舒 璐/SHU Lu

（中鐵隧道集團專用設備中心，河南 洛陽 471000）

近年來，隨著城市建設的快速發(fā)展，土壓平衡盾構在城市地鐵隧道建設中的應用范圍越來越廣。而且隨著施工范圍擴大，所遇到地層的復雜程度不斷增加。本文通過無錫地鐵1號線江海路站至無錫火車站盾構區(qū)間前期施工情況，總結了土壓平衡盾構在無錫典型地質條件下，遇到硬塑粉質粘土地層的掘進技術，為類似地層的施工提供參考。

1 工程和地質概況

1.1 工程概況

本工程位于無錫市北塘區(qū)、崇安區(qū)，線路大致呈“S”形南北走向，沿線地面多為廠區(qū)、民房建筑，多次下穿河流、橋梁、樓房樁基、錫滬西路、地下通道等建（構）筑物。隧道沿線地面以下管線密布、錯綜復雜，有雨水管線、污水管線、上水管線、燃氣管線、電信管線、電力管線等多種管線，埋置深度深淺不一。區(qū)間左線1 308.878m、區(qū)間右線1 296.115m，最小轉彎半徑為350m，隧道縱坡呈“V”型，最大縱坡為24.4‰，最小縱坡為4.0‰。

盾構隧道采用裝配式鋼筋混凝土管片襯砌，管片外徑6 200mm，內徑5 500mm，厚350mm，環(huán)寬1.2m，為“3+2+1”型（3塊標準塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊），拼裝時采用錯縫拼裝、彎曲螺栓連接。

本工程采用1臺土壓平衡盾構，開挖直徑為6 390mm，面板式刀盤，刀盤驅動功率660k W，額定扭矩5 400k Nm。

1.2 地質概況

隧道斷面穿越土層大部分為粉質粘土、粘土層，部分斷面上部位于粉土夾粉質粘土層(圖1)。其中(6)1-1粉質粘土層：暗綠～灰黃色，可塑(局部硬塑)，含鐵錳結核。切面有光澤，干強度及韌性高，無搖震反應。地層特性為：含水率26.59%，天然密度1.98g/cm3，孔隙比0.75，滲透系數(shù)3.09E-06cm/s,承載力160k Pa。(6)1粘土層：灰黃色，硬塑(局部可塑)，含鐵錳結核。切面有光澤，干強度及韌性高，無搖震反應。地層特性為：含水率24.57%，天然密度1.99g/cm3，孔隙比0.71，滲透系數(shù)3.61E-06cm/s,承載力200k Pa。上述2種地層沿線均有分布，約占區(qū)間地層分布的78%。

圖1 區(qū)間地質縱剖面圖

2 土壓平衡盾構在(6)1和(6)1-1粘土中掘進

2.1 施工前對設備進行改造

在盾構始發(fā)前，對區(qū)間地質情況進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)(6)1粘土(圖2)和(6)1-1粘土具有硬度高，粘性大，可滲透性差等特點，針對這些特性，對盾構進行了以下改造。

圖2 (6)1粘土

1）增加一臺驅動電機，刀盤驅動功率由原來的550k W增加至660k W。刀盤額定扭矩由原來的4 600k Nm增加至5 400k Nm，以便設備能夠滿足粘土地層帶來的扭矩負荷。

2）將刀盤上的主動攪拌棒由原來的4根增加至5根，土倉內被動攪拌棒由原來的4跟增加至8根，被動攪拌棒主要增加在主軸承附近。通過攪拌棒的增加，減少刀盤背面結泥餅的概率和加大對土倉內渣土的攪拌。

2.2 盾構掘進施工

2.2.1 掘進參數(shù)

刀盤轉速rpm 1.1～1.15

刀盤扭矩k Nm 3 500～4 500

掘進速度mm/m in 15～25

螺旋輸送機壓力bar 100～150

泡沫劑比例% 3～5

注漿壓力bar 3.5～4.5

注漿量m33.3～3.5

2.2.2 曲線段盾構掘進

盾構由江海路站進行始發(fā)，盾構在始發(fā)階段就處于半徑350m的曲線上，盾構在小半徑曲線上始發(fā)和接收對于盾構與設計軸線的擬合控制、盾構的姿態(tài)控制、防止超欠挖控制、防止洞門漏水、防止始發(fā)基座和反力架位移變形都提出了很高的技術要求。采用曲線割線始發(fā)技術，控制盾構軸線偏差在規(guī)范允許范圍內的直線始發(fā)線路掘進，來規(guī)避盾構在小半徑曲線上的各種施工風險；曲線段盾構施工時，盾構推進操作控制方式是把液壓推進油缸進行分區(qū)操作，使盾構按照預期的方向進行調向，另外盾構本身配置的鉸接形式更利于盾構姿態(tài)的調整，在曲線段推進時需注意以下幾點：①在始發(fā)階段，將盾構姿態(tài)按照要求安裝在始發(fā)基座上，姿態(tài)符合割線始發(fā)要求；②根據(jù)每環(huán)管片的盾尾間隙、推進油缸行程差、鉸接油缸位移情況以及當前盾構姿態(tài)與隧道軸線的關系等來確定合適的管片的型號，選擇盾構推進油缸分區(qū)的推力分布；③為防止管片外斜，必須保證背襯同步注漿的效果，使盾構千斤頂?shù)钠耐屏τ行У匕l(fā)揮作用。確保曲線推進效果，較少管片的損壞和變形；④密切注意盾尾以及盾體鉸接位置是否出現(xiàn)泄漏，發(fā)現(xiàn)泄漏情況及時加注油脂；⑤加強工序銜接，避免長時間的停機。

