浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术

浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术

王铎

佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山528000

摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。它的原理是控制其排土量和开挖量均衡即可使开挖面的地层一直保持稳定。着重剖析土压平衡盾构穿越不良地质作业技术在作业中遇到的很多突出性问题，尤其是盾构隧道施工中遇到的问题，并且有针对性地对工程的难点提出了一些建设性的应对措施。

关键词：土压平衡盾构；施工技术；轨道交通

土压平衡盾构法作业在国际以及我国轨道交通盾构区间修建中得到了大量应用，盾构法施工在工序上相对简单明了，更容易实施，并且作业时间相对较短，作业人员的安全等更容易在控制范围之内。同时，盾构施工还具有以下方面的优点：地下作业、比较隐蔽，不会因为噪音和震动而影响环境；自动化程度颇高、低劳动强度等等。

虽然这种作业技术已经慢慢地变得成熟，但是仍然有诸多问题值得我们去探讨，去解决。

一、盾体机身出现滚动现象

盾构机身的滚动大多数是因为刀盘切削开挖面土体产生的扭矩比盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩大而形成的。在两个地层分界面开挖掘进时，由于岩性差别太大而且岩层稳定性较好，此时扭矩较大，而盾构机壳体与洞壁之间只有部分地方产生了摩擦力，当摩擦力矩与刀盘切削土体产生的扭矩不能互相平衡时将会引起机身的滚动，过大的滚动就会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏移。大多数情况下，当滚动偏差超过0.5时，我们就应该采用以下方法进行补救.。

（1）加入泡沫；

（2）补充浆液，保证足够桨液量，活性浆液应用等等方法以加大盾构周边的摩擦力；

（3）变化刀盘旋转的方向，把推进速度慢下来；

二、泥饼现象

盾构机穿越粘土层时，刀盘面需要始终保持较高的压力，温度一般会变得很高，尤其是粘性土在高温和高压作用下，易压实形成泥饼，特别是刀盘的中心部位。一旦产生泥饼，掘进的速度下降，刀盘扭矩升高，拉低作业效率，严重影响施工。所以建议采取以下举措应对：

（1）在作业之前把刀盘上的部分滚刀换用刮刀，增加了刀盘的开口率；

（2）加注泡沫，降低碴士的黏附性；

（3）刀盘背面和土仓压力隔板上加置搅拌棒，提升强搅拌强度和增大范围，向土仓中加注泡沫，改善渣土和易性；

（4）往螺旋输送机内注入泡沫，加大碴土的流动性；

（5）在2/3仓土处增加气压；

（6）一旦泥饼产生后，使刀盘空转，在离心力的作用下，泥饼自然就会脱落，在保证开挖面稳定的情况下，可进行人工人为的清除掉；

三、管片上浮现象

盾构机在作业的过程中，有一种情况较常见：隧道管片发生错位，大部分原因为上浮的管片，管片上浮又受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等因素的影响。一旦管片脱出至盾尾后，由于盾构作业途中形成的蛇形运动、超挖以及理论间隙，管片与地层间就会形成-环形建筑空间，而空间大多采用衬背注浆工艺填充解决，注浆量不够或者是注浆压力不足，就会导致衬背浆液不密实，特别是隧道顶部，从而导致管片上浮。盾构机在含水地层作业时，盾构机作业形成的环形建筑空间充满水，隧道管片全被包围，在盾构作业时形成“圆形坑道”，当管片所受到的浮力比管片本身重时，管片本身就会上浮。建议按以下操作来解决如上问题。

（1）选择充填性好的浆液比如注入双液浆，初凝时间与早期强度，限定范围防止流失；

（2）浆液配比实行动态监管模式，地质情况，水文情况，隧道埋深情况等不同而相应地调整，从而防控地表的下沉和保证管片的稳定；

四、螺旋输送机喷涌现象

基岩裂隙水丰富时，隔水层厚度不一致日常缺失。这样的地层中，如果盾构机非连续作业或作业空档，以及同步注浆不密实所形成的流水通道，水压很大，土质欠优，进入土仓的渣土缺乏很好的塑性（这种粘土一般矿物质含量不多，密水性不好），从而承压水与没有塑性的渣土就容易形成螺旋输送器喷涌，建议以以下方法去解决。

