土压平衡盾构脱困技术的探讨

【摘 要】土压平衡盾构在通过硬岩层的过程中很容易出现卡死现象，由于在盾构领域内经验的不足，应对盾体卡死盾构停止不前等情况，不能及时的分析出盾构卡死的具体原因和关键问题，在很大程度上造成工程进度的延误，因此应该对盾构被困时的解决方法进行研究与分析，基于此，本文结合具体的施工实例和相关经验对盾构掘进时所遇到的各种问题进行了探讨。

【关键词】土压平衡盾构；盾构卡机；脱困技术；爆破施工；注浆

目前来说，盾构是国际上最有代表性的隧道施工机械，其强大的机械推动力与剪切力将绞碎岩石，为隧道的打洞、出渣、灌浆、衬砌等工序的平行作业提供基础，使得隧道建设时一次成洞。由于在我国对盾构的研究不是很深入，许多盾构施工过程存在问题，如卡机问题的频繁发生将严重影响工程的施工。在本文中，以A市地铁2号线的土压平衡盾构施工为例，彻底研究了盾构施工过程中的卡机原因，详尽的叙述了利用爆破方式如何解决盾构卡机问题

1、工程概况

在某市地铁2号线的2期土压平衡盾构施工右线工程中，工程采用18号盾构机掘进，在掘进至633环（YDK45+496，836）后，发现所用推力变大而刀盘扭矩减小，技师停止了掘进（见图1）。次日换装刀具后继续对634环掘进，在掘进时发现掘进异常，发现所用推力变大而刀盘扭矩减小，且盾尾铰接失控，经过开仓检查发现切口环部位和周围岩层贴合过于紧密，经过研究认为是盾构盾体被周围岩层卡死。盾构被岩层卡死历程是633环YDK45+496，836。在该处隧道深度为13.5m，左右线间距离为16.8m。在地质探测过程测得，在洞内内侧断面为中风化砂岩，呈现灰白色，中小颗粒，主要成分为石英、云母、长石等构成，砂岩的抗压度为43～45MPa，周围岩层强度较大。而在施工点地面以下2.3m为强风化带，岩层结构软，岩芯完整，呈现短柱状；强风化带下则为中风化带，在该分层岩层较硬，岩芯保存完整，厚度大约为20m。

2、盾构脱困施工方案

盾体被岩石卡死后，使得设备无法进行换装刀具，于是技师采用强行脱困方案（即在盾尾安装外力小油缸以增加推力）进行脱困，运行该方案三天后，盾尾铰链断裂，一共向前掘进1500mm，在推进过程中推进速度极慢，盾尾铰链拉断后，工程施工进一步受阻。为了尽快能恢复施工，施工方采用了爆破方式进行盾体的脱困。施工结束后对盾体卡死时使用外力推进的方式进行分析，认为在盾体卡死后应该适当使用外力推进，而不是一味的依赖外力推进，在推进无效时，不应该强制推进，而应该使用爆破破除盾体周围岩层的方法使盾构脱困。

2.1爆破技术的具体施工办法

根据地质条件，由于此次爆破点为风化砂岩层，一般抗压强度在42～44MPa，工程的工作空间狭小，因此爆破不能一次进行，而应该分为三个阶段来施工：（1）开挖工程洞。在开挖刀具前部爆破一个工作洞。（2）盾体周围岩石层开挖阶段。清除盾构前方岩石。（3）盾尾岩体开挖阶段。由于爆破施工已快完结，因此只对盾构上方900mm的岩层进行爆破。

2.2盾体周围的爆破施工

利用盾体已开挖空间，对盾体上方的岩层进行小范围的爆破，为免对盾体产生损伤，应该预留防护层，一般为防护层为500mm左右，并对保护层周围采取松动爆破。盾体上方岩层具体清除方法一般为多次锲形掏槽法，槽眼深度一般为500mm，装药量360g/孔，爆破后应该使得盾体距开口位置2m，一共爆破长度大概为9m左右。

3、盾构技术改进以及注浆回填技术

3.1盾构技术改进

在开挖时盾构被卡死的主要原因是由于开挖刀具磨损而导致开挖直径变小所产生的。为了减少这种问题的反复发生，在实际施工过程中应该适当抬高刀具，并适当增加刀具长度。为了保证整个开挖线性、刀箱结构和刀具突出刀盘面板的高度，应当确认刀具最大调节度7mm。在工程施工时调节过后的开挖直径达到6330mm，隧道的实际开挖直径比盾体宽33mm，开挖土石方增加了0236m3/m。这样大大减少了开挖时盾构卡住的情形，使得工程中盾构卡死问题明显减少。

3.2采用注浆回填技术

爆理结束后，将会形成一个长约12.6m、宽约2.1m、高约2.1m的球形的空腔，当盾体脱困后，对开挖刀具进行换装，设备进行正常工作后，为了防止地面沉降以及保证施工安全，应该对空腔进行填充作业。使用砂浆进行空腔回填，而由于此次爆破范围过大故采用了管片背部预埋注浆管加同步注浆的方法进行注浆回填。

4、盾构防卡具体措施

盾构施工中被卡的主要原因是周围岩层与盾壳预留间隙过小，在盾构掘进时遇见软岩、风化带、断层岩时由于岩石挤压变形常常会产生盾构被卡现象，因此在应对不同地质环境时，我们需要采用各种不同的改进方式以避免盾构的被卡，以顺利打通不易打通岩层。（1）对于断层破碎带掘进时，如破碎带范围不大则对破碎带进行注浆预加固，如遇见范围很大的破碎带则应该绕道，然后对破碎带进行钻爆法开挖，施工结束后，直接将盾构向前推进即可。（2）应对软岩及变形地段，将盾构开挖刀具进行加长并适当开挖，使得盾体与开挖面间隙大于10cm～15cm，为盾构掘进预留足够空间，同时应该时刻注意开挖刀的磨损情况，避免边滚刀磨损幅度超出限度。

5、结语

总而言之，本文结合某市地铁3号线土压平衡盾构的施工方案对土压平衡盾构脱困技术进行了探讨。主要的措施有：（1）采用爆破法除去盾体上方围岩帮助盾构脱困；（2）在脱困后，对形成的空腔实施注浆处理措施，保证施工安全。同时提出防卡措施：（1）在硬岩条件下的施工，盾构必须要配合扩挖刀；（2）对刀盘进行定期检查。