超大直徑泥水盾構施工難點及技術分析

曹　鵬（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北省 武漢市 430074）

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超大直徑泥水盾構施工難點及技術分析

曹鵬（中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北省 武漢市 430074）

在盾構施工中，盾構法隧道出口段是施工的重點和難點，需要控制的風險點比較多，如何做好風險管理是施工的重點。本文以實際工程為例，分析了超大直徑泥水盾構施工的難點，并對超大直徑泥水盾構參數的設置、掘進姿態的控制措施、泥水管理措施、同步注漿管理措施、管片拼裝措施等施工技術進行了探討。

超大直徑；泥水盾構；施工難點；施工技術

1　工程概況

某隧道工程為雙管盾構隧道，隧道的總施工長度為3511m，其中盾構段施工長度為 2931.6m，使用兩臺直徑為14.8m的泥水加壓式盾構設備進行掘進施工。在隧道的左線為半徑2500m的平面曲線，右線為兩個半徑分別為4900m和3700m的平面曲線。隧道覆土最小厚度為 6m，最大厚度為30m，線路最小坡度為0.49%，最大縱坡為4.5%，最小坡長為290m，最大坡長為1129m，隧道一共布置了三個豎向曲線，其中最小豎向曲線的半徑為7000m。襯砌使用寬度為2m，外部直徑為14.5m，厚度為60cm的鋼筋混凝土預制管片，設計抗滲等級為S12，路面板使用現澆和預制結合的方式施工。

2　對盾構施工的技術難點進行分析

（1）盾構直徑太大。超大的盾構直徑會造成隧道掌子面錯亂分布，而對這種超大機體在姿態控制方面的難度就可想而知了。因此應采用先進的現代化儀器針對施工的位置精確測定且控制，從而實現施工質量的飛躍。

（2）超高的盾構壓力。改工程的盾構機壓力與同類工程相比已創下了新高，所以在該工程中要求盾構機的相關壓力水平必須達到較高的水準。如此才能滿足施工的需要，從而順利進行相關工程的開展。

（3）高透水性的底層。該地層的地質成分主要有：細沙和各種石塊，因此透水性極高，且施工的相關壓強超強，這就是江底施工所隱含的巨大風險［1］。在這種條件下進行施工具有相當高的難度，首先，高超的滲水地質增加了排水的工作量，同時給對盾構機進行的施工推進增加了技術難度，因此對這種地質的施工需高度警惕，且應增加新技術的使用，從而促進施工的順利進行。

（4）要求盾構的掘進施工一次性完成。由于盾構隧道的長、寬均達到了一公里半左右，以及巨大的水壓，要想在工程的中途設置檢修井是極不現實的問題，所以只能將隧道一次性打通，而各種不利因素又為工程的順利開展帶來了挑戰。

（5）采用超淺埋方法進行出入洞的盾構覆土。通常情況下對盾構機進出洞的覆土厚度按照相關要求進行，即洞口附近較淺。

3　盾構施工的具體技術

3.1設定泥水的壓力且進行控制

依照以前針對類似工程的施工經驗，現對該工程泥水壓力上限按照靜止土壓力進行控制，而下限按照主動土壓力控制。而對透水層和不透水層的水土壓力具體計算方法如圖1所示。

在使用盾構機械開始進行掘進時，必須將相關的泥水壓力調整到上限和下限之間位置，而具體的實際調整還需要依據地表土質靈活對待。施工規定，用上限控制值進行重要地段的壓力控制；而對地表沉降控制要求較低的地段或覆土較淺的地段，宜用下限值進行參考控制，另外應保證平穩激進行施工推進，嚴格控制壓力波在相關的合理范圍里。

圖1　泥水壓力計算示意圖（水土合算）

3.2進行速度和推理的合理控制

通常情況下應將掘進速度設定為30～40mm/min；當盾構機經過硬質土壤時應適當降低掘進的速度。在實際盾構掘進施工時，相關的泥水壓力以及掘進速度將直接影響推力的大小，在掘進施工時總推力應嚴格控制在設計推力的70%左右［2］。對操作速度的合理控制，即能推進施工質量的上升，而且能夠提升施工人員的安全系數，更利于施工的平穩推進，因此施工速度的合理控制是該工程順利施工的基本條件。

