摘要：結合廣州市軌道交通三號線(xiàn)[天~華]區間盾構工程為實(shí)例，闡述了海瑞克土壓平衡盾構機在地鐵盾構隧道施工中的主要內容，并針對施工中遇到的一些具體問(wèn)題提出了解決辦法。

　　關(guān)鍵詞：地鐵 盾構 隧道

　　1、工程概況

　　廣州市軌道交通三號線(xiàn)[天 ~華]區間盾構工程分為兩個(gè)區間（天河客運站~五山站區間以及五山站~華師站區間），主要由兩條圓形盾構隧道為主組成，雙線(xiàn)長(cháng)6259.615m.隧道標稱(chēng)內徑為5400mm；埋深為11~28m；平面最小曲線(xiàn)半徑為350m；最小豎曲線(xiàn)半徑為3000 m；最大坡度為19‰；最小坡度為3‰。

　　天~五區間隧道主要是在殘積層和全風(fēng)化層中穿過(guò)，頂底板差異不大，在中部偶見(jiàn)夾有球狀微風(fēng)化巖石。近五山段頂板出現少量砂層。隧道洞身天然單軸抗壓強度最大值為153.40MPa.

　　五~ 華區間隧道主要是在強風(fēng)化層中穿過(guò)，頂底板巖土分層有一定差異，存在上軟下硬或有夾層現象。中部為瘦狗嶺斷層破碎帶，以北均為花崗巖、花崗片麻巖帶或風(fēng)化層，以南為白堊系紅層巖系�？拷�華師站段隧道全斷面在微風(fēng)化層中穿過(guò)。地表地形地貌變化也比較大。白堊系紅層隧道上方發(fā)育有較長(cháng)段含水砂層。

　　2、盾構掘進(jìn)

　　2.1刀具配置

　　地質(zhì)情況對刀具配置起決定作用，隧道圍巖為I、II類(lèi)（按《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》中隧道圍巖分類(lèi)）時(shí)，一般采用刮刀（俗稱(chēng)羊角刀），而對于 III~VI類(lèi)圍巖則使用盤(pán)形滾刀效果較好。盤(pán)形滾刀又有單刃和雙刃之分，單刃滾刀適合較硬巖或強度不均勻的圍巖，而雙刃滾刀適合一般硬巖及強度均勻的圍巖。針對本工程的地質(zhì)情況，均配置單刃盤(pán)形滾刀。

　　2.2掘進(jìn)參數控制

　�。�1）、控制刀盤(pán)扭矩。根據保護刀具、降低刀具磨損的要求，必須將刀盤(pán)扭矩控制在某一容許范圍內，而控制扭矩的主要依靠以下方法：

　　◆ 減小推力：這是最簡(jiǎn)單、有效的方法，但同時(shí)也會(huì )降低掘進(jìn)速度。

　　◆ 減小刀具的貫入度：即在保持掘進(jìn)速度基本不變的情況下，提高刀盤(pán)轉速，一般達2.5~3r/m左右。當開(kāi)挖面為全斷面硬巖時(shí)，減小刀具貫入度，能顯著(zhù)降低刀盤(pán)扭矩。但刀盤(pán)高轉速不適用有孤石的圍巖，因為孤石很容易造成刀具崩裂。

　　◆ 向開(kāi)挖面、土倉內加入土質(zhì)改良劑：

　　常見(jiàn)的土質(zhì)改良劑及適用地層

　　另外，在全斷面硬巖或孤石地層，可以向開(kāi)挖面、土倉內加入冷卻水，以降低刀盤(pán)、刀具的溫度來(lái)保護刀具。

　�。�2）、保持適當的土壓。若隧道圍巖能夠自立，則可以采取空倉掘進(jìn)的模式；若隧道圍巖無(wú)法自立，為了保持開(kāi)挖面的穩定，則必須保持適當的土壓以穩定開(kāi)挖面，控制地面沉降。土壓過(guò)低，則可能出現超挖；土壓過(guò)高，則有效推力降低，掘進(jìn)速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降較大。土壓的確定與隧道埋深、地質(zhì)情況、地面建筑物情況有很大關(guān)系，可以采用庫侖或朗肯等理論估算。在實(shí)際施工中，也可以根據出土量的情況來(lái)確定適當的土壓。在本工程掘進(jìn)過(guò)程中一般保持 1.5~2.0bar的土壓。

　�。�3）、在刀盤(pán)扭矩、土壓、出土量滿(mǎn)足要求的情況下，盡可能加大推力，以提高掘進(jìn)速度（80mm/min以上），加快工程進(jìn)度。而在掘進(jìn)速度較快的情況下，則要注意控制好盾構機的姿態(tài)、保持土壓穩定、同步注漿量。

