盾構(gòu)施工及常見問題處理研究

沈曦

（中鐵建南方建設(shè)投資有限公司，廣東 深圳 518000）

盾構(gòu)法憑借其優(yōu)勢在地下施工中有著廣泛應(yīng)用，通過盾構(gòu)起到掩護(hù)作用，確?？砂踩_展開挖、襯砌等作業(yè)，且地下施工不會(huì)對(duì)地面交通等產(chǎn)生影響，受天氣因素干擾程度小。雖然目前盾構(gòu)施工發(fā)展愈加先進(jìn)、成熟，但實(shí)際施工中仍需認(rèn)真分析工程實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案、規(guī)劃好施工流程，做好對(duì)可能出現(xiàn)問題的防范，嚴(yán)格開展盾構(gòu)施工管理，確保工程建設(shè)水平。

1 盾構(gòu)施工技術(shù)概述

暗挖作業(yè)中，經(jīng)常使用盾構(gòu)施工技術(shù)，通過盾構(gòu)機(jī)機(jī)械化作業(yè)來推進(jìn)施工，考慮到施工中巖壁的穩(wěn)定性，需保障外殼、管片有足夠支撐作用，防止出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。同時(shí)用切削裝置開挖土體，之后用出土機(jī)械將其運(yùn)出，后部用千斤頂加壓定金，拼裝預(yù)制混凝土管片，成為有效的地下施工機(jī)械化方法。

2 盾構(gòu)施工選型重要性

2.1 盾構(gòu)機(jī)選型

（1）地層條件。地層條件是選型的首要依據(jù)。不同類型的地層應(yīng)選擇相適應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)，選需考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性和地下水狀況等。通常軟土、黏土或砂質(zhì)土地層以及地下水位較高地層適合泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，巖性地層則為全斷面盾構(gòu)機(jī)。（2）施工環(huán)境。施工環(huán)境包括空間、隧道的長度和施工位置等，會(huì)影響盾構(gòu)機(jī)的工作效率和質(zhì)量。施工空間有限，選擇體積小、便于操作性、轉(zhuǎn)彎半徑小的盾構(gòu)機(jī)。長隧道工程則需要考慮盾構(gòu)機(jī)的可靠性和壽命。（3）工程要求。盾構(gòu)機(jī)的選擇還要考慮工程實(shí)際情況，如隧道的直徑、長度、曲率半徑、掘進(jìn)速度等。大直徑的隧道需要大負(fù)載的盾構(gòu)機(jī)，小直徑的隧道適合小體積、進(jìn)出隧道容易的盾構(gòu)機(jī)。（4）盾構(gòu)機(jī)自身特點(diǎn)。不同類型的盾構(gòu)機(jī)都有其獨(dú)特的特點(diǎn)。例如，泥水平衡盾構(gòu)機(jī)適合于地質(zhì)條件較差的地層，而有壓平衡盾構(gòu)機(jī)和盾構(gòu)機(jī)裝載傳送帶可以提高工作效率。

2.2 刀盤刀具選擇

（1）選型標(biāo)準(zhǔn)。盾構(gòu)掘進(jìn)刀盤刀具的選擇需要考慮以下幾個(gè)方面，包括地質(zhì)條件、硬度、傾角和含水量等工作條件。不同的工作條件需要相應(yīng)的工具材料和型號(hào)。切削載荷：包括切削力和扭矩，這對(duì)刀具的強(qiáng)度和耐磨性有要求。規(guī)格尺寸：包括圓盤直徑、刀位數(shù)量、刀具長度和直徑等。切削性能：包括切削速度、進(jìn)給速度和切削深度，需要根據(jù)工作條件和材料特性進(jìn)行匹配。（2）選型建議。選擇合適的型號(hào)和材料：根據(jù)工作條件和巖石特性，選擇合適型號(hào)和材質(zhì)，以確保刀具的切削性能和使用壽命。根據(jù)建議搭配尺寸：尺寸和長度過大或過小會(huì)引起損失和浪費(fèi)。注意平衡：根據(jù)切割位置的數(shù)量和重心進(jìn)行平衡和匹配，避免對(duì)盾構(gòu)機(jī)的振動(dòng)和噪音產(chǎn)生負(fù)面影響。定期檢查和維護(hù)：刀具長期磨損下，其切割質(zhì)量和效率會(huì)降低，需定期進(jìn)行檢查和更換。

