摘要：結(jié)合廣州市軌道交通三號(hào)線[天~華]區(qū)間盾構(gòu)工程為實(shí)例，闡述了海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在地鐵盾構(gòu)隧道施工中的主要內(nèi)容，并針對(duì)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(gòu) 隧道
1、工程概況
廣州市軌道交通三號(hào)線[天 ~華]區(qū)間盾構(gòu)工程分為兩個(gè)區(qū)間（天河客運(yùn)站~五山站區(qū)間以及五山站~華師站區(qū)間），主要由兩條圓形盾構(gòu)隧道為主組成，雙線長(zhǎng)6259.615m.隧道標(biāo)稱內(nèi)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(qū)間隧道主要是在殘積層和全風(fēng)化層中穿過(guò)，頂?shù)装宀町惒淮?，在中部偶?jiàn)夾有球狀微風(fēng)化巖石。近五山段頂板出現(xiàn)少量砂層。隧道洞身天然單軸抗壓強(qiáng)度最大值為153.40MPa.
五~ 華區(qū)間隧道主要是在強(qiáng)風(fēng)化層中穿過(guò)，頂?shù)装鍘r土分層有一定差異，存在上軟下硬或有夾層現(xiàn)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。靠近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(zhǎng)段含水砂層。
2、盾構(gòu)掘進(jìn)
2.1刀具配置
地質(zhì)情況對(duì)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(guī)范》中隧道圍巖分類）時(shí)，一般采用刮刀（俗稱羊角刀），而對(duì)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(qiáng)度不均勻的圍巖，而雙刃滾刀適合一般硬巖及強(qiáng)度均勻的圍巖。針對(duì)本工程的地質(zhì)情況，均配置單刃盤形滾刀。
2.2掘進(jìn)參數(shù)控制
?。?）、控制刀盤扭矩。根據(jù)保護(hù)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(nèi)，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，提高刀盤轉(zhuǎn)速，一般達(dá)2.5~3r/m左右。當(dāng)開(kāi)挖面為全斷面硬巖時(shí)，減小刀具貫入度，能顯著降低刀盤扭矩。但刀盤高轉(zhuǎn)速不適用有孤石的圍巖，因?yàn)楣率苋菀自斐傻毒弑懒选?/p>
◆ 向開(kāi)挖面、土倉(cāng)內(nèi)加入土質(zhì)改良劑：
常見(jiàn)的土質(zhì)改良劑及適用地層
膨潤(rùn)土 適用砂~砂礫地層 發(fā)泡劑 適用粘土~粗砂地層 高吸水性樹(shù)脂 適用固結(jié)粘土~砂礫地層 其中發(fā)泡劑較為常用。
另外，在全斷面硬巖或孤石地層，可以向開(kāi)挖面、土倉(cāng)內(nèi)加入冷卻水，以降低刀盤、刀具的溫度來(lái)保護(hù)刀具。
?。?）、保持適當(dāng)?shù)耐翂?。若隧道圍巖能夠自立，則可以采取空倉(cāng)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(wěn)定，則必須保持適當(dāng)?shù)耐翂阂苑€(wěn)定開(kāi)挖面，控制地面沉降。土壓過(guò)低，則可能出現(xiàn)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(kù)侖或朗肯等理論估算。在實(shí)際施工中，也可以根據(jù)出土量的情況來(lái)確定適當(dāng)?shù)耐翂骸Ｔ诒竟こ叹蜻M(jìn)過(guò)程中一般保持 1.5~2.0bar的土壓。
?。?）、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(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(gòu)機(jī)的姿態(tài)、保持土壓穩(wěn)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(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。
（1）、盾尾同步注漿。
出現(xiàn)的主要問(wèn)題：
◆ 堵管
出現(xiàn)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
③ 盾尾漿管回砂
?、?長(zhǎng)時(shí)間停注前未注射膨潤(rùn)土液洗管
◆ 漏漿
主要原因及處理辦法：
?、?盾尾間隙過(guò)大。控制好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)墓芷?，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。
③ 盾尾油脂注入量不夠。加大油脂注入量。
?。?）、二次注漿。
當(dāng)?shù)孛娉两递^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(wěn)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(shè)備可以采用注漿機(jī)或盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車上的同步注漿泵。注漿時(shí)應(yīng)注意監(jiān)控注漿壓力，如果壓力過(guò)大可能造成管片錯(cuò)臺(tái)或縱裂。
2.4常見(jiàn)問(wèn)題及處理辦法
?。?）、若螺旋輸送機(jī)被卡?。?/p>
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即扭矩超限），無(wú)法正常出渣，可反復(fù)伸、縮螺桿并同時(shí)正、反轉(zhuǎn)，如低速正轉(zhuǎn)同時(shí)伸、縮螺桿，若超限則反轉(zhuǎn)同時(shí)伸、縮螺桿，如此反復(fù)，基本上都可以脫困。
?。?）、若啟動(dòng)刀盤時(shí)刀盤被卡住，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(zhuǎn)動(dòng)刀盤。
?。?）、在非粘性地層，如砂層，若鉸接千斤頂拉力較大，說(shuō)明刀盤的擴(kuò)孔能力較差，則要檢查刀盤的邊緣刀是否磨損過(guò)量而應(yīng)該更換。
3、管片拼裝
3.1管片型號(hào)的選擇
一般主要根據(jù)盾尾間隙、線路特點(diǎn)、推進(jìn)千斤頂行程來(lái)確定管片型號(hào)。選擇適當(dāng)?shù)墓芷梢杂行У卣{(diào)節(jié)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(yán)重錯(cuò)臺(tái)導(dǎo)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