　　2.3同步注漿及二次注漿

　　由于刀盤(pán)的直徑為Φ6280mm，而管片外徑Φ6000mm，所以在管片離開(kāi)盾尾后，理論上管片與圍巖之間將會(huì )有寬度為140mm的空隙，為控制地面沉降，必須用砂漿將空隙填滿(mǎn)。

　�。�1）、盾尾同步注漿。

　　出現的主要問(wèn)題：

　　◆ 堵管

　　出現堵管的情況，其原因主要是以下幾方面：

　�、� 砂漿配比不好，以致砂漿初凝時(shí)間太短、砂漿易沉淀離析、砂漿流動(dòng)性差

　�、� 原材料不好，如砂太粗

　�、� 盾尾漿管回砂

　�、� 長(cháng)時(shí)間停注前未注射膨潤土液洗管

　　◆ 漏漿

　　主要原因及處理辦法：

　�、� 盾尾間隙過(guò)大�？刂坪枚軜嫏C姿態(tài)，選擇適當的管片，以保持良好的盾尾間隙

　�、� 尾刷損壞。在管片迎水面墊厚約15cm 左右的海綿或者更換尾刷。

　�、� 盾尾油脂注入量不夠。加大油脂注入量。

　�。�2）、二次注漿。

　　當地面沉降較大或隧道下坡且地下水豐富時(shí)，可以進(jìn)行管片背后二次注漿來(lái)穩定地面或堵水。

　　注漿材料可以用純水泥漿、砂漿或雙液漿。注漿設備可以采用注漿機或盾構機臺車(chē)上的同步注漿泵。注漿時(shí)應注意監控注漿壓力，如果壓力過(guò)大可能造成管片錯臺或縱裂。

　　2.4常見(jiàn)問(wèn)題及處理辦法

　�。�1）、若螺旋輸送機被卡�。�即扭矩超限），無(wú)法正常出渣，可反復伸、縮螺桿并同時(shí)正、反轉，如低速正轉同時(shí)伸、縮螺桿，若超限則反轉同時(shí)伸、縮螺桿，如此反復，基本上都可以脫困。

　�。�2）、若啟動(dòng)刀盤(pán)時(shí)刀盤(pán)被卡住，則將部分推進(jìn)千斤頂收縮，使土壓力、刀具貫入度減小即可以轉動(dòng)刀盤(pán)。

　�。�3）、在非粘性地層，如砂層，若鉸接千斤頂拉力較大，說(shuō)明刀盤(pán)的擴孔能力較差，則要檢查刀盤(pán)的邊緣刀是否磨損過(guò)量而應該更換。

　　3、管片拼裝

　　3.1管片型號的選擇

　　一般主要根據盾尾間隙、線(xiàn)路特點(diǎn)、推進(jìn)千斤頂行程來(lái)確定管片型號。選擇適當的管片可以有效地調節盾尾間隙，保證盾尾間隙和千斤頂行程比較均勻，有利于管片的受力。若盾尾間隙過(guò)小，則可能造成管片難以安裝、管片迎水面被盾尾壓崩、盾尾尾刷損壞、千斤頂撐靴與管片嚴重錯臺導致管片止水條損壞和管片崩缺等問(wèn)題。

　　3.2常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題

　�。�1）、管片在拼裝前一般要先檢查管片是否完好、型號是否正確、緩沖墊和止水條是否貼牢。在拼裝過(guò)程中一定要注意對止水條的保護，若止水條損壞嚴重則很可能出現滲漏水的質(zhì)量問(wèn)題。

　�。�2）、千斤頂撐靴正常情況下應該不會(huì )同時(shí)頂在兩塊管片的角上，但如果隧道管片發(fā)生扭轉，則可能會(huì )出現這種情況，那么要特別注意拼管片或掘進(jìn)時(shí)會(huì )管片發(fā)生崩裂。

　�。�3）、管片扭轉：如果拼裝管片時(shí)，盾構機的滾動(dòng)角較大而且一直朝同一個(gè)方向，則可能會(huì )發(fā)生隧道管片扭轉的情況。因此應該通過(guò)調整刀盤(pán)的旋轉方向來(lái)減小盾構機在拼裝時(shí)的滾動(dòng)角。

　�。�4）、管片錯臺：在小半徑曲線(xiàn)（本工程最小曲線(xiàn)半徑R=350m）線(xiàn)路施工時(shí)，因推進(jìn)千斤頂對管片有環(huán)向分力而造成管片環(huán)向錯臺。解決辦法是在推進(jìn)后及時(shí)復緊管片連接螺栓約束管片的環(huán)向位移，或者在拼裝時(shí)人為地將管片拼成與轉彎方向一致的錯臺。

