广州地区盾构施工浅谈

摘要：盾构工法目前在广州地铁建设中应用较为广泛，技术也日趋成熟，但因复杂的地质情况及施工管理过程中的不严谨仍会出现意想不到的困难。本文结合广州地铁五号线鱼大盾构区间的施工过程中的一些经验教训，就盾构施工前期地质补勘、盾构机验收工作和在砂层、硬岩段中的掘进应注意的事项所得的一点体会。

关键词：盾构机验收、地质补勘、砂层、硬岩段、工程收尾

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

1 前言

盾构施工中的控制要点，常规来说也就是机械设备、施工管理及工作条件（地质情况、地面建筑物情况等），可以主动控制的只有机械设备和施工管理，如果这两项做不到位，工作条件中的难度会加大，如果做到位，工作条件中的难度也会减小，做到事半功倍。

2、地质补勘工作

本区间地质情况复杂，隧道所穿过的地层起伏大，围岩变化多。并且在大大区间隧道共穿越3条断裂带，冲洪积中粗砂层〈3-2〉较多，厚度变化较大，盾构掘进中全断面砂层及上软下硬段距离较长。详勘报告中钻孔间距较大且未清楚显示出地质情况，为了在掘进中对地质情况做到心中有数，在前期补勘中增加了200多个钻孔，钻孔间距最小只有5米，这样对双线2653米的隧道做到了详细了解，在日后盾构掘进确定开仓换刀位置及掌握地面沉降等发挥了较大作用，未出现开仓坍塌或没有预料的地面较大沉降情况。

3、盾构机验收

盾构机组装完成后的调试验收工作非常重要，如果在验收时发现盾构机有异常情况一定彻底解决，如果带病做业会给后面带来更大的麻烦。盾构机的验收主要有一下内容（详见图一）：

本区间盾构验收时刀盘空转扭矩就有1000KNM以上,项目部介绍在上个区间就是这样，当盾构掘进到200环进入上软下硬段时盾构机扭矩达到3000KNM以上，且经常达到最大值自动锁定，掘进速度异常慢，后经盾构机厂家及各方参建单位分析原因并仔细检查，最后发现有两个电机接反了作负功，改正后盾构机正常掘进，并顺利通过了硬岩段

3、盾构穿越砂层

广州市区水系丰富，浅部地层中砂层较多，在盾构推进过程中或多或少都会遇。由于受水动力影响，砂层的埋藏情况变化较快有时连续，有时尖灭，有时深有时浅，不易摸排清楚，给施工带来困难。砂层透水性强，稳定性差，盾构穿越后隧道周围的土体很不稳定，加之广州地区砂层段往往水力资源丰富，推进时盾尾几乎直接受水压力的作用，很容易发生盾尾漏水、漏砂等情况，存在涌水涌砂的危险，同时砂层中推进会加剧刀具的磨损。盾构在砂质土层中掘进施工时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，一般单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的土、水压力；此外，由于土体的流动性差，使在密封舱内充满砂质土体后，原有的盾构推力和刀盘扭矩常不足以维持正常推进切削的需要，密封舱内的碴土也不易于流入螺旋输送机并排出。

在穿越砂层时，可采取以下主要技术措施：

(1)采用土压平衡模式掘进，适当调高土仓压力设定值，严格控制超挖量，盾构推进以连续、快速的掘进方式为主，尽量减少停机。同时应严密监控地表沉降。

(2)控制盾构掘进时轴线的纠偏量，避免一次纠偏量过大及刀盘推力剧烈变化，保持刀盘转速均匀，减少对地层的扰动，防止砂土受扰动而液化。

(3) 确保螺旋机、盾尾、铰接的密封性能。掘进过程中严格控制铰接油缸与推进油缸的行程差，另外加强盾尾密封系统检查，及时补充注入油脂，控制同步注浆的压力，以免浆液进入盾尾，击穿盾尾密封装置，管片尽量居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过分增大，降低盾尾密封性能。

(4)进行碴良与管理，保护刀盘以及保证盾构螺旋出土机的正常出土，在推进过程中可在盾构前方及螺旋机内压注膨润土或加注泡沫剂来改善砂质土的流动性和止水性。压注膨润土浆液的同时应观察螺旋机的排土状态及正面土体的沉降状况，确保正面土体稳定。

(5)有必要时直接从地面或盾构机内对砂层进行加固处理。

4 长距离硬岩段推进

本区间有Ⅵ类围岩414m，最大抗压强度七十多MPa，且完整性较好，裂隙发育较差，盾构掘进异常困难，主要的困难在于盾构穿越硬层时会出现刀具严重磨损、掘进效率十分低下以及管片上浮等问题。硬岩段地层推进时管片脱出盾尾后上浮现象明显，下坡变坡段时尤盛。出现管片上浮的原因在于赋存于岩层中的地下水、壁后注浆浆液以及向工作面注入的改良性液体等汇集到盾尾处，这些带有一定压力的液体使脱出盾尾的管片悬浮。管片上浮带来的危害不容忽视，一方面造成隧道轴线不易控制乃至侵入限界，另一方面又会引起管片错台破损，环片之间的框形止水圈扭曲变形甚至脱出止水槽，造成接缝处漏水。

在本区间硬岩段掘进中，首先优化掘进参数，采用刀盘高转速，低扭矩模式。同时在掘进过程中要勤开仓检查，本区间硬岩段水压力不大不需要带压做业，一般掘进3～4环检查一次，有特殊情况要每环检查，以防磨损轴承甚至刀盘，掘进时采用敞开式或半气压式掘进，以便碴土尽快排入土仓，降低刀具消耗提高掘进效率低，掘进过程中，有针对性地加注泡沫以减小刀盘扭矩，消除产生盾构旋转的外力因素，通过改变刀盘旋转方向来纠正盾构旋转，防止盾构机产生自转。尽量采取措施减少管片上浮，如加大同步注浆量、改善浆液终结时间等，另外管片脱出盾尾后，隔一定间距进行二次注浆（双液浆）以及时固定管片位置。在硬岩中掘进管片或多或少都会上浮，这时也可调整盾构姿态偏下-30mm，预留上浮量以便能将隧道轴线控制在设计要求范围内。

5 工程收尾

本区间盾构贯通时间比计划提前了5个月，但附属工程联络通道、洞门及隧道堵漏安排不合理，将节省的五个月又全部浪费了，究其原因，首先是工序安排不合理，附属结构没有及时施工，而是等隧道贯通后才开始施工，占用了工程的关键工期，其次是组织不利，洞门和联络通道同时施工，互相影响，堵漏人员没有提前进场，等全部实体工程结束后才开始进行，造成最后工期不仅没有提前反而滞后了。这也反映了工程施工只重视主要工程，对附属不重视的结果。

6 结束语

作为广州地铁的一个盾构区间施工，即反映了广州盾构施工的复杂性也反映了工程施工过程中管理的重要性，广州盾构施工有其特定的地质因素，需要不断总结完善施工经验，而工程施工管理则是具有普遍性的工作，需要所有参建单位的共同努力，避免出现不应有的损失。

参考文献：《复合地层中的盾构施工技术》 中国科学技术出版社2006.4 ISBN 7-5046-4327-0

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。