（1）隧道开始下坡并已经到达硬岩富含水地层中时，这时可以砸断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系。管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就会更大，这就需要同步注浆效果必须达到完全封闭衬翻空隙并阻水，避兔土仓与管片背后形成水力通道；

（2）把进尺出土量控制下来，从而盾构机就能很好地通过；

（3）盾构机没有作业时，土仓内压力与外界水土压力一致，继续保持压力平衡。在螺旋机第二次排土之前，应用刀盘把土仓内的水和土充分拌匀，使其具有良好的密水性，从而规避喷涌。

五、盾尾漏浆现象

造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是因为盾尾刷作业磨损；二为盾尾与管片两者间隙不均匀；三是因为衬背注浆的压力很高.建议采取如下措施。

（1）作业前对盾尾密封系统进行一次全面检查与维护，更换掉已存在磨损的密封刷；

（2）在管片拼装前清理干净盾壳内的杂物，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力；

（3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制盾构机的姿态和管片姿态，保持间隙均匀；

（4）进行管片壁后注浆，压浆部位为5-8环，并应严格控制注浆压力。发现盾构漏浆较严重时，应使用双液浆。

六、注浆管堵塞问题

注浆管堵塞主要原因为水泥浆液拌料时间未控制好，最后注浆过程的时间太长，导致浆液凝固而易沉淀附着在注浆管内壁，从而堵掉管道，只有缩短从拌料到注浆的时间，才能从根本上解决注浆管堵塞问题.。

（1）铺设浆液运输管路的时候，如果管路不造成浆液流速缓慢就不会沉淀.地面储料罐至井下浆液车中途下料要采用大口径输送管放浆，把放浆时间控制好，同时拉近浆管口与浆液车底部的距离，一打开匝门，即可依靠浆液自重放浆；

（2）紧凑安排工序，以压缩浆液在隧道内的运输时间.在洞口和砂浆车位置安装电源插座，专门用于砂浆车搅拌电机，从而保证砂浆车搅拌器正常高效作业，这就很好地避免了因作业间歇时间太长而引起浆液离析；

（3）砂浆车向盾构机储浆罐泵注浆时，把出浆管高度稍微拉低，同时开启搅拌机搅拌浆液；

（4）在不影响其他管路及运作空间的前提下，适当改善同步注浆管路，减少弯头，增大管径，避免浆液在管路中沉积堵塞；

（5）保证盾构机及后配套设备的正常连续运行，避免盾构机在推进过程中人为的停机造成同步注浆工序中断而浆液凝固堵塞；

七、地表沉降问题

当土仓内的压力和外界水土压力不平衡时，盾构刀盘面前方的土层很容易坍塌掉，从而引起地表的下沉。管片脱出盾尾后，管片与地层间存在空间，在软岩地层中如果没及时地进行同步注浆填充，有可能会产生变形引起地表下沉。建议措施如下。

（1）维持土仓内压力平衡，随时监控调变预设压力。在停机时也应保持土仓内压力与外界水压力平衡，螺旋机第二次排土前，刀盘应把土仓内的水和土进行充分搅拌，使土仓内土体具有良好的密水性，避免喷涌破坏土压平衡；

（2）在盾构机作业过程中保证注浆量和注浆压力，实际的注浆量应达到理论空隙量的151%-200%，如果有必要，还要进行二次注浆，盾尾注浆孔口的注浆压力必须大于隧道埋深处的水土的压力；

结束语

总之，从现今国际以及中国各大城市来看，特别是在我国大力发展基础设施时期，随着地铁建设线路的延伸，各类更新更复杂的问题将会不断涌现，“路漫漫其修远兮”，将继续努力，不断探索与实践。

参考文献：

[1]曹应，张以华.浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术的问题与思考[J].四川水泥，2015（3）：261-261.

[2]甘一，朱而辉.分析土压平衡盾构穿越不良地质施工技术的问题及解决对策[J].建筑工程技术与设计，2017（11）：3307-3307.