地鐵盾構在軟土地層中施工常見問題處理

常心毅

（中鐵十八局集團有限公司第三工程有限公司，河北涿州 072750）

地鐵盾構在軟土地層中施工常見問題處理

常心毅

（中鐵十八局集團有限公司第三工程有限公司，河北涿州 072750）

文章以中鐵重工 ZTE6250 型盾構機在西安地鐵3號線施工情況為例，介紹盾構在軟土地層施工中出現的蛇形前進、垂直姿態下掉、螺旋出土不順、漿液流失等常見作業故障的處理，在不同狀況下，制訂相應的應對措施，使施工作業安全、經濟、高效。

盾構；掘進姿態；軟土地層；故障處理

U455.43

西安地鐵 3 號線 TJSG-14 標段，共 3 站 2 區間，雙向隧道同時掘進，隧道長度約 3 076 m，區間平面曲線最小半徑為 550 m，最大縱坡為 25.189‰，底板埋深為18～28 m。區間范圍內土層依次有厚薄不均的 Q4ml 雜填土，其下為 Q3eol 新黃土及 Q3el 古土壤、Q2eol 老黃土、Q2al 粉質黏土、粉土、粉細砂、粗砂及礫砂。本文以中鐵重工 ZTE6250 型盾構機在該標段隧道施工情況為例，介紹盾構在軟土地層施工中出現的問題及處理措施。

1　盾構蛇形前進

盾構在軟土地層施工過程中，水平姿態經常會出現左右擺動的現象，即盾構蛇形前進。盾構機在蛇形狀態下推進，有可能造成盾尾間隙過小，從而導致管片破裂，如果盾構蛇形量過大，會使隧道軸線偏離設計軸線，成型隧道會超出設計規范。為減小盾構在地層中行走的蛇行量，必須及時采取相應的對策，具體應對措施如下。

（1）充分了解盾構所在隧道位置的地質和隧道曲線、坡度設計情況，在推進過程中，盾構姿態糾偏嚴禁過急、過猛，一定要以長距離、緩慢糾偏為原則，并時刻注意觀察推進油缸行程變化和方位偏差的變化規律，以及是否存在較大的偏移量，當發現盾構有較大的變化趨勢時，立即采取相應的措施。

（2）管片選型始終要依據設計線路和實際的盾構姿態。管片分為標準環和轉彎環，兩種型式的管片可組合成各種線形的隧道，在實際管片拼裝過程中，認真選取管片類型和拼裝點位，充分考慮推進油缸行程差、鉸接油缸行程差、盾尾間隙等因素，并要兼顧隧道設計線形。盾構前體與盾尾間鉸接的轉折角越大，盾構前行會越困難，姿態越不易控制。

（3）背襯注漿要連續、均勻、飽滿。在軟土地層中，應加強對漿液性能的調控，漿液膠凝時間、黏稠度應隨地質條件、管片姿態的變化而適時調整，每環注漿量一般不少于 6 m3。同步注漿過程中，為防止管片發生移位應避免一側注漿壓力過高。

2　垂直姿態整體下掉

地層以粉土和老黃土為主，少量砂，隧道斷面粉土厚度約為 4～5 m，而且土質含水量大，隧道設計坡度為+15.236‰。因為管片有上浮現象，對盾構垂直姿態控制為：盾首控制在 -30 mm，盾尾控制在 -40 mm。在盾構掘進到第 455 環時，出現垂直姿態整體下掉現象，每環約下掉 2 mm，垂直姿態變化如表 1 所示。由表 1 可見，盾構垂直姿態已超臨界值，為避免下掉趨勢進一步擴大，采取如下措施。

（1）在推進過程中，屏蔽頂部 A 組 2 號和 18 號推進油缸。2 號和 18 號為雙缸，受力較大，屏蔽單缸已經不起作用。

（2）適當降低盾構機推力和推進速度，降低盾體的震動，并且左右推進油缸的推力盡量小一些，水平姿態進行微調，控制住水平姿態沒有較大的轉彎趨勢即可。

（3）土倉壓力適當保高些，使盾體處于相對平衡狀態，以抵消盾體自重而下沉，土倉適當多蓄土，使土倉壓力接近實際土壓，為達到這種效果，還應降低泡沫和工業氣的流量。

（4）使用轉彎環，輔助盾體向上抬，同時要注意推進油缸行程差和盾尾間隙，不能顧此失彼。

（5）坡度偏差保持在 8‰ 左右，即盾體俯仰角抬到1°21′10″，讓盾構垂直姿態形成向上走的趨勢，直到垂直姿態開始向上變化。

經過近10環的調節，盾構垂直姿態開始趨于正常，姿態和坡度偏差變化如表 2 所示。由表 2 可見，經過實施以上措施后，盾構垂直姿態逐漸形成向上抬的趨勢，盾構通過這段特殊軟土地層之后，即可恢復正常掘進。

3　螺旋出渣不順

地層主要以粉質黏土和老黃土等黏性土質為主，尤其在粉質黏土含量較大的地層中，螺旋出土口經常會被堵塞，無法正常出渣，造成施工困難。而且螺旋在出土過程中，經常出現負載扭矩大的現象，導致螺旋筒體發熱受損嚴重。螺旋出渣不順預防和對策如下。

表1　盾構垂直姿態變化

表 2 調節后盾構垂直姿態變化

（1）優化渣土改良技術，適當調整泡沫的水液配比參數。在黏性地層中，泡沫起著界面活性劑的作用，泡沫的使用可使切削土體的流動性增強，可有效地防止切削下來的黏性土附著在刀盤上。經過泡沫潤滑作用，土倉內的渣土不會因擠壓而固結，產生擁堵現象，旋入螺旋內的黏性土也不會附著在螺旋葉片和旋桿上，從而使螺旋排土順暢。

