土壓平衡盾構機電氣安全保護運用

郝東陽

摘要：土壓平衡盾構以其高效、安全、環保等優點，已被廣泛應用于地鐵施工中，雖然技術成熟，但施工中一些常見的問題，施工方依然應當采取預防及處理措施，從而確保地鐵工程的施工質量。本文詳細介紹了土壓平衡盾構機組成、工作原理，重點對盾構隧道的主要施工過程和關鍵工藝技術進行總結和分析。

關鍵詞：土壓平衡；盾構；電氣安全

一、盾構施工法概述

（1）盾構施工程序。盾構施工法與礦山法相比具有的特點是地層掘進、出土運輸、襯砌拼裝、接縫防水和盾尾間隙注漿充填等主要作業都在盾構保護下進行，因而是工藝技術要求高、綜合性強的一類施工方法。其主要施工程序為：建造盾構工作井；盾構機安裝就位；出洞口土體加固處理；初推段盾構掘進施工；隧道正常連續掘進施工；盾構接收井洞口的土體加固處理：盾構進入接收井解體吊出。

（2）盾構施工優點。盾構施工與礦山法施工具有以下優點：地面作業少，隱蔽性好，因噪音、振動引起的環境影響小；自動化程度高、勞動強度低、施工速度快；因隧道襯砌屬工廠預制，質量有保證；穿越地面建筑群和地下管線密集的區域時，周圍可不受施工影響；穿越河底或海底時，隧道施工不影響航道，也完全不受氣候影響；對于地質復雜、含水量大、圍巖軟弱的地層可確保施工安全在費用和技術難度上不受覆土深度影響。

二、盾構推進隧道施工

（1）掘進原理。盾構在粉質粘土、粉質砂土和砂質粉土等粘性土層中掘進施工時，由刀盤旋轉切削下來的土體進入密封土倉后，可對開挖面地層形成被動土壓力，與開挖面上的主動土壓力相抗衡。使開挖面的土層處于穩定狀態。當盾構推進時，啟動螺旋輸送器排土，使排土量等于開挖量，即可使開挖面地層始終處于穩定。排土量一般通過調節螺旋輸送器轉速和出土口裝置予以控制。當地層含砂量超過某一限度時，因土的摩阻力大、滲透系數高、地下水豐富等原因，泥土塑流性將明顯變差，密封倉內的土體可因固結作用而被壓密，導致渣土難于排出，甚至形成泥餅而無法推進，而且單靠切削土提供的被動土壓力，常不足以抵抗開挖面的水土壓力。出現這種狀況時，可向密封倉內注入水、泡沫、膨潤土等，同時進行攪拌，以期適當改善倉內土體的塑流性，順利排土。（2）軸線控制。盾構軸線的控制是盾構推進施工的一項關鍵技術，怎樣控制盾構能在已定空間軸線的允許偏差范圍內是必須掌握的技術，在實際施工中盾構推進軸線控制不可能是理想的狀況，軸線控制不佳狀況除地質不均勻引起的正面阻力不均勻及隧道的平面和豎曲線要求外，往往是產生于人為因素，這是指施工不精心及對軸線控制操作技術水平不夠兩個原因，而后者占多數。

三、影響盾構軸線控制的原因

（1）地層土體對盾構產生的偏向。盾構在向前推進過程中將受到盾構切口貫入土層的阻力、盾構正面阻力、盾構四周土體與盾構殼體間的摩阻力，盾構自重與下臥土層的摩阻力等組成。由于受到地層土質變化、隧道埋深變化、地面建筑物等因素，造成各種阻力不均勻的作用于盾構，從而導致盾構推進時偏向。（2）盾構制作誤差造成盾構推進軸線的偏向。圓形斷面盾構是中心對稱的結構，這是對軸線控制極為有利的形式，但由于加工誤差使其外形并非正圓，導致盾構產生偏向。（3）已拼裝成環的隧道對盾構推進軸線產生的影響。由于管片成環后與盾尾不同心，兩者之間沿圓周的間隙大小不一，又由于管片軸線與盾構軸線在施工中是不一致的，形成了管片與盾殼局部處有接觸現象，產生了摩阻力，這一阻力顯然會影響盾構的推進軸線。

四、盾構推進軸線的控制方法

（一）盾構縱坡控制

盾構縱坡控制不單是調整盾構高程位置，還可以調正盾構和已成環管片之間頂部和下部間隙，以減少盾構對圓環的徑向卡壓及下一環管片拼裝的困難。

（1）穩坡法。這種方法盾構推進中對地層擾動最小，是最佳控制方法。

（2）變坡法。盾構推進前應先觀察盾構與管片上下的間隙情況，遇盾構上部已卡管片時則可采用先抬后壓的縱坡控制所示，反之可用先壓后拾的方法來控制。

由于操作人員的技術水平，對盾構的性能不熟，以及施工人員思想不集中等原因，往往發生在一環距離的推進過程中，多次進行縱坡起伏的調正。這是施工中最忌的方法，因為這種極不平穩的控制盾構推進軸線，對地層將產生最大的擾動，對地面建筑物危害很大，特別是當地層受到大擾動時，后期變形要有一個較長的時間，且變形量亦較大。

（二）左右兩腰對稱千斤頂伸出長度差值的控制

盾構平面軸線的控制其含意及方法與縱坡控制相同，而不同的其一是控制對象，即盾構運動的軌跡方向不同，而兩個軌跡面是兩個相互垂直的面，另一點是表示形式不同，一般平面是采用比較容易的左右兩腰千斤頂伸出長度差值來表示，也有用平面夾角表示。

（1）盾構推進阻力大小及合力作用位置的調整。上面所講述的用盾構自身前進動力千斤頂來控制盾構推進軸線，是主動、積極的技術措施。當用千斤頂難以控制軸線時，可采用調整作用于盾構上的阻力大小及其合力的位置。對盾構阻力大小及合力作用位置調整，效果顯著，但受到盾構型式的限制。（2）選擇合理壓漿位置，改善糾偏條件。利用壓漿的壓力調正管片與盾構兩者相對位置的關系，改善盾構的糾偏條件。

五、盾構推進軸線控制時應注意的一些問題

（1）盾構推一環的糾偏幅度應以小到大最后到小的規律控制。由于開始推進時管片埋入盾尾內的深度為最長，這就使盾構與管片之間相對位置調節量是處于最小的狀態，過量的糾偏將會導致危機管片安全的現象，故而這時推進糾偏量應控制合理，而隨推進距離的增加，管片脫出盾尾量增多，就改善了盾構與管片之間相對位置的調節條件，則糾偏量也可隨之加大。但當一環推進快結束時，為了保證下一環管片拼裝便利與質量，這時糾偏量也應相應減少，使盾構位置處于理想的位置。這控制盾構軸線的規律盾構操作人員必須做到正確運用、掌握。以往施工經驗可知這三個階段的劃分，一般為每環推進距離各1/3范圍最佳。

（2）盾構軸線控制糾偏必須要按“及時、連續”的原則。當施工時產生有過大偏差時，其糾偏應做到合理，使盾構糾偏軸線和順，有利于施工及隧道的使用要求。控制好盾構推進軸線是建造優質隧道的手段，目的是使每環管片能拼裝于理想的位置上，使連接形成的隧道軸線為最佳狀態，從而滿足隧道建造后使用上的需要。

（作者單位：中鐵十九局集團）endprint