?。?）、管片在拼裝前一般要先檢查管片是否完好、型號(hào)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(duì)止水條的保護(hù)，若止水條損壞嚴(yán)重則很可能出現(xiàn)滲漏水的質(zhì)量問(wèn)題。
?。?）、千斤頂撐靴正常情況下應(yīng)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(zhuǎn)，則可能會(huì)出現(xiàn)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。
?。?）、管片扭轉(zhuǎn)：如果拼裝管片時(shí)，盾構(gòu)機(jī)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(zhuǎn)的情況。因此應(yīng)該通過(guò)調(diào)整刀盤的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)減小盾構(gòu)機(jī)在拼裝時(shí)的滾動(dòng)角。
（4）、管片錯(cuò)臺(tái)：在小半徑曲線（本工程最小曲線半徑R=350m）線路施工時(shí)，因推進(jìn)千斤頂對(duì)管片有環(huán)向分力而造成管片環(huán)向錯(cuò)臺(tái)。解決辦法是在推進(jìn)后及時(shí)復(fù)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(zhuǎn)彎方向一致的錯(cuò)臺(tái)。
4、專題
4.1壓氣換刀
主要作業(yè)步驟：
?。?）、準(zhǔn)備換刀工具、材料并檢查壓氣時(shí)要用的相關(guān)設(shè)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(cāng)門及拆、裝刀具時(shí)用）、氣動(dòng)打磨機(jī)、鐵錘
準(zhǔn)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(shè)備有：空壓機(jī)（包括備用空壓機(jī)）、管路（水管、氣管）及接口、照明設(shè)施、人閘及土倉(cāng)的壓力表、人閘與指揮室的通訊
?。?）、排出土倉(cāng)內(nèi)的渣土，當(dāng)土壓降至較低時(shí)（0.5bar以下），向土倉(cāng)加入壓縮氣體，同時(shí)土倉(cāng)內(nèi)加入膨潤(rùn)土，轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，繼續(xù)出渣。一段時(shí)間后停止加入膨潤(rùn)土。當(dāng)螺旋機(jī)后閘門有較連續(xù)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(cāng)內(nèi)的氣壓是否能夠保持穩(wěn)定，即氣壓上下浮動(dòng)不能超過(guò)0.1bar .如果土倉(cāng)內(nèi)的氣壓，無(wú)法上升到預(yù)定值，且空壓機(jī)排壓較低，或者氣壓上下浮動(dòng)過(guò)大都說(shuō)明土倉(cāng)漏氣。檢查地面、鉸接、盾尾是否漏氣。
（3）、土倉(cāng)內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，換刀人員進(jìn)入人閘，相關(guān)材料工具也要運(yùn)進(jìn)去。準(zhǔn)備好后，向人閘內(nèi)加壓，加壓程序要按照有關(guān)帶壓作業(yè)規(guī)范的要求。
?。?）、當(dāng)人閘的氣壓與土倉(cāng)的氣壓基本一致時(shí)，打開(kāi)平衡閥，換刀人員打開(kāi)土倉(cāng)門進(jìn)入土倉(cāng)開(kāi)始換刀作業(yè)。
常見(jiàn)問(wèn)題及處理辦法：
?。?）、若換刀時(shí)刀具不慎掉入土倉(cāng)內(nèi)，而土倉(cāng)內(nèi)泥渣較多很難定位刀具及打撈時(shí)，則換刀人員進(jìn)倉(cāng)作業(yè)時(shí)帶上鐵鍬和編織袋，將土倉(cāng)內(nèi)的渣土裝袋即可。
?。?）、若作業(yè)過(guò)程中，發(fā)生氣管爆裂、空壓機(jī)故障等問(wèn)題時(shí)，首先要冷靜，想辦法穩(wěn)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)。
?。?）、要做好各項(xiàng)人員安全措施及災(zāi)害防治措施。對(duì)工作人員要進(jìn)行全面體檢，體檢不合格的人員禁止入內(nèi)。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(zāi)。各種應(yīng)急設(shè)備如高壓氧艙、單架等應(yīng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。
4.2盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)
（1）、到達(dá)前要做好以下工作：
① 校核盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及位置，盾構(gòu)機(jī)軸線應(yīng)較洞門軸線稍微高1~3cm
?、?洞門臨時(shí)擋土墻鑿除
?、?盾構(gòu)機(jī)接收平臺(tái)的鋪設(shè)
?、?洞門環(huán)板、壓板的設(shè)置
⑤ 搶險(xiǎn)物資設(shè)備的準(zhǔn)備
?。?）、始發(fā)時(shí)要做好以下工作：
① 盾構(gòu)機(jī)、始發(fā)架、反力架的安裝、測(cè)量定位
?、?洞門臨時(shí)擋土墻鑿除
?、?洞門環(huán)板、壓板的設(shè)置
④ 搶險(xiǎn)物資設(shè)備的準(zhǔn)備
5、施工管理
5.1人員配置
以德國(guó)海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為例：
?。?）、技術(shù)管理人員
隧道領(lǐng)班工程師兼盾構(gòu)機(jī)操作手 1人
機(jī)電工程師 3人（機(jī)械、電氣、液壓各1人）
?。?）、勞務(wù)工人
崗位 班長(zhǎng)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(jī)修工 合計(jì) 人數(shù) 1 3 1 2 1 1 3 12
5.2材料、設(shè)備配置
（1） 日常消耗材料
主軸承密封油脂、潤(rùn)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、線架）、通信材料、循環(huán)水管、軌道、軌枕、排污水管、編織
?。?） 日常工具、設(shè)備
電焊機(jī)、氣割、潛水泵、千斤頂、葫蘆、扳手、鐵錘。
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