3 盾構(gòu)施工中常見問題處理策略

3.1 地表沉降的控制措施

（1）控制土壓平衡。盾構(gòu)機(jī)開挖時(shí)，采用土壓平衡方式利于控制地表沉降控制，避免對(duì)地表建筑物產(chǎn)生損害。土壤倉中安裝了高度靈敏壓力傳感器，控制面板即可接收到土層壓力信息壓力并顯示，自動(dòng)對(duì)比設(shè)定的土壤壓力以分析此時(shí)壓力是否合理。如果壓力過高或過低，將發(fā)出警報(bào)。因此，它可以有效地控制土壓力平衡，避免地面沉降，適合開挖軟弱復(fù)合地層使用。（2）做好刀盤設(shè)計(jì)，依據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)條件設(shè)計(jì)其形式和布置以、開口率。輪輻式設(shè)計(jì)可避免其中心形成泥餅。（3）刀盤采用變頻電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，平穩(wěn)啟動(dòng)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）采用盾尾同步注漿法將管段與開挖直徑間隙填充好，以降低沉降概率。同時(shí)，它可以防止管段向上浮動(dòng)。（5）配備激光制導(dǎo)系統(tǒng)，用于精確控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)。

3.2 盾構(gòu)小曲線半徑轉(zhuǎn)彎的措施

（1）使用鉸接方式將中盾和尾盾連接，可以使盾構(gòu)的長徑減小，掘進(jìn)作業(yè)時(shí)盾構(gòu)即可靈活地進(jìn)行姿勢調(diào)整，小半徑轉(zhuǎn)彎也更穩(wěn)定。（2）控制好兩側(cè)油缸推力差，整體推力變小才可慢速和快速旋轉(zhuǎn)。（3）盾構(gòu)機(jī)司機(jī)在掘進(jìn)時(shí)，可根據(jù)地質(zhì)條件和線路走向操控盾構(gòu)機(jī)先做好準(zhǔn)備姿勢，避免姿勢后續(xù)變得不良，減少校正。（4）移動(dòng)測站需多加監(jiān)測，防止軸誤差。（5）管段選擇好，測量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的軸線和車削環(huán)間角度，以確定需要增加多少車削環(huán)，之后采用十字拼接方式，直到小曲線半徑作業(yè)完成。（6）隧道沒有過渡段，它直接從直線段過渡到圓曲線。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)一定圓曲線段時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)應(yīng)反向偏移至曲線內(nèi)側(cè)，即預(yù)偏移。以便之后向曲線外側(cè)偏移，做好曲線段盾構(gòu)姿勢調(diào)整，減少偏差。（7）在管道位移的方向上灌漿，形成可以抵抗管道偏移的壓力。漿液較快初凝，拆除待盾構(gòu)機(jī)盾尾五環(huán)后，再次在右轉(zhuǎn)9 點(diǎn)鐘位置灌漿。

3.3 管片錯(cuò)臺(tái)和破損的控制

（1）油缸的推力不宜過大，尤其是在油缸曲線外側(cè)（后中心側(cè)）。為了實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的轉(zhuǎn)彎，加大推力之后左右油缸會(huì)產(chǎn)生較大推力差。但此時(shí)需注意管段是否具備足夠承載力，推力超過其承載力，可能會(huì)導(dǎo)致管段發(fā)生斷裂。（2）油缸曲線外側(cè)容易產(chǎn)生較大推力，為防止引發(fā)管段斷裂問題，油缸推力要平穩(wěn)收放，不可突然加大或者釋放。（3）開挖操作中將螺栓適當(dāng)擰緊，有避免錯(cuò)位的作用。之后再重新從中間到四邊擰緊，兩次擰緊要采用一樣的順序。屏蔽尾部拆除后再擰緊兩次，拆除次數(shù)多，需適當(dāng)增加重新擰緊次數(shù)。（4）提高管道裝配施工水平。在組裝管道前，對(duì)施工操作人員做好技術(shù)交底工作。正式施工前先試組裝，檢測組裝效果和方案可行性，避免實(shí)際裝配不當(dāng)引發(fā)錯(cuò)位。管段組裝錯(cuò)位要控制在一定范圍，一般在5mm 以內(nèi)。（5）每次推進(jìn)循環(huán)前后，操作人員均需開展屏蔽尾部間間隙測量作業(yè)。合理選擇管段類型，避免盾尾鋼圈刮傷管段，調(diào)整油缸支靴的位置，盡可能保證支靴完全作用在管段上。