（2）在推進過程中，螺旋出土速度應和推進速度相匹配，時刻注意觀察刀盤扭矩、螺旋扭矩、螺旋上部土壓和下部土壓等參數的變化，由此判斷土倉內渣土的和易性。渣土太干會增加螺旋的負載，甚至會造成螺旋堵塞，渣土太稀螺旋不能順利把渣土旋出。土倉加水應以少量多次為原則，一次性加水過多會造成螺旋筒體內渣土下稀上干，且很有可能會導致螺旋堵塞。

（3）每環推進完后反轉螺旋，把螺旋內的渣土反旋到土倉內以防渣土失水、土質因擠壓而變硬、增加螺旋驅動負載。新的一環開始時，先轉動刀盤，把土倉內沉淀的渣土充分攪拌，增加其和易性以利螺旋出土。

4　漿液流失

4.1漿液注到土倉內

（1）盾構在軟土地層推進過程中，經常會出現漿液注到土倉內，然后漿液從螺旋排出的現象。漿液注到土倉內，首先會引起土倉壓力變化異常，擾亂盾構司機對土壓參數的判斷，其次，注漿量難以保證，隧道背襯不能有效填充，從而導致地面沉降幅度過大。

（2）在實際施工中，盾構司機和注漿手要密切配合。盾構司機要時刻觀察推力、鉸接壓力和注漿壓力的變化，如果推力和鉸接壓力突然增大，說明漿液已經裹住盾體，這時漿液極有可能會擊穿土體進入土倉，這時盾構司機應提高推進速度，并適當降低注漿速度。如果某一路注漿壓力突然異常降低，說明漿液已經注到土倉內，此時應該讓注漿手適當停止注漿一段時間。

4.2盾尾漏漿

（1）盾尾漏漿主要是盾尾油脂注入量不足、注漿壓力過大、盾尾間隙異常等原因所致。在實際施工過程中，盾尾油脂注入量一般為 8～10 環 / 桶，同時要注意油脂品質，油脂過硬對油脂泵有極大的損害，油脂過稀又起不到很好的止漿效果。

（2）注漿壓力過大與漿液配比和注漿方式有關，依據地層的變化及時調整漿液的配比，并對拌料人員和注漿手做好技術交底，認真對待每一環節。同時，加強管片選型和拼裝質量，應避免盾尾間隙過小，導致管片破裂引起漏漿。另外，盾構始發時，一定要確保止漿板牢固、完好。

5　管片上浮

管片上浮是指管片脫離盾尾后，因受到集中應力而產生向上運動。管片上浮會造成管片錯臺、開裂、破損和漏水，降低管片結構的抗壓強度和抗滲壓力。一般而言，在變坡點、上坡段、反坡點，尤其是在豎曲線的最低點，管片上浮比較嚴重。

管片上浮主要原因：

（1）單液漿的初凝時間太長，漿液的稠度不適，不能有效地抑制和約束隧道上浮，或者超挖空間大或同步注漿不充分。

（2）地層中水量豐富，地下動水攜帶著漿液流到前方的密封土艙，隧道上浮的空間沒有被有效充填。

（3）隧道坡度轉換區段沒有預先調整盾構姿態。

（4）管片受力不均。盾構機千斤頂的推力與管片的環向軸力不平行時，向上的分力克服重力就引起管片的上浮。另外，當盾構機千斤頂上下推力差過大時，形成的反力也是造成管片上浮。

防治措施：

（1）對同步注漿進行多配比試驗，盡可能提高注漿液的稠度及其固體物質的含量，增加水泥的含量，以提高漿液與隧道之間的黏結力，同時注漿量要飽滿從而抵御隧道管片上浮。

（2）在施工過程中，事先適當降低盾構機的軸線，這樣當管片退出盾殼之后，即便隧道整體有所上浮，但仍可保證隧道中線不至于侵入限界。

（3）減小上下2組千斤頂的推力差，避免管片下部受力過大。

（4）在含水量大的地層，通過二次注漿做止水環避免漿液流失。

6　結束語

對于盾構在軟土地層掘進中出現的蛇形前進、垂直姿態下掉、螺旋出土不順、漿液流失等問題，制訂相應的應對措施實有必要。盾構施工專業技術人員要熟知地層狀況、線路設計及設備性能，掘進過程中仔細觀察各種參數的變化，若有異常馬上采取相應措施，做到有備無患，使盾構施工安全、經濟、高效進行。

［1］ 王壽強，陳志寧. 泥水盾構施工管理手冊［M］. 江蘇南京：江蘇教育出版社，2013.

［2］ QGD-008-2005 軌道交通盾構隧道施工質量驗收標準［S］. 2005.

［3］ 張厚美. 盾構隧道的理論研究和施工實踐［M］. 北京：中國建筑出版社，2010.

［4］ 楊華勇，趙靜一. 土壓平衡盾構電液控制技術［M］. 北京：科學出版社，2013.

［5］ 吳巧玲. 盾構機構造及應用［M］. 北京：人民交通出版社，2011.

責任編輯 朱開明

Countermeasures for Common Problems in Soft Soil Layer of Metro Shielding

Chang Xinyi

Taking the ZTE6250 type shielding machine in Xi'an metro line 3 construction works as an example， the paper introduces the common faults occurred in the shield construction in soft soil， such as hunting advance， vertical posture falling， diffi cult spiral out spoil， and slurry fl ow loss control. Under these various difficult conditions，some corresponding measures are taken to ensure the construction work safety， cost effective and high effi ciency.

metro， shielding， tunneling advance mode， soft soil stratum， fault treatment

2016-04-17

常心毅（1965—），男，工程師