3.3嚴格控制刀盤轉速以及扭矩

在施工時，除了把控好方向外，還要借用實時測量的結果以及由此而形成的三維坐標進行比對，從而進行準確的姿態調整。保持盾構機施工的狀態平穩是進行掘進施工的基本要求，因此應將盾構機的縱向、橫向以及前面的指標要求調整在規定的范圍內，避免不良狀態的出現。應盡量使管片拼環的姿態和盾構機的掘進姿態保持一致，以此也可以促進施工的穩定性。作為技術人員應在施工過程中對相關的隧道地質等信息數據進行收集，并進行掘進計劃的制定和糾正。而進行盾構機操作的人員只要按照相關的規定規范施工即可，應及時糾正掘進過程中出現的小偏差，要求每次偏差值不能大于4mm/環。

3.4針對泥水進行分離處理

在本工程中，按照具體的進度選用了與之相協調的某泥漿處理系統參于施工，由此而實現了500m3/h的泥漿處理能力，另外通過泥漿處理之后的泥水還要進行二級分離處理方可。通過對相關系統的利用，從形成了泥漿的順利分離，而分離出來的泥渣會通過相關的手段和渠道進行處理掉。

3.5同步進行注漿

3.5.1漿液配制

在該工程中進行相關的漿液配置時，不但要參照具體的地質因素，而且要考慮到實際配置漿液的性能，通常情況下漿液的初凝時間受氣候等多種因素的影響，而實際施工中會將其控制在12～24h。其它強度等方面的指標均按照相關要求進行。合理的漿液配置不但能夠提高施工質量，而且能夠縮短凝固時間，因此會提升工程效益。

3.5.2對注漿壓力的控制

在進行具體注漿時，在盾尾的圓周上均勻設計6根漿管，不同位置漿管的注漿壓力是不一樣的，其具體的壓力值的計算按照相關公式進行，而公式中的管道壓力損失則在管道組裝時已經過試驗產生了詳細的數據。通過對注漿壓力的科學控制，從而對施工質量的提高具有意義。

3.5.3拼裝管片

（1）為了達到施工糾偏和線路擬合的目的，應對后續環的使用從Z、Y類型中選出，而在拼裝組合時通常會選用封頂位置或隧道的上半部位置進行操作。

（2）建議用相關的組合方式進行直線環的組裝，對封頂塊的組裝建議在隧道的上部進行。滿足隧道線形施工需要是管片點位安裝的根據，而保證管片的安裝效果達到均勻程度是對安裝的基本要求，這樣就能夠保證盾尾間隙的合理性。

（3）應注意進行最后一篇管片安裝時，必須進行黃油或肥皂水的相關潤滑處理，且對此安裝時應小心、仔細，防止將防水等密封裝置損壞，從而影響設備的正常使用。若能使管片的安裝達到最佳狀態時，那么在施工中就會產生優越的施工性能，對經濟效益的產生具有積極的意義。

4　結論

總之，在盾構構件施工過程中，存在很多的突發性和不可預見風險。因此，在施工初期要對認真識別所有可能涉及到的風險，控制源頭，根據施工方案和施工組織設計對工程風險點進行分析，并制定相應的應急預案和安全方案，合理的安排資源，做好設備運行參數、施工參數、環境數據的分析和整理，及時處理遇到的問題。

［1］閔凡路，姜 騰，魏代偉，等．泥水盾構帶壓開艙時泥漿配制及泥膜形成實驗研究［J］．隧道建設，2014，34（9）：857～861．

［2］陳 健.超大直徑盾構機高壓環境下原位檢修技術［J］．建筑技術開發，2015，42（3）：57～61.

曹 鵬（1983-），男，安徽淮北人，工程師，本科，研究方向為工程管理。

U455.43

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2095-2066（2016）09-0182-02

2016-3-12