盾构在湖底砂层中掘进姿态控制及易出现问题应对措施

盾构在湖底砂层中掘进姿态控制及易出现问题应对措施

郑晓燕,严淦

郑晓燕①ZhengXiaoyan；严淦②YanGan

（①哈尔滨铁道职业技术学院，哈尔滨150000；②中铁一局，西安710000）

摘要：分析盾构在苏州地铁一号线金鸡湖湖底砂层中掘进时姿态的控制，易出现的问题和风险，并针对可能出现的问题和风险提出采取的应对措施，对盾构顺利穿越湖底具有重要的意义。

关键词：盾构；姿态控制；风险；应对措施

中图分类号：U231+3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）01-0191-01

1湖底掘进姿态控制

1.1盾构机上配有由Trimble公司生产的5603光波自动全站仪。该全站仪能实时反映盾构机的当前位置和理论位置，并提供调整指示。能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

1.2分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，控制掘进方向。

在实际施工中，由于管片选型错误、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

2盾构在湖底砂层中掘进易出现的问题及风险和应对措施

2.1盾构在湖底砂层中掘进易出现的问题及风险。

（1）管片上浮。（2）开挖面容易喷涌、冒顶、坍塌。（3）刀盘、刀具磨损严重，难保证长距离连续施工。

2.2采取的应对措施。

2.2.1针对管片上浮主要采取的措施。

（1）采用快凝浆液注浆，尽快封闭管片与地层的间隙，防止隧道上浮。（2）同步注浆、注意注浆的同步性和均匀性，注浆时均匀注入空隙，同时做到上部的两个注浆管的注浆量为总的注浆量的3/4。（3）在同步注浆的基础上，结合聚氨脂注浆在隧道周围形成环箍，每隔10m打一道环箍，使隧道纵向形成间隔的止水隔离带，在堵水防渗漏的同时以减缓、制约隧道上浮。（4）加强测量和监测的频率，并及时调整盾构姿态，在进入湖底的100范围采集数据，根据数据采集情况适当将轴线降低掘进。

2.2.2针对开挖面容易喷涌、冒顶、坍塌的风险主要采取的应对措施。

（1）严格控制盾构正面的平衡压力盾构机在过砂层时，通过下列两种方法控制土仓压力处于平衡状态：一是在保持推进速度不变的情况下，调节螺旋输送器的转速或闸门开度（螺旋输送器转速减小均能达到增大土仓压力的效果），控制出土量，建立和保持密封土仓压力；二是在保持螺旋输送器的转速或闸门开度不变的情况下，加大盾构机千斤顶的总推力，提高刀盘的转速和推进速度，增大密封土仓压力。

（2）渣土改良：在砂土和沙砾等砂质土地层中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水丰富，土的透水系数也较高，依靠、削土的土压力保持开挖面上的压力（地下水压力和开挖面土压力）是很困难的。另外，通过开挖土体来很难保证出土的流动性，在这种砂性土的地层中，单纯依靠出土闸门等机械控制很难保证开挖面的稳定，所以在开挖面上加压或注入化学聚合物、泡沫剂、膨润土等材料，进行充分搅拌，改良切削下来的渣土性质，保证砂土的流动性和止水性，以求开挖面的稳定，防止喷涌、冒顶等。参考南京地铁二号线7标集庆门站～茶亭站区间盾构全断面粉细砂层掘进中的渣土改良剂的使用经验，主要使用膨润土（150～200kg/m），在局部使用了高分子聚合物，整体状况较好。针对该标段砂层特点，亦使用土压平衡盾构施工高分子聚合物渣土改良方案，具体如下：①粉细砂地层：采用HHZ-02型砂性土专用气泡剂，气泡发泡倍率10～15倍，气泡注入率20％～40％（与渣土的体积比）；建议每环用量为30~40升。②中粗砂地层：采用HHZ-02型砂性土专用气泡剂，气泡发泡倍率15～20倍，气泡注入率20％～40％（与渣土的体积比）；每环用量为30~40升。该地层易发生喷涌问题，使用HHZ-A型防治“喷涌”的聚合物材料，每环约使用200千克。同时配合使用膨润土每环使用膨水比1：10（膨润土与水的质量比）的膨润土浆1~3m3，膨润土的用量为100~300公斤每环。

（3）加强管片的背后注浆控制由于砂土的渗透性较好，含水量大，实际注浆量应大于理论计算量，以保证注浆质量。选用砂浆初凝时间快，早期强度高的硬性浆液，加快管片周围土体的固结，避免地面沉降超限，同时因地含水量大，在浆液里适当加入膨润土20kg/m3），起到止水作用。根据地面监测数据，及时采用管片背后二次补浆。

参考西安地铁试验段和南京地铁盾构砂层掘进中注浆参数，初步确定该标段砂层掘进注浆参数：注浆压力：0.25～0.35MPa；注浆量：3.8～4.3m3（理论空隙的160%～180%）；浆液的凝结时间：3～5h。

（4）控制好盾构机的姿态盾构区间洞身主要为中砂、粗砂、黄土状土以及粉质粘土，局部含有粉细砂层，在这些地层中掘进时，盾构机体可能会出现上抬、下俯或左右偏斜，因此，掘进时要特别注意对盾构机姿态的控制，防止盾构机发生偏移，并做到及时纠偏。

（5）加强对出土量的计量。及时掌握开挖面的地质情况和出土量，防止超挖造成地表塌陷。根据类似地层掘进经验，出土量控制在58～62m3（松散系数1.3～1.4）（三斗零一格）。

（6）加强监测工作，及时反馈监测信息加强地面的沉降、洞内的管片上浮、旋转、收敛等监测，及时根据监测数据调整相应掘进参数，以保证盾构掘进施工安全及成型隧道质量。

2.2.3针对刀盘、刀具磨损严重，难保证长距离连续施工的风险主要采用的措施。

（1）在盾构机设计过程中，充分考虑到区间地层的特点及掘进距离，在刀盘的正面区加焊了大量的耐磨材料，在刀盘、刀具的材质选择上，充分考虑了其磨耗率，选择了材质较好、磨耗率低的65锰钢作为刀盘、刀具的主要材料，刀具的刀刃选择了合金材质。（2）在掘进过程中，根据土仓内的温度，适时的向土仓内加入泡沫来降低刀盘、刀具的温度，以减小磨损。

参考文献：

[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]陈馈，洪开荣,吴学松.盾构施工技术[M].北京：人民交通出版社，2009.