隧道盾构掘进施工技术控制探索

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摘要：本文通过结合盾构掘进施工实践，针对盾构掘进工作是盾构隧道施工的主要环节，掘进工作的各个环节是否顺利进行的关键，就盾构掘进施工中的控制技术以及出现偏差采取纠编提出可行的技术策略，旨在为同类工程提供参考借鉴。

关键字：盾构施工；盾构掘进；掘进模式；掘进调整

Abstract: this paper through the combination of shield tunneling construction practice, according to shield tunneling of shield tunnel construction work is the main link, tunneling every link of the work of the key to whether smooth, shield tunneling construction control technology and the deviation rectification take the feasible technology strategy made, so as to provide a reference for similar projects.

Key word: shield construction; Shield tunneling; Heading mode; Tunneling adjustment

中图分类号： TU74文献标识码：A文章编号：

工程概况

某地铁标段盾构区间双线总长4547.51m，盾构区间附属工程主要包括联络通道5个（含废水泵房1个）、洞门8座。根据本工程岩土工程地质条件和周边环境，本工程拟采用两台复合型土压平衡式盾构机EPB承担左、右线隧道的掘进任务，以适应软弱地层、含水软岩以及软硬混合地层的掘进以及地面沉降控制的需要。

盾构掘进施工控制技术

盾构掘进工作是盾构隧道施工的主要环节，掘进工作的各个环节是否顺利进行的关键，在施工中应使各个环节、工种密切配合，环环相扣，施工的进度、质量才可能满足总进度目标、质量目标的要求。

2.1掘进控制程序

盾构隧道施工掘进过程的控制制约着各个后续的工作，从工程实践表明，对于隧道掘进关键技术在于以下几点：刀具充分切削、破碎地层；被破碎、切削下来的地层能被顺利排出。故对于掘进参数的选择就显得十分重要，尤其是针对地层的不同选择不同的刀具布置方式、掘进推力、转速，碴良中泥水和泡沫的注入参数设定等。

2.2掘进模式的合理选取

对于盾构机应当根据地层的不同和掘进环境的差异在掘进中可选择敞开式（OPEN）、半敞开式（SEMI-OPEN）和土压平衡式（EPB）三种不同的掘进模式。不同掘进模式其具有不同的特点以及适用条件。根据本工程的工程地质特点，对不同地层应采取不同的掘进模式，掘进模式和适用条件、应采取的技术措施，这样才能使得盾构掘进得到有效的发挥合理。

（1）敞开式掘进模式适用于自稳、地下水少的岩层。土仓及螺旋工作情况：土仓内碴土基本清空；土仓压力为大气压；刀盘和螺旋机受扭力较小；进尺快。该模式下的掘进技术技术措施在于，盾构机切削下来的碴土进入土仓内，即被螺旋输送机排出。土仓内仅有少量碴土，基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送机所受扭力较小。由于仓内压力为大气压，故不能支撑开挖面地层和防止地下水渗入。

（2）半敞开式掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层。土仓及螺旋工作情况：土仓内碴土未充满，有一定空间；向土仓内输入压缩空气与碴同支撑开挖面和地下水，土仓内有一定压力；土仓压力靠压缩空气加压；刀盘和螺旋机受扭力较大；进尺较慢。该模式的掘进技术技术措施：掘进中土仓内的碴土未充满土仓，尚有一定的空间，通过向土仓内输入压缩空气与碴同支撑开挖面或防止地下水。该掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水的压力不太高的地层，其防止地下水渗入和稳定掌子面的效果主要取决于压缩空气的压力。要及时对挖掘出来的碴土进行改良。

（3）土压平衡式掘进模式适用于不能稳定的软土和富水地层。土仓及螺旋工作情况：土仓内充满碴土；土仓压力和开挖面土压及水压平衡；土仓压力控制靠盾构推进速度和螺旋机出土排量；刀盘和螺旋机受扭力大；进尺慢。该掘进模式技术措施在于，刀盘切削下来的碴土充满土仓，并产生与土压力和水压力相平衡的压力，来稳定开挖面地层和防止地下水渗入。该掘进模式主要通过控制盾构推进速度和螺旋输送机的排土量来产生压力，并通过测量土仓内的土压力来随时调整、控制盾构推进速度和螺旋输送机的转速。在该掘进模式下，刀盘和螺旋输送机所受的反扭力较大，要十分重视碴土的改良。