3.4 遇到上跨、下穿如何采取保護(hù)措施

（1）上跨提前加固，以降低水平向時(shí)空效應(yīng)影響。（2）下穿做好同步注漿,二次注漿，甚至三次注漿，采用自動(dòng)化監(jiān)測現(xiàn)有建筑。盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中，其施工姿態(tài)要控制好。其行進(jìn)方向和速度，會(huì)對(duì)前方土體產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其壓力產(chǎn)生變化，同時(shí)還會(huì)影響上部結(jié)構(gòu)的壓力。因此，當(dāng)需要穿過建筑物時(shí)，要對(duì)盾構(gòu)施工嚴(yán)格控制，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)使其更合理；施工中，填土層、土壤壓力不同，應(yīng)選擇不同的千斤頂；遇到偏差的情況下，對(duì)千斤頂進(jìn)行調(diào)整，可以改變盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。無法通過千斤頂調(diào)整的情況下，盾構(gòu)掘進(jìn)鉸鏈裝置也可用于調(diào)整；操作中出現(xiàn)盾構(gòu)姿勢偏差問題，應(yīng)每次微小調(diào)整，平穩(wěn)地逐步完成調(diào)整，而不是做大步調(diào)整一次完成?？刂坪妹看握{(diào)節(jié)范圍，不應(yīng)超過4mm。

3.5 刀盤卡死或掘進(jìn)效率變低或遇到基巖突變等情況采取措施

盾構(gòu)機(jī)刀盤卡住的原因：地質(zhì)條件惡劣，有大塊巖石。刀盤刀具嚴(yán)重?fù)p壞，下降不穩(wěn)而卡??；管片有質(zhì)量問題而卡住刀盤。

解決方法：惡劣地質(zhì)條件，減速慢推，如果仍然卡住，則需要用鉆機(jī)把巖石打碎，清理掉再繼續(xù)推進(jìn)；刀盤刀具損壞嚴(yán)重，要將盾構(gòu)機(jī)停機(jī)，更換新刀具后再開始工作；管片質(zhì)量出現(xiàn)問題，從刀盤處割開管片從刀盤處割開，借助升降機(jī)器清理掉，之后繼續(xù)推進(jìn)。

3.6 拼裝后拼縫滲漏的處理措施

（1）管段設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加管段的尺寸余量，以確保其在安裝過程中具有一定的承載能力和氣密性。（2）施工解決方案：在施工現(xiàn)場，應(yīng)嚴(yán)格控制管段的加工、安裝和支撐，以確保其氣密性。（3）材料解決方案應(yīng)使用軋制管段而不是鑄造管段，以提高管段的質(zhì)量和支撐能力。（4）其他解決方案：盾構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件加強(qiáng)支護(hù)工作，提高管段的支護(hù)能力。當(dāng)遇到水、沙子等外部條件時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取防水隔離措施，防止漏水。綜上所述，盾構(gòu)隧道管片漏水是影響盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量和安全的一個(gè)重要問題，需要從設(shè)計(jì)、施工、材料等多個(gè)方面予以關(guān)注和解決。只有綜合開展各項(xiàng)工作，才能有效避免盾構(gòu)隧道管片漏水的發(fā)生。

3.7 盾構(gòu)機(jī)身翻滾

造成機(jī)身翻滾的主要原因，就是在土體刀盤切削作業(yè)中，其形成一定超出盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)與隧道巖壁所產(chǎn)生摩擦力矩的扭矩，挖掘兩個(gè)地層分界層過程中，由于其巖體性質(zhì)存在較大差異，且?guī)r體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，較大的扭矩會(huì)導(dǎo)致機(jī)身翻滾，滾動(dòng)幅度大，會(huì)影響管片拼裝，甚至?xí)苿?dòng)隧道中心線。

需結(jié)合實(shí)際施工情況，將刀盤扭矩減小。然后按照規(guī)定注漿，控制好注漿質(zhì)量。操作刀盤時(shí)，控制好旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)速度。

