漏措施，减小漏水，以减少地层损失引起地面沉降，堵漏方法可采用快硬水泥加引流管的方法进行，然后利用洞门预留注浆孔或直接插入注浆管的方法，压注聚氨酯。压注聚氨酯时，盾构掘进须暂停；聚氨酯的压注须注意少量多次，直至漏水大幅度减小，盾构恢复掘进；在盾构恢复掘进后如遇洞门再次漏水，则反复采用压注聚氨酯的方法，直至盾尾全部进入洞圈为止。

3、当水流较大有异味但无带砂现象，可以初步判断为潜水，需要采取堵漏措施，减小漏水，堵漏方法可采用快硬水泥加引流管的方法进行，然后同样使用地面袖阀管进行注浆，以减少漏水量，然后加快推进速度，直至盾构机尾部进入洞门后10m，采取隧道内二次注双液浆直至漏水停止，最后正常推进。

四、盾构出洞段轴线偏离

盾构出洞推进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线较大，待推进一段距离后盾构推进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。

（一）问题分析

1、洞口土体加固强度太高，使盾构推进的推力提高。而盾构刚出洞时，开始几环的后盾管片是开口环，上部后盾支撑还未安装好，千斤顶无法使用，推力集中在下部，使盾构产生一个向上的力矩，盾构姿态产生向上的趋势。

2、盾构正面平衡压力设定过高导致引起盾构正面土体拱起变形，引起盾构轴线上浮。

3、未及时安装上部的后盾支撑，使上半部分的千斤顶无法使用，将导致盾构沿着向上的趋势偏离轴线。

4、在盾构进出洞过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。盾构基座发生变形主要室内由于：盾构基座的中心夹角轴线与隧道设计轴线不平行，盾构在基座上纠偏产生了过大的侧向力；盾构基座的整体刚度、稳定性不够，或局部构件的强度不足；盾构姿态控制不好，盾构推进轴线与基座轴线产生较大夹角，致使盾构基座受力不均匀；对盾构基座的固定方式考虑不周，固定不牢靠。

（二）预防措施

1、正确设计出洞口土体加固方案，设计合理的加固方法和加固强度。施工中正确把握加固质量，保证加固土体的强度均匀，防止产生局部的硬块、障碍物等；

2、施工过程中正确地设定盾构正面平衡土压，平衡压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快，盾构机在加固区推进时，为改善刀盘受力情况，需要通过设置在刀盘上的加泥孔，向前方土体加膨润土或者水进行土体改良。待盾构出加固区时，为防止由于正面土质变化而造成盾构姿态突变,必需按工况条件及时调整平衡压力的值。施工过程中根据地层变形量等信息反馈对平衡压力设定值、推进速度、出土量等施工参数作及时调整。

3、及时安装上部后盾支撑，改变推力的分布状况，有利盾构推进轴线的控制，防止盾构上浮现象；

4、盾构基座形成时中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处；基座框架结构的强度和刚度能克服出洞段穿越加固土体所产生的推力；合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求。

参考文献

[1]谭中盛,洪开荣,万姜林,等.软硬不均地层盾构姿态控制及管片防裂技术[J].中国工程科学,2006,8(12).

[2]洪开荣.关于地铁盾构隧道几个问题的探讨[J].隧道建设,2013,23(1).