　　4、專(zhuān)題

　　4.1壓氣換刀

　　主要作業(yè)步驟：

　�。�1）、準備換刀工具、材料并檢查壓氣時(shí)要用的相關(guān)設備

　　常用的換刀工具有：刀具磨損量具、手拉葫蘆、液壓千斤頂、螺桿千斤頂、分離式千斤頂、撬棒、扳手（開(kāi)倉門(mén)及拆、裝刀具時(shí)用）、氣動(dòng)打磨機、鐵錘

　　準備的材料有：刀具及其配件（拉緊塊、U型塊、螺絲等）、吊耳

　　要檢查的設備有：空壓機（包括備用空壓機）、管路（水管、氣管）及接口、照明設施、人閘及土倉的壓力表、人閘與指揮室的通訊

　�。�2）、排出土倉內的渣土，當土壓降至較低時(shí)（0.5bar以下），向土倉加入壓縮氣體，同時(shí)土倉內加入膨潤土，轉動(dòng)刀盤(pán)，繼續出渣。一段時(shí)間后停止加入膨潤土。當螺旋機后閘門(mén)有較連續且較大壓力的氣體噴出即可停止出土，然后等待半個(gè)小時(shí)左右看土倉內的氣壓是否能夠保持穩定，即氣壓上下浮動(dòng)不能超過(guò)0.1bar .如果土倉內的氣壓，無(wú)法上升到預定值，且空壓機排壓較低，或者氣壓上下浮動(dòng)過(guò)大都說(shuō)明土倉漏氣。檢查地面、鉸接、盾尾是否漏氣。

　�。�3）、土倉內氣壓穩定后，換刀人員進(jìn)入人閘，相關(guān)材料工具也要運進(jìn)去。準備好后，向人閘內加壓，加壓程序要按照有關(guān)帶壓作業(yè)規范的要求。

　�。�4）、當人閘的氣壓與土倉的氣壓基本一致時(shí)，打開(kāi)平衡閥，換刀人員打開(kāi)土倉門(mén)進(jìn)入土倉開(kāi)始換刀作業(yè)。

　　常見(jiàn)問(wèn)題及處理辦法：

　�。�1）、若換刀時(shí)刀具不慎掉入土倉內，而土倉內泥渣較多很難定位刀具及打撈時(shí)，則換刀人員進(jìn)倉作業(yè)時(shí)帶上鐵鍬和編織袋，將土倉內的渣土裝袋即可。

　�。�2）、若作業(yè)過(guò)程中，發(fā)生氣管爆裂、空壓機故障等問(wèn)題時(shí)，首先要冷靜，想辦法穩住氣壓，同時(shí)盡快通知作業(yè)人員進(jìn)入人閘以便及早減壓出來(lái)。

　�。�3）、要做好各項人員安全措施及災害防治措施。對工作人員要進(jìn)行全面體檢，體檢不合格的人員禁止入內。要注意壓氣作業(yè)過(guò)程中因焊接、漏電、打磨等作業(yè)可能引起火災。各種應急設備如高壓氧艙、單架等應處于準備狀態(tài)。

　　4.2盾構始發(fā)與到達

　�。�1）、到達前要做好以下工作：

　�、� 校核盾構機姿態(tài)及位置，盾構機軸線(xiàn)應較洞門(mén)軸線(xiàn)稍微高1~3cm

　�、� 洞門(mén)臨時(shí)擋土墻鑿除

　�、� 盾構機接收平臺的鋪設

　�、� 洞門(mén)環(huán)板、壓板的設置

　�、� 搶險物資設備的準備

　�。�2）、始發(fā)時(shí)要做好以下工作：

　�、� 盾構機、始發(fā)架、反力架的安裝、測量定位

　�、� 洞門(mén)臨時(shí)擋土墻鑿除

　�、� 洞門(mén)環(huán)板、壓板的設置

　�、� 搶險物資設備的準備

　　5、施工管理

　　5.1人員配置

　　以德國海瑞克土壓平衡盾構機為例：

　�。�1）、技術(shù)管理人員

　　隧道領(lǐng)班工程師兼盾構機操作手 1人

　　機電工程師 3人（機械、電氣、液壓各1人）

　�。�2）、勞務(wù)工人

　　5.2材料、設備配置

　�。�1） 日常消耗材料

　　主軸承密封油脂、潤滑油脂、盾尾密封油脂、發(fā)泡劑、砂漿、隧道照明材料（照明燈、電線(xiàn)、線(xiàn)架）、通信材料、循環(huán)水管、軌道、軌枕、排污水管、編織

　�。�2） 日常工具、設備

　　電焊機、氣割、潛水泵、千斤頂、葫蘆、扳手、鐵錘。