2.2.3 姿態(tài)調整與糾偏

由于各種原因，盾構推進方向可能會偏離設計軸線并超過管理警戒值；在穩(wěn)定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產生盾體滾動偏差；在線路變坡段或急彎段掘進，有可能產生較大的偏差。因此應及時調整盾構姿態(tài)、糾正偏差。

1）姿態(tài)調整 分區(qū)操作推進油缸來調整盾構姿態(tài)，糾正偏差，將盾構的方向控制調整到符合要求的范圍內。

2）滾動糾偏 允許滾動偏差≤1.5°，當超過1.5°時，盾構報警，提示操縱者必須切換刀盤旋轉方向，進行反轉糾偏。

3）豎直方向糾偏 控制盾構方向的主要因素是千斤頂?shù)膯蝹韧屏Γ敹軜嫵霈F(xiàn)下俯時，可加大下側千斤頂?shù)耐屏Γ敹軜嫵霈F(xiàn)上仰時，可加大上側千斤頂?shù)耐屏磉M行糾偏。

4）水平方向糾偏 與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時應加大左側千斤頂?shù)耐七M壓力，右偏時則應加大右側千斤頂?shù)耐七M壓力。

5）方向控制時注意措施 ①合理控制區(qū)域油壓。盾構的軸線控制是盾構施工中的一個重要環(huán)節(jié)，盾構依靠千斤頂?shù)耐屏ο蚯巴七M。為便于軸線控制，將千斤頂設置分成不同區(qū)域，推進時通過調整各區(qū)域油壓，實現(xiàn)盾構沿設計軸線方向推進。在切口平衡壓力正確設定的前提下，嚴格控制各區(qū)域油壓，同時控制千斤頂?shù)男谐蹋侠砑m偏，做到勤糾，減小單次糾偏量。②正面平衡壓力控制。由于地質條件、地面附加載荷等諸多因素不同的制約，將導致刀盤前方土壓力有所差異，為此需及時調整和管理。③均衡施工。盾構推進應盡可能做到連續(xù)性，減少不必要的停機，以防止盾構下沉。④勤糾偏。修正及糾偏時應緩慢進行，控制糾偏過度，糾偏量控制在5mm/環(huán)之內，如修正過程過急，蛇行反而更加明顯。在曲線推進的情況下，應使盾構當前所在位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。

2.2.4 渣土改良

由于(6)1、(6)1-1粘土的特性，使得盾構在掘進過程中，必須做好渣土改良工作，才能更好地實現(xiàn)推進。針對(6)1、(6)1-1粘土渣土改良的主要手段是添加泡沫和水，泡沫的原液添加比例是3%～5%，，注入流量在400～500L/m in，但在掘進過程中不能長時間的添加泡沫，長時間的添加泡沫可以有效地降低刀盤扭矩，當會造成渣土在皮帶上打滑的現(xiàn)象出現(xiàn)，需要同時添加部分的水，通過膨潤土注入孔，水的添加量一般為2～3m3/h。

2.2.5 掘進中遇到的問題及應對措施

1）刀盤扭矩大 在施工過程中，由于(6)1、(6)1-1粘土硬度高，且粘性大，造成刀盤扭矩接近額定值5 400k Nm，此時的掘進速度僅為20～25mm/m in，為降低刀盤負荷，采用以下措施進行渣土改良，降低刀盤扭矩：往土倉內添加適量的泡沫和水，可以將刀盤扭矩降低至4 000k Nm左右。

2）渣土在輸送帶上打滑 由于渣土硬度較高，在通過螺旋輸送機的過程中，不能輕易地將渣土排除，造成渣土在螺旋輸送機內嚴重擠壓，渣土在螺旋輸送機出口處掉落時，呈大塊裝，且因在土倉內添加的泡沫和水不能完全滲透到渣土中，僅能夠在渣土表面滲透，造成渣土表面濕滑，輸送帶本身在前端就處于上坡狀態(tài)，造成渣土在皮帶上打滑的現(xiàn)象。采取以下措施進行改進：首先是在螺旋輸送機閘門下方焊接網(wǎng)格狀的鋼筋，間距約200mm，讓掉落的渣土強制行變?。黄浯握{整泡沫和水的注入比例，以加水改良為主，泡沫改良為輔；最后將輸送帶前端位置進行改造，向上抬高100mm，減小輸送帶的坡度。

3）螺旋輸送機堵塞 由于渣土的可滲透性不高，造成渣土改良效果不理想，導致渣土在螺旋輸送機內部不能被輕易地排出。螺機壓力和扭矩上升非常快，當出現(xiàn)螺旋輸送機堵塞情況時，首先通過對螺旋輸送機內部添加泡沫和水，使內部的渣土變軟，同時要注意觀察土倉的壓力變化，因為有可能會出添加的泡沫和水進入土倉的現(xiàn)象。在將土逐漸泡軟的過程中，不間斷地進行螺旋輸送機的伸縮和正反轉，直至將其疏通。為避免螺旋輸送機出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，要求盾構操作手在掘進過程中必須密切觀察螺旋輸送機的壓力變化，當出現(xiàn)壓力上升加快時，可停止推進，進行疏通，至扭矩和壓力降低方可繼續(xù)推進。

3 結 語

通過江錫區(qū)間前期的施工，得出以下幾點經驗：①在(6)1、(6)1-1粘土中掘進，合理的掘進參數(shù)設置和良好的渣土改良狀態(tài)是施工順利進行的有力保證；②在曲線段掘進，必須合理地選擇管片類型，一方面要符合隧道設計軸線，另一方面要符合盾構的姿態(tài)，避免管片與盾尾發(fā)生干擾；③在特殊地層下曲線段施工，盾構存在超挖現(xiàn)象，為避免地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，必要選擇合理的同步注漿配比、注入壓力以及注入量。 O