浅谈盾构始发脱困情况分析

李贺南郝东会刘吉祥

摘要：本文通过对广州地铁知识城线施工2标左线始发中遇到的盾构机受困问题进行总结，为今后工作启示，避免发生类似的情况。

关键词：盾构；始发；脱困

1区间线路及地层概况

本区间线路出康大站后，沿着九龙大道由西北方向向东南方向前行至九龙镇镇龙敬老院西侧进入镇龙北站，线路途经汤村、广州康大职业技术学院、七星村和五福堂村，下穿广河高速。区间最小平面曲线半径为800m，线间距13～14m。线路最大纵坡26‰，区间左线总长2187.246m，右线全长2187.971m，采用盾构法施工。

区间隧道上覆地层主要有<1>填土、<4N-1>冲洪积粉质粘土、<4-2B>淤泥质土、<3-1><3-2>砂层及<5H-2>残积土等，隧顶、隧中主要通过<5H-2>残积土，局部隧顶为<3-1><3-2>砂层，隧底主要为<5H-2>残积土与<6H>花岗岩全风化层交界面。

2始发端头加固方案

始发端头采用外包素混凝土连续墙+双管旋喷桩加固方式，加固范围：横向为隧道两侧外延3m，纵向沿隧道加固长度为9m，竖向为隧道顶以上至砂层顶7.2m，隧道拱底以下进入（5H-2）层3m，旋喷桩为φ600@450，靠近车站连续墙处旋喷桩与连续墙搭接150mm，800厚C30水下素混凝土连续墙；同时设一口降水井辅助降水。

3始发节点验收

在完成端头加固，始发架、反力架安装及盾构机调试等工作后，9月1日监理部组织始发条件节点验收。与会各方进行了内外业检查、讨论后，一致认为左线盾构始发节点条件验收的各项工作基本完成，盾构始发条件验收通过。

4盾构始发受困情况

4.1掘进过程

区间左线盾构机自9月8日从-3环始发到2环时各个参数正常（推力400~600t、扭矩1100~1600Kn.m、转速1.0r/min、掘进速速20~25mm/min）。9月13日，推进正3环时（推进油缸行程至800mm时），出现参数异常（盾构机监控软件记录的掘进参数，详见：图1、图2、图3）：推力大（800t）、扭矩小（800Kn.m）、速度低（0~2mm/min），且伴随喷涌现象。后经请示后推力加到950T，情况依然没有好转。遂停机往土仓注高浓度膨润土，促使掌子面形成保护泥膜，为下一步开仓检查做好准备。

图1刀盘工作压力

图2掘进速度

图3盾构机总推力

4.2盾构机工作环境

1、盾构机所处位置：盾构机刀盘里程为ZDK60+797.70（进入素混凝土连续墙20cm），盾尾里程为ZDK60+805.280（盾尾刚脱离连续墙6cm左右）。地面场施工道路，两边是龙门吊轨道梁。

2、盾构机所处地层情况：盾构机处在加固体范围内，埋深约11米，从隧道底向上2m为<5H-2>砂质粘性土层，从2m位置往上12米范围内为<3-1>、<3-3>砂层，顶部3m为人工填土层。

5受困原因分析及处理措施

5.1第一次专家会意见

项目部在9月21日针对区间开仓作业组织了专家论证，对盾构机受困的情况给予了特别关注，提出了造成盾构机受困的一种可能，即：盾构机的有效推力不够大。原因有三个：

一是在掘进第三环的前一天晚上，在盾尾进行了双液注浆，对洞门进行了密封止水处理，注浆量：水泥50包，水玻璃300公斤；砂浆6方。这部分浆液凝固后包裹住后盾和部分中盾；

二是由于隧道轴线和盾构机的轴线不平行，使得盾构机在始发时有一定的转弯半径，增大了盾构机的阻力；

三是掘进过程中土仓压力在1.0bar以上，进一步减小了盾构机的有效推力。对此，承包单位在会后采取了如下措施：

（1）对反力架的加固，确保反力架能够承受1100T左右的推力；

（2）盾壳外加注膨润土，减小摩擦力，增加盾构机的有效推力。

5.2第二次专家会意见

9月24日，项目部特别针对盾构机的受困情况再次组织专家进行了论证。经过与会专家的分析讨论，给出了如下意见：

1、在盾构机进入C30素墙的20cm掘进过程中，对素墙有一定的挤压破坏，素墙外的泥砂在地下水压力的作用下从素墙的接缝位置涌入土仓，造成的土仓压力的升高，掘进时喷涌现象。在这种情况下常压开仓是不可能的，为此建议承包单位在旋喷桩完成之后，在旋喷桩与素墙之间的素墙接缝位置，从地面再次钻孔，高压注双液浆，对可能出现的深水通道进行封堵；同时也可以增强素墙的刚性，使刀盘对墙体形成有效的挤压，利于破岩。

2、在地面刀盘开口位置再增设1口降水井，开仓前确保降水井水位降至隧道拱底以下。开仓时先排出一定的渣土，如果土仓压力不再升高，说明双液注浆对素墙接缝止水的效果良好，方可继续出土开仓作业。在出土时可通过仓门边上的观察孔进行气体回放，确认掌子面完全稳定和气体检测合格后，根据相关管理规定，进行开仓检查工作。

