1、地铁盾构施工常见问题及对策摘要：随着城市地下交通的发展，地铁隧道施工越来越多。如何选取一种安全可靠的隧道施工工法成为工程成功与否的关键，而盾构施工工法以其对周围环境影响小、成形质量高、安全可靠、施工进度快、造价低等优点，成为地铁隧道施工工法的首选。然而，地铁盾构在施工中也常常出现盾构进洞姿态突变、出洞段轴线偏离、地表沉降、管片破损、错台、同步注浆管堵塞、掘进中遇到障碍物等问题，本文对这些问题进行一一分析，并提出了解决问题的应对措施。 关键词：盾构法；轴线偏离；管片；沉降；注浆管堵塞 Abstract: with the development of the urban underground
2、traffic, underground tunnel construction more and more. How to select a safe tunnel construction methods become the key to the success of projects, and shield construction technique with little impact on the environment, high forming quality, safe and reliable, fast construction, low cost advantages
3、, become the first selection of metro tunnel construction methods. However, metro shield also often appear in the construction shield posture mutation into the holes, the hole axis deviation, surface subsidence, segment breakage, wrong table, synchronous grouting pipe jam, tunneling encounter obstac
4、les and other issues, this paper on these issues one by one analysis, and puts forward the countermeasures to solve the problem. Key words: shield method; Axis deviation; The segment; Settlement; Grouting pipe blockage 中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 一、盾构进洞时姿态突变 盾构进洞后，最后几环管片往往与前几环管片存在明显的高
5、差，影响了隧道的有效净尺寸。 （一）问题分析 1、盾构进洞时，由于接收基座中心夹角轴线与推进轴线不一致，盾构姿态产生突变，盾尾使在其内的圆环管片位置产生相应的变化； 2、最后两环管片在脱出盾尾后，与周围土体间的空隙由于洞口处无法及时地填充，在重力的作用下产生沉降。 （二）预防措施 1、盾构接收基座要设计合理，使盾构下落的距离不超过盾尾与管片的建筑空隙； 2、将进洞段的最后一段管片，在上半圈的部位用槽钢相互连结，增加隧道刚度； 3、在最后几环管片拼装时，注意对管片的拼装螺栓及时复紧， 提高抗变形的能力； 4、进洞前调整好盾构姿态，使盾构标高略高于接收基座标高。 二、盾构出洞段轴线偏离 盾构出洞推
6、进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线较大，待推进一段距离后盾构推进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。 （一）问题分析 1、洞口土体加固强度太高，使盾构推进的推力提高。而盾构刚出洞时，开始几环的后盾管片是开口环，上部后盾支撑还未安装好，千斤顶无法使用，推力集中在下部，使盾构产生一个向上的力矩，盾构姿态产生向上的趋势。 2、盾构正面平衡压力设定过高导致引起盾构正面土体拱起变形，引起盾构轴线上浮。 3、未及时安装上部的后盾支撑，使上半部分的千斤顶无法使用，将导致盾构沿着向上的趋势偏离轴线。 4、在盾构进出洞过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。盾构基座发生变形主要室内由于：盾构基座