2.3盾构隧道的掘进模式分段

（1）敞开式掘进的技术措施。采用滚刀破岩为主，刀盘采用较高转速、低扭矩掘进。采用敞开模式掘进时，盾构机易产生较大滚动和震动现象。此时可以适当降低转动的速度、同时适当增大推力以便在确保掘进速度的情况下防滚和减震。施工中如不慎引起盾构机滚动，也以可使刀盘反转来纠正。

同步注浆时浆液可能渗流到盾壳与周围岩体间的空隙甚至刀盘处，为避免此现象发生可适当增大浆液粘度、缩短浆液凝结时间、适当减低注浆压力等方法来解决。本工程中准备在盾壳尾部外沿增加高弹性挡板，以阻隔水泥浆进入上述间隙。在硬岩敞开式掘进时，刀具磨损较大，温度高，岩渣不具软塑性，因此，应注意观察、检查，及时换刀，注入泡沫和膨润土冷却、，以降低磨耗。在泥质类硬岩中，渣土粘性通常也比较大，更要及时注入泡沫，以增加渣土的流动性，顺利出土。

（2）半敞开式掘进技术措施。半敞开式掘进模式介于土压平衡和开敞式之间，采用滚刀或滚刀、刮刀混合破岩切削。为既能稳定开挖面和防止地下水渗入，又能避免出渣时螺旋输送机发生喷涌，压缩空气压力应控制在0.1～0.15Mpa以内。在该模式下掘进时，应重视注入泡沫对渣土进行改良。遇地层变换、涌水较大时，及时转换模式掘进。

（3）土压平衡模式技术措施。土仓内土压力值P应略大于静水压力和地层土压力之和，即P=K P0，K=1.0～1.3，砂性地层K取上限值；粘性地层K值取下限值。并在掘进中不断调整优化。土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。

在含水砂层掘进时，需要添加高分子材料、泡沫剂、等改善碴土的流动性、粘稠度，以便有效防止喷涌和保持土仓内的压力稳定。在上软下硬的地层中掘进，若发生喷涌，则土仓内的压力很高，掘进速度往往比较慢，此时，除上述措施外，还应采取均衡各组千斤顶的压力，暂时停止姿态的调整，增大推力，使盾构机能有较快的掘进速度。

盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。此模式掘进时应十分重视碴良工作的落实。

盾构掘进方向控制以及调整策略

对于实际盾构掘进施工中，鉴于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构掘进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，将会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力过大，严重时产生管片错台过大、开裂、漏水等现象。因此，盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时采取有效纠正掘进偏差措施。通过结合盾构掘进实践经验，笔者提出两点可以值得同行借鉴的施工指导。

（1）采用SLS-T APD导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。通过采用该系统可有效测量机器的位置来实现导向工作。通过安装在隧道里的全站仪测量前、后两个棱镜的位置，确定机器所处的位置，系统就能计算出它与隧道规划设计路线的偏差。根据此来调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位，同时为了有效地确保推进方向的准确可靠性，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态。

（2）采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。在掘进时，分区压力的调整均要根据盾构机的姿态与设计轴线的偏差情况确定，同时应该注意分区千斤顶的压力差不宜过大，通常要求对应千斤顶压力差一组不大于另一组的1/3，以免在大推力的情况下因压力差过大对隧道管片产生破损。

结语

盾构掘进工作是盾构隧道施工的主要环节，掘进工作的各个环节是否顺利进行的关键，在施工中应使各个环节、工种密切配合，环环相扣。文章通过结合隧道掘进施工实践，提出了不同的掘进模式，对掘进中出现的偏差提出了控制技术，为同类工程提供指导。

参考文献：

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