简析土压平衡盾构掘进施工工艺

简析土压平衡盾构掘进施工工艺

发表时间：2017-12-30T16:11:46.590Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第21期作者：谢妃三

[导读] 本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。

广州市盾建地下工程有限公司 510000

摘要：土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中。土压平衡盾构机的施工过程是一个各系统组合、运行与协调的过程，按照各施工过程的顺序和特点，可将其分解为掘进系统、衬砌系统、衬砌背后注浆系统、维修系统、动力系统等，本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。

关键词：土压平衡；盾构；掘进；施工工艺

1.土压平衡盾构掘进施工原理

盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。使开挖面的土层处于稳定状态。当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。

2.土压平衡盾构掘进施工特点

2.1初始掘进技术特点

2.1.1一般后续设备临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。

2.1.2大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。

2.1.3由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。

2.1.4由于初始掘进处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。

2.2正常掘进技术特点

2.2.1后续设备设置在隧道内，仅部分管路和电缆需要延长，作业效率高。

2.2.2始发井内的临时管片、临时支撑、后背支撑等被拆除，始发井下空间变得宽阔，施工材料与弃土运输容易。

2.3到达掘进技术特点

2.3.1盾构停止掘进后，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。

2.3.2根据测量结果制订到达掘进方案。

2.3.3继续掘进时，及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案进行及时进行方向修正。

2.3.4掘进至到达洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固。

2.3.5进入到达洞口加固段后，逐渐降低土压（泥水压）设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫（土压式盾构）、停止送泥与排泥（泥水式盾构）、停止注浆，并加强工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。

3.实例探析某地铁隧道中的土压平衡盾构掘进施工工艺

3.1工程概况

某城市地铁线路区间长度1189.413米，区间中部设一处联络通道。其中该区间工程在里程K41+613.000处下穿城市的站前北街公路桥，桥基位于区间隧道右线北侧仅1.55m，距离较近。此公路桥主要通行机动车辆，车流量主要集中在正常上下班时间。

盾构穿越站前北街公路桥段地层自地面往下依次为杂填土层、粉质填土层、粉土层、粉质粘土层、细中砂层、粉质粘土层，本盾构区间线路主要穿越粉质粘土层和细中砂。

3.2总体施工思路

3.2.1穿桥前对盾构机及配套设备进行检修，保证盾构机在下穿公路桥时所有设备运行正常。

3.2.2对所有施工人员进行专项技术交底，由专人对整个掘进过程进行24小时严密监控，发现异常立即汇报，确保盾构安全、顺利通过。

3.2.3穿桥之前对隧道轴线进行复测，确保盾构沿着设计轴线推进。调整盾构姿态至最佳，避免盾构穿桥时频繁纠偏。

3.2.4盾构掘进时严格控制推力、掘进速度、注浆量及出碴量，根据地面监测情况及时合理调整掘进参数，减小土体变形对桥梁基础桩的影响。

3.3盾构掘进

3.3.1掘进参数设置

①合理设置土压力值

盾构推进时，控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系，根据盾构上方的覆土厚度及地面沉降监测信息的反馈，及时调整土压，科学合理地设置土压力值及相宜的推进参数，以减少对土体的扰动。

②刀盘转速设定

降低刀盘转速，刀盘转速设定在0.9～1.2r/min，减少刀盘对土体的扰动，防止地表沉降。

③掘进速度设定

穿越隧道时掘进速度控制在20～30mm/min，防止掘进速度快引起的刀盘扭矩增大。

3.3.2掘进过程中姿态的控制

盾构机在掘进过程中运动轨迹为蛇行运动，该轨迹应始终围绕着隧道轴线波动，在实际控制时，可根据显示屏上自动测量系统测得值

与DTA的差值来调整，即调整盾构图标头部与尾部尽可能靠近坐标原点。

3.3.3同步注浆

同步注浆与盾构掘进同时进行，严格控制同步注浆量和浆液质量。本次过桥两台盾构机通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。在过站前北街桥阶段的管片壁后注浆是控制地表沉降的关键所在，其目的在于控制隧道变形，防止地表沉降，防止管片上浮，提高结构的抗渗能力。良好的浆液性能体现在以下几个方面：①浆液充填性好；②浆液和易性好；③浆液初凝时间适当，早期强度高，浆液硬化后体积收缩率小；④浆液稠度合适，以不被地下水过度稀释为宜。

3.3.4二次注浆

为了防止同步注浆不能很好的填补管片背后的空隙，在盾构机连接桥空闲处放置一台注浆泵，并规定进入桥梁区域后立即进行二次注浆跟进工作，采用的注入方式为先注入单液浆，再注入双液浆的方式。在实际操作过程中灵活控制二次注浆量和注浆压力，防止二次注浆引起地表沉降的上下浮动。

结束语：总之随着土压平衡盾构掘进施工技术的广泛应用，极大地促进了盾构掘进施工技术的快速发展与盾构掘进施工技术研究水平的提高。在土压平衡盾构掘进施工中，相关施工人员要明确其施工原理及施工特点，并根据工程的实际情况，掌握土压平衡盾构掘进的施工工艺，为工程的建设质量提供基础保障。

参考文献

[1]曾华波.复合地层土压平衡盾构施工应用技术研究[D].河海大学.2006.

[2]黄进.浅谈加泥式土压平衡盾构机正常掘进施工工艺[J].城市建设.2012.

[3]李薇.特殊砂层条件下土压平衡盾构掘进施工技术的研究[J].上海建设科技.2016