3.8 管片上浮

使用盾構(gòu)機(jī)作業(yè)過程中，會(huì)影響隧道管片，導(dǎo)致其位置移動(dòng)，表現(xiàn)為上浮現(xiàn)象。出現(xiàn)該問題，主要是受到了地質(zhì)條件、注漿效果及其運(yùn)行影響。盾構(gòu)挖掘施工中會(huì)產(chǎn)生環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)，通常其施工采用襯背注的方式，如果施工中注漿操作中的量不足、壓力低，則會(huì)導(dǎo)致漿液無法全面填充環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)縫隙，尤其是隧道頂層，則會(huì)加大管片上浮記錄。在開挖積水位置過程中，也就是環(huán)形結(jié)構(gòu)有積水，或者需較長時(shí)間才能填充漿液凝結(jié)，則管片容易浸入挖掘形成的坑洞中，受到超過自身重量向上的作用后，管片就會(huì)上浮。

需保障注漿漿液質(zhì)量、施工品質(zhì)，以確保一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)可以形成，鞏固管片和巖體結(jié)構(gòu)。襯背注漿，需控制好各種配料用量，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)配比，并動(dòng)態(tài)調(diào)整，以保障管片穩(wěn)定性。

3.9 盾尾漏漿

盾尾刷產(chǎn)生磨損、盾尾與管片間縫隙不均勻、襯背注漿壓力超標(biāo)等，是引發(fā)盾尾漏漿的常見原因。

對(duì)于該問題，首先需在正式開挖施工前，安排專人認(rèn)真、全面檢查盾尾結(jié)構(gòu)，如果發(fā)現(xiàn)密封破損，要及時(shí)更換；其次，在拼裝管片作業(yè)前，要清理盾殼表層、內(nèi)部雜質(zhì)，避免損害到盾尾刷；定期全面檢查盾尾密封質(zhì)量，管控好盾尾油脂的壓力；最后，需定期檢查盾尾和管片間縫隙，并要保障盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.10 地表沉降

如果施工中土倉中壓力不足，導(dǎo)致無法將外部水土壓力抵消，則刀盤淺層土體結(jié)構(gòu)易崩塌，導(dǎo)致地面下沉。脫離盾尾后，管片與地層會(huì)形成環(huán)形建筑空間，軟體地層注漿不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致拱頂巖體結(jié)構(gòu)變形、地表沉降。

應(yīng)對(duì)地表沉降，要選擇合理的方法來保持土倉壓力平衡，并結(jié)合實(shí)際動(dòng)態(tài)調(diào)整。完成挖掘作業(yè)后，維持好土倉內(nèi)和外界水土壓力平衡，排土前，需充分拌和土倉中水、土，并密封好土倉，避免噴涌現(xiàn)象破壞土壓穩(wěn)定。注漿時(shí)，要控制好注漿量、注漿壓力，把控好二次注漿時(shí)間，保障注漿效果。盾尾注漿孔洞，其注漿壓力要大于隧道中水土壓力。

3.11 注漿管堵塞

在注漿操作中，如果漿液在完成攪拌后，長時(shí)間沒有進(jìn)行注漿，則會(huì)導(dǎo)致漿液離析問題，在管道內(nèi)層附著的漿液會(huì)堵塞管道。

要解決該問題，只需控制好攪拌和注漿的時(shí)間。首先，要規(guī)劃好漿液運(yùn)輸線路，盡量避免管道彎曲，否則，泥漿很容易以緩慢的流速沉淀。地面卸料罐和地下泥漿車間將使用輸送管輸送泥漿。應(yīng)使用大直徑輸送管，管口應(yīng)靠近泥漿車底部。閘門打開后，泥漿可以通過自身重量排出。其次，合理進(jìn)行工序設(shè)計(jì)和流程安排工序，以減少漿料運(yùn)輸所需時(shí)間，在洞口、砂漿車處設(shè)置可以為攪拌電機(jī)使用的電源，以確?？蛇B續(xù)攪拌，不會(huì)長時(shí)間停頓導(dǎo)致離析問題。最后，泵漿時(shí)，使用的出漿管高度要低一點(diǎn)，并將攪拌機(jī)開啟，用于漿液攪拌。

4 結(jié)語

盾構(gòu)施工法在地下工程作業(yè)中發(fā)揮了重要作用，需結(jié)合工程特點(diǎn)，選擇合理的施工方法與措施，并對(duì)各類問題加以預(yù)防，不斷總結(jié)歸納經(jīng)驗(yàn)，顯著提升盾構(gòu)法施工質(zhì)量，推動(dòng)盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。