7、的中心夹角轴线与隧道设计轴线不平行，盾构在基座上纠偏产生了过大的侧向力；盾构基座的整体刚度、稳定性不够，或局部构件的强度不足；盾构姿态控制不好，盾构推进轴线与基座轴线产生较大夹角，致使盾构基座受力不均匀；对盾构基座的固定方式考虑不周，固定不牢靠。 （二）预防措施 1、正确设计出洞口土体加固方案，设计合理的加固方法和加固强度。施工中正确把握加固质量，保证加固土体的强度均匀，防止产生局部的硬块、障碍物等； 2、施工过程中正确地设定盾构正面平衡土压，平衡压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快，盾构机在加固区推进时，为改善刀盘受力情况，需要通过设置在刀盘上的加泥孔，向前方土体加膨润土或者水进行土体
8、改良。待盾构出加固区时，为防止由于正面土质变化而造成盾构姿态突变,必须按工况条件及时调整平衡压力的值。施工过程中根据地层变形量等信息反馈对平衡压力设定值、推进速度、出土量等施工参数作及时调整。 3、及时安装上部后盾支撑，改变推力的分布状况，有利盾构推进轴线的控制，防止盾构上浮现象； 4、盾构基座形成时中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处；基座框架结构的强度和刚度能克服出洞段穿越加固土体所产生的推力；合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；盾构基座的底面与始发井的底板之
9、间要垫平垫实，保证接触面积满足要求 三、地表沉降 地表沉降一般容易出现在软土或沙层地质。如果地表是交通道路，因地表的沉降会引起交通中断，如果地面为建筑物则会引起建筑物的不均匀沉降，其危害性将会更大。同时地下管线较多的还会对管线造成一定程度的影响。盾构推进引起的地面沉降可分为初期沉降、开挖面沉降、尾部沉降、尾部空隙沉降、长期延续沉降等五个阶段。 地表沉降纵向分布图 （一）问题分析 （二）对策 1、掘进参数优化 盾构掘进主要由十个参数控制，即土仓压力、千斤顶顶力及分布、推进速度、盾构坡度、纠偏方向与纠偏量、浆液配式、数量、压力等。掘进过程中，必须视隧道上覆土厚度、地质条件、地面荷载、设计坡度及转弯
10、半径、轴线偏差情况及盾构现状姿态、地表监测情况等，进行合理设定。 （1）土仓压力 以土压平衡式盾构来讲，土仓压力应随隧道上覆土厚度的变化而变化，但如单凭理论土压来设定前仓压力显然是不合适的。另外，因土层的复杂性，如地面超载作用力的大小及建筑物基础结构的不确定性，造成了土压力设定值 P 的计算结果不可能十分准确。再则，盾构机内部的土压传感器存在系统误差，所以在掘进中有必要将土压力设定值进行调整。根据实际施工经验，盾构机刀盘前方 1.5D+H（D 为盾构机外径，H 为盾构中心至地面高度)范围内地面的沉降情况与土压力设定值密切相关，所以盾构前方地面沉降监测结果可直接反映土压力设定值与自然土压力的吻合
11、程度。在实际的施工中，应将盾构机前的地面沉降量在沉降(隆起02mm)，当盾构机通过重要建筑物或管线等沉降要求严格地段，应该控制盾构机刀盘前方的土体隆起 02mm，有利于沉降的控制。 （2）掘进速度 掘进速度的设定是控制土压的主要手段。当在无结构物下面正常推进，速度可控制在 2040mm/min 之间。盾构纠偏时，应取较小速度。同样，不同的地质条件，推进速度亦应不同。根据螺旋输送机转速(相应极限值)控制最高掘进速度。考虑盾构机设计掘进速度、地质状况、并参考以往盾构施工经验，盾构通过重要建筑物等的掘进速度应控制在1020mm/min，相对正常条件下掘进速度减缓不少，确保盾构比较匀速地穿越建筑物，同
12、时保证刀盘对土体进行充分切割，以减少开挖扰动。 （3）出土量控制 盾构排土量多少直接影响到盾构开挖面稳定盾构正面土压力，控制排土量是控制地表变形的重要措施。它以土压力为控制目标，通过实测土压力值 Pi 与设定的推进压力 Po 相比较，依此压力差进行相应的排土管理，其控制流程如下。 土压力控制流程 在主动破坏和被动破坏限界之间的开挖面稳定区间内，压力差和排土量大致成比例关系。盾构掘进每环的理论排土量为: 出土量应控制在理论值的 95%左右，即 V=38m3/环（实方） ，保证盾构前方土体能微量隆起，以减小土体的后期沉降量。 （4）同步注浆 及时同步注浆以及二次补浆。同步注浆是盾构隧道施工加固土体
