浅谈地铁盾构施工常见问题分析

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摘要：盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，目前已经广泛应用于地铁隧道的修建。本文就地铁盾构施工常见问题进行了分析，并提出了问题的预防措施。

关键词：地铁；盾构法；问题

Abstract: shield method construction has the construction speed is quick, body piercing quality is stable, less effect on the surrounding buildings etc., has been widely used in the building of the subway tunnel. In this paper, the subway shield construction common problems were analyzed, and preventive measures are put forward.

Key words: the subway; Shield method; The problem

中图分类号：U231.3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。自盾构法用于隧道修建已有150年历史，施工中取得巨大成就的同时安全事故也频繁发生，为此必须做好施工中常见问题的预防，保证施工质量与安全。

一、地表沉降

地表沉降一般容易出现在软土或沙层地质。如果地表是交通道路，因地表的沉降会引起交通中断，如果地面为建筑物则会引起建筑物的不均匀沉降，其危害性将会更大。

（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。

4、实施预前加固，方法及适用如下图所示：

二、盾构出洞段轴线偏离设计

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、盾构机械系统故障造成上部千斤顶的顶力不足。

（二）对策

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；

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、正确操作盾构，按时保养设备，保证机械设备的完好。

三、掘进面土体失稳

（一）问题分析

1、正面土压力选择不当

2、地质条件发生变化

3、掘进速度、出土速度

4、施工机械出现故障

（二）对策

1、正确地计算选择合理的舱压，舱压应采用静止水土压力的1.2倍左右；掘进由膨润土悬胶液稳定，水压力可以精细调节。膨润土悬胶液由空气控制，随时补偿正面压力的变化。

2、流砂地质条件时，要及时补充新鲜泥浆。事前检验泥浆物理性质，包括流变试验，渗透试验，成泥膜的检验。测定固体颗粒的密度，泥浆密度，屈服应力，塑性粘滞度，颗粒大小分布。泥浆可渗入砂性土层一定的深度，在很短时间内形成一层泥膜。这种泥膜有助于提高土层的自立能力，从而使泥水舱土压力泥浆对整个开挖面发挥有效的支护作用。对透水性小的粘性土可用原状土造浆，并使泥浆压力同开挖面土层始终动态平衡。

3、控制推进速度和泥渣排土量及新鲜泥浆补给量超浅覆土段，一旦出现冒顶、冒浆随时开启气压平衡系统。

四、管片裂缝

1、管片生产过程发生裂缝

2、管片模具精度偏差，引起管片环面不平整，千斤顶推力过大，引起新装的管片与隧道掘进反方向的纵向出现裂纹，常常出现于拼装的倒数第二环K块对应的位置。

3、管片拼装前，盾尾清理不干净，使得管片环缝加有泥砂，从而造成整环管片的环面不平整，盾构掘进时因其不均匀受力而产生裂纹；拼装过程中环面不够平整，导致已拼管片受力不均匀产生裂纹；

4、盾构在硬岩段或不均匀地层中掘进，因推力过大或推力不均匀导致管片出现裂纹；

5、管片补浆时，压力控制过高导致管片开裂；

6、姿态较难控制时，过于纠偏使得盾尾间隙过小或推力不均匀导致管片开裂。

（二）对策

1、管片生产过程调整好配合比，通过试验针对性地选择砼配合比使其与气候条件、钢模和施工工艺参数有机结合，优化施工工艺；蒸养时特别注意蒸养温度的调节，冬季生产特别注意入池温差控制。

2、提高管片尺寸精度，同时采取有弹性衬垫减缓管片环面不平所产生的应力集中问题。提高管片主筋的钢度和配筋率

3、对有裂纹的管片，必须采取化学灌浆封堵裂纹，防止地下水长期作用造成管片钢筋生锈，管片混凝土膨胀破坏。

4、掘进姿态控制和推力控制。

五、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。

六、注浆管堵塞

（一）问题分析

1、长时间没有注浆

2、注浆管没有及时清洗

3、浆液含沙量太高、

4、浆液沉淀凝聚、双液注浆泵压力不匹配

（二）对策

1、单液注浆

（1） 停止推进时定时用浆液打循环回路，使管路中的浆液不产生沉淀。长期停止推进，应将管路清洗干净；

（2）拌浆时注意配比准确，搅拌充分；

（3）定期清理浆管，清理后的第一个循环用膨润土泥浆压注，使注浆管路的管壁良好；

（4）经常维修注浆系统的阀门，使它们启闭灵活。

2、双液注浆

（1） 每次注浆结束都应清洗浆管，清洗浆管时要将橡胶清洗球取出，不能将清洗球遗漏在管路内引起更厉害的堵塞；

（2） 注意调整注浆泵的压力，对于已发生泄漏、压力不足的泵及时更换．保证两种浆液压力和流量的平衡；

（3）对于管路中存在分叉的部分，清洗球清洗不到．应经常性用人工对此部位进行清洗。

参考文献

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