結合廣州地鐵談盾構隧道施工

　　關鍵詞：地鐵 盾構 隧道

　　1、工程概況

　　廣州市軌道交通三號線[天 ~華]區間盾構工程分為兩個區間（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，雙線長6259.615m.隧道標稱內徑為5400mm；埋深為11~28m；平面最小曲線半徑為350m；最小豎曲線半徑為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化層中穿過，頂底板差異不大，在中部偶見夾有球狀微風化巖石。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化層中穿過，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、花崗片麻巖帶或風化層，以南為白堊系紅層巖系。靠近華師站段隧道全斷面在微風化層中穿過。地表地形地貌變化也比較大。白堊系紅層隧道上方發育有較長段含水砂層。

　　2、盾構掘進

　　2.1刀具配置

　　地質情況對刀具配置起決定作用，隧道圍巖為I、II類（按《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》中隧道圍巖分類）時，一般采用刮刀（俗稱羊角刀），而對于 III~VI類圍巖則使用盤形滾刀效果較好。盤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。針對本工程的地質情況，均配置單刃盤形滾刀。

　　2.2掘進參數控制

　　（1）、控制刀盤扭矩。根據保護刀具、降低刀具磨損的要求，必須將刀盤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：這是最簡單、有效的方法，但同時也會降低掘進速度。

　　◆ 減小刀具的貫入度：即在保持掘進速度基本不變的情況下，提高刀盤轉速，一般達2.5~3r/m左右。當開挖面為全斷面硬巖時，減小刀具貫入度，能顯著降低刀盤扭矩。但刀盤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。

　　◆ 向開挖面、土倉內加入土質改良劑：

　　常見的土質改良劑及適用地層

膨潤土　 適用砂~砂礫地層　 發泡劑　 適用粘土~粗砂地層　 高吸水性樹脂　 適用固結粘土~砂礫地層　　　其中發泡劑較為常用。

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

　　（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的模式；若隧道圍巖無法自立，為了保持開挖面的穩定，則必須保持適當的土壓以穩定開挖面，控制地面沉降。土壓過低，則可能出現超挖；土壓過高，則有效推力降低，掘進速度降低，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、地質情況、地面建筑物情況有很大關系，可以采用庫侖或朗肯等理論估算。在實際施工中，也可以根據出土量的情況來確定適當的土壓。在本工程掘進過程中一般保持 1.5~2.0bar的土壓。

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

　　2.3同步注漿及二次注漿

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

　　（1）、盾尾同步注漿。

　　出現的主要問題：

　　◆ 堵管

　　出現堵管的情況，其原因主要是以下幾方面：

　　① 砂漿配比不好，以致砂漿初凝時間太短、砂漿易沉淀離析、砂漿流動性差

　　② 原材料不好，如砂太粗

　　③ 盾尾漿管回砂

　　④ 長時間停注前未注射膨潤土液洗管

　　◆ 漏漿

　　主要原因及處理辦法：

　　① 盾尾間隙過大。控制好盾構機姿態，選擇適當的管片，以保持良好的盾尾間隙

　　② 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。

　　③ 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，可以進行管片背后二次注漿來穩定地面或堵水。

　　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上的同步注漿泵。注漿時應注意監控注漿壓力，如果壓力過大可能造成管片錯臺或縱裂。

　　2.4常見問題及處理辦法

　　（1）、若螺旋輸送機被卡住（

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　　（2）、若啟動刀盤時刀盤被卡住，則將部分推進千斤頂收縮，使土壓力、刀具貫入度減小即可以轉動刀盤。

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

　　3、管片拼裝

　　3.1管片型號的選擇

　　一般主要根據盾尾間隙、線路特點、推進千斤頂行程來確定管片型號。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題。

　　3.2常見質量問題

　　（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量問題。

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

　　（3）、管片扭轉：如果拼裝管片時，盾構機的滾動角較大而且一直朝同一個方向，則可能會發生隧道管片扭轉的情況。因此應該通過調整刀盤的旋轉方向來減小盾構機在拼裝時的滾動角。

　　（4）、管片錯臺：在小半徑曲線（本工程最小曲線半徑R=350m）線路施工時，因推進千斤頂對管片有環向分力而造成管片環向錯臺。解決辦法是在推進后及時復緊管片連接螺栓約束管片的環向位移，或者在拼裝時人為地將管片拼成與轉彎方向一致的錯臺。

　　4、專題

　　4.1壓氣換刀

　　主要作業步驟：

　　（1）、準備換刀工具、材料并檢查壓氣時要用的相關設備

　　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（開倉門及拆、裝刀具時用）、氣動打磨機、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（0.5bar以下），向土倉加入壓縮氣體，同時土倉內加入膨潤土，轉動刀盤，繼續出渣。一段時間后停止加入膨潤土。當螺旋機后閘門有較連續且較大壓力的氣體噴出即可停止出土，然后等待半個小時左右看土倉內的氣壓是否能夠保持穩定，即氣壓上下浮動不能超過0.1bar .如果土倉內的氣壓，無法上升到預定值，且空壓機排壓較低，或者氣壓上下浮動過大都說明土倉漏氣。檢查地面、鉸接、盾尾是否漏氣。

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

　　（4）、當人閘的氣壓與土倉的氣壓基本一致時，打開平衡閥，換刀人員打開土倉門進入土倉開始換刀作業。

　　常見問題及處理辦法：

　　（1）、若換刀時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，則換刀人員進倉作業時帶上鐵鍬和編織袋，將土倉內的渣土裝袋即可。

　　（2）、若作業過程中，發生氣管爆裂、空壓機故障等問題時，首先要冷靜，想辦法穩住氣壓，同時盡快通知作業人員進入人閘以便及早減壓出來。

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

　　4.2盾構始發與到達

　　（1）、到達前要做好以下工作：

　　① 校核盾構機姿態及位置，盾構機軸線應較洞門軸線稍微高1~3cm

　　② 洞門臨時擋土墻鑿除

　　③ 盾構機接收平臺的鋪設

　　④ 洞門環板、壓板的設置

　　⑤ 搶險物資設備的準備

　　（2）、始發時要做好以下工作：

　　① 盾構機、始發架、反力架的安裝、測量定位

　　② 洞門臨時擋土墻鑿除

　　③ 洞門環板、壓板的設置

　　④ 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）、技術管理人員

　　隧道領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）、勞務工人

崗位　 班長兼管片拼裝手　 配合管片拼裝　 雙軌梁操作手　 同步注漿　 出土兼千斤頂操作　 電工　 機修工　 合計　 人數　 1　 3　 1　 2　 1　 1　 3　 12　

　　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、發泡劑、砂漿、隧道照明材料（照明燈、電線、線架）、通信材料、循環水管、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。

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