13、、减少土体沉降的重要辅助工法根据地层特点，选择合适的注浆材料、浆液配合比和恰当的注浆方法、工艺是保证注浆效果的关键。不同地层需要不同的注浆材料、配合比和工艺，例如砂土层孔隙率较大，土的渗透系数较大，在相同的注浆压力下，较其他地层的扩散范围大；而粘性土渗透系数较小，需要的注浆压力则较大。另外，注浆材料不同，其适应性也不同，如水泥加膨润土与水泥加水玻璃适应于不同的工程地质条件。在注浆材料中加入其他有机高分子材料，可获得不同效果，如缓凝剂可减缓浆液的凝固等。浆液的配合比不同，其理化性能也不同，可根据需要进行合理选择。注浆工艺对注浆效果也有很大影响同时，注浆工艺又受到施工场地、环境等条件的制约，应根据
14、场地条件选择适宜的注浆工艺，以确保注浆效果。在这里特别提示一下注浆量的确定方法。 盾构推进的理论建筑总孔隙 GP: 式中 L 为环宽，R 为盾构外半径，r 为管片外半径。 理论上讲，浆液只须 100%充填建筑总空隙即口丁。以小松盾构机（TM625PMX）为例，它的外壳开挖面的最大直径为 6.25m，管片外侧最大直径为 6m，管片长度为 1.2m,盾构机推进一环的空隙量为 2.88m3，施工过程中，在不超挖前提下，注入率选用 120%150%，即注入量在 3.5 m34.3 m3 之间。在盾构推进时同步注浆的浆液填补建筑空隙后，还存在地面沉降的隐患，可根据实际情况，相应增大同步注浆的压浆量。如监
15、测数据证实地面沉降接近或达到报警值时，用壁后补注浆或者地面跟踪注浆进行补救。 2、地表沉降监测 在实际施工中根据以往经验和地质情况，对地表沉降进行监测，并根据监测结果进行管理。在隧道中线上及两侧范围内布设测点进行水准测量，并将其结果尽快反馈应用到后续施工管理中，根据实际地表沉降情况采取相应对策，这是至关重要的，在盾构施工过程中地表监测对控制地表沉降有着指导性意义。 3、预前加固 四、同步注浆时注浆管阻塞 （一）问题分析 1、同步注浆的速度与压力应与盾构机的掘进速度相匹配 2、注浆管没有及时清洗 3、长时间没有注浆 （二）预控措施 1、同步注浆的速度与压力应与盾构机的掘进速度相匹配，压力过低不能
16、保证注浆质量，压力过高容易导致注浆管路堵塞。 2、注浆管路的清洗 （1）注浆管路的清洗是根据砂浆配比凝固时间、停机时间和注浆管路情况而定。如果砂浆凝固时间快，则需每环清洗一次，最少每天清洗一次。 （2）在注浆过程中，如感觉那路注浆压力高，且注入量少，则有可能是管路堵塞，应立即停机清洗。 （3）若砂浆配好后长时间不用应停止继续使用；停机时间不是太长时可以间隔注几下，停机时间长时一定要清洗注浆管路。 五、管片错台 （一）问题分析 管片错台是拼装好的管片同一环各片，或者是管片与管片之间的内弧面不平整。管片的错台，一般是由于受力不均匀造成的，当某点的集中荷载超过了承载极限后，必然会导致管片的相对位移。
17、 1、管片选型不当，管片拼装的中心与盾构机中心不同心，管片与盾尾相碰，为了安装管片，人为将管片径向偏移，造成错台。 2、管片安装时，在盾尾残留的渣土未清理干净，尤其是底部，有时是盾尾漏泥沙，清理困难，在此位置的某片管片很难就位，甚至螺栓难以插入，造成错台。或由于采用人工操作机械安装，安装时不按照规范要求，未调整好管片内环面平整度，引起错台。管片安装完毕后，未采用保圆装置，以及管片螺栓未按照要求复紧造成错台。 3、注浆压力过大引起的错台。在掘进过程中，当围岩状况或隧道轴线曲率发生改变时，如果注浆和压力条件不及时调整，当注浆量过大，压力过高时将引起管片错台。 4、盾构机姿态控制不当，或者由于其它原
18、因姿态不利控制时候，引起盾构机姿态大幅度调整。管片脱离管片时，受到盾构机壳体的挤压力而造成管片错台。有时错台甚至会延续多环。 施工完成后管片的错台管片上浮或隧道围岩条件发生变化也会造成管片错台。 （二）对策 1、优化线路曲线设计，尽量避免小直径的曲线段。根据设计线路确定管片，对于曲线半径较小的，可以采用较小宽度的管片。 2、合理配置各种类型的管片，转弯管片的比例必需达到实际施工的需求，严格控制管片螺栓的质量。 3、在施工过程中，依据实际施工情况，根据不同类型的管片设计参数，选择合理类型的管片，保证管片轴心与盾构机轴心一致.施工时主要以千斤顶形程差，和盾尾间隙等为依据。 4、严格注浆管理，根据不同地层，调整不同的注浆方式，控制注浆压力。 5、不应对盾构机姿态过急的调整。 六、砂卵地层大漂石的处理 （一）原因分析 砂卵地层常常存在很多不易被钻探发现的大粒径漂石，这些大粒径漂石给盾构施工造成极大困难。对施工和设备的影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏；刀盘堵塞，盾构机负载加大等，更有甚者是大漂石无法破碎，致使盾构