5.3受困原因分析及处理措施

1、经过施工、监理、相关专家的分析，盾构机受困的主要原因归结如下：

（1）所处地层无硬岩，且刀盘进入素墙只有20cm，可排除盾构机有卡壳的可能。

（2）土仓或刀盘有结泥饼的可能。

（3）根据以往破除连续墙掘进的经验，破除连续墙时对刀盘的影响不大，可初步排除大量刀具损坏的推断，但个别刀具可能有影响。

（4）盾构机进入加固体后，未能连续推进，加固体的水泥二次固结，加之正3环开启双液注浆，浆液凝固后包裹住后盾和部分中盾，增大盾体的磨阻力。

（5）刀盘接触C30砼外包素墙，外包素墙强度过大（通常设计为C15），而墙体外侧为可压缩土层，此时刀盘抵入C30砼外包素墙，犹如触碰弹簧片，刀盘未能压入切削墙体，而是在其表面打磨。

（6）盾构机处于始发阶段，经验算的反力架承受推力在1000T以下，未能提供更大反力。

2、经过施工、监理、相关专家的分析，盾构机脱困采取措施如下：

（1）钻探摸清盾构机前方是否存在塌空。

因小斗出土作业，出土计算可能存在误差，可能造成超挖，9月16～18日对加固体内外进行钻孔（详见：图4）。共设置10个钻孔，加固体上3个，加固体外7个。加固体上的3个钻孔，没有发现空洞现象，可以判断加固体区域稳定完好。加固体外的7个探孔中，1、2、3#探孔发现空洞现象，且位置集中，都在素连续墙接缝处附近位置，其中1#孔离接缝最近。发现空洞后用水泥砂浆进行回填，回填量为25m3左右。其中1#孔注浆量为17.5m3，2#孔注浆量为7.5m3，3#空注浆量为7m3。

在回填之前，为了防止回填的砂浆对刀具和盾体周边造成固化包裹，不利于盾构机脱困将土仓内置换成满仓高浓度膨润土。

图4加固体钻孔

（2）外包素墙外设置旋喷桩。

针对素墙接缝的漏水通道，和刀盘对C30砼外包素墙未能有效压入切削墙体的问题，在素墙外侧做两排旋喷桩，主要是为了起到止水封堵和增大素墙反力的作用。旋喷桩规格为：桩径为600mm，桩与桩的咬合为150mm，第一排桩芯距素连续墙外边为250mm，桩深为从盾构机顶部6m至隧道拱底以下1m的范围（详见：图5）。

图5旋喷桩加固

（3）增设一口降水井，加大降水力度。

（4）对反力架的加固，确保反力架能够承受1100T左右的推力（详见：图6）；

图6反力架加固

6开仓作业情况

在完成以上4项工作后，由监理部组织开仓条件验收，经验收通过后，项目部在9月28日13：00开始出土降压，同时向土仓通入高压气体进行置换作业。15：00经第三方气体检测单位对置换出来的气体进行检测，含氧量达到要求，且无有害气体，按方案定的流程进仓检查作业。

开仓后，确认掌子面完好，刀盘切口位置无涌水涌砂，并在一定时间内稳定，满足换刀要求。

经工程师检查，确定15#、17#、19#刀存在刀圈崩裂情况，38#刀部分偏磨需要更换（详见：图7、图8）。

图7刀具磨损情况

图8刀盘布置图

9月29日5：00换刀完成，作业人员复紧所有刀盘螺栓，检查土仓无遗留杂物后关闭仓门。6：30正式掘进，掘进参数：推力至970T，扭矩1600-2000KNM，速度4-12mm/min。8时许第3环掘进完成。

9月29日掘拼完成2环，9月30日掘拼完成4环，10月1日掘拼完成3环，至此盾构机基本脱困。

7脱困小结

本次盾构机受困前后共历时16天，组织了两次专家论证会，并且投入了一定的人力物力，对工期造成了一定影响，本次盾构机受困、脱困经历，对今后的工作启示：

1、盾构始发作好泡沫喷嘴的保护，注泡沫，保畅通，防土仓或刀盘结泥饼。

2、刀盘穿过地下连续墙后，确保安全的情况下，对刀盘刀具作一次检查。建议破除玻璃纤维筋连续墙的背土面一层筋，尽可能减少对刀盘刀具的影响。

3、对反力架的加固，要预想到极端的情况，能贴到主体结构的，都贴上，确保反力架能够承受尽可能大的推力；

4、过加固区时，盾壳外加注膨润土，减小摩擦力，增加盾构机的有效推力。

5、外包素墙强度设在C10~C15之间，施工中合理设置接缝位置，使其真正起到阻水作用就好。

参考文献：

[1]李鹏程；盾构隧道管片受力与变形研究[J]；安徽建筑；2008年05期

[2]严长征；张庆贺；王慎堂；盾构隧道通、错缝拼装管片受力及变形比较[J]；地下空间与工程学报；2007年04期