地下工程盾构推进：同步注浆控制及机器检查

2023-10-09 理论教育版权反馈

【摘要】：严格控制同步注浆量、注浆压力，以防止过量压浆或注浆压力过高，击穿盾尾密封。定期检查盾构机，使盾构机保持良好的工作性能，减小掘进施工时盾构机出现故障的发生概率。但在施工过程中必须观测分析盾构穿越地层的特性，在推进过程中应充分了解施工速度、盾构掘进性能、泥土温度之间的能量转换关系，以及其对“泥饼”形成的影响。控制好推进速度，减少“泥饼”产生的概率。

1）掘进面土体失稳

（1）正确地计算选择合理的舱压，结合监测数据进行及时调整，防止泥水压力过低造成土体失稳；掘进由膨润土悬胶液稳定，水压力可以精细调节。膨润土悬胶液由空气控制，随时补偿正面压力的变化。

（2）流砂地质条件时，要及时补充新鲜泥浆。事前检验泥浆物理性质，包括流变试验、渗透试验、成泥膜检验。测定固体颗粒的密度、泥浆密度、屈服应力、塑性黏滞度、颗粒大小分布。泥浆可渗入砂性土层一定的深度，在很短时间内形成一层泥膜。这种泥膜有助于提高土层的自立能力，从而使泥水舱土压力泥浆对整个开挖面发挥有效的支护作用。对透水性小的黏性土可用原状土造浆，并使泥浆压力同开挖面土层始终动态平衡。

（3）控制推进速度和泥渣排土量及新鲜泥浆补给量的合理匹配。

（4）超浅覆土段，合理设置泥水压力，防止冒顶。

2）推进过程中遇到障碍物

（1）选择有经验的勘察单位，采用先进的勘探技术，或多种勘探技术综合应用。

（2）加密地质勘探孔的数量，准确定位障碍物的位置。

（3）对开挖面前方20 m超声波障碍物探测，及时查出孤石、防空洞等。

（4）使用特种设备对障碍物区域进行地面垂直清障。如地面无条件，也可附设从密封舱隔板中向工作面延伸的钻机，对障碍物破除。如果孤石等障碍物强度过高，常规清障手段效果不好，可采用爆破清障的方式，但需进行严格爆破设计，并组织专家论证。

3）地面隆起变形

（1）详细了解地质状况，合理、及时调整施工参数。

（2）尽快摸索出施工参数的设定规律，严格控制平衡压力及推进速度设定值，避免其波动范围过大。

（3）按理论出土量和施工实际工况定出合理出土量。

4）盾构出现涌土、流砂、漏水

（1）正确计算选择合理的舱压。

（2）控制推进速度，正常推进时速度宜控制在2～4 cm/min。

（3）对渣土进行改良，可向刀盘前方、土仓内加注渣土改良材料，如膨润土浆、泡沫剂、高分子聚合物等，以改良渣土的流动性、渗透系数等指标。

5）盾尾密封装置泄漏

（1）严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾空隙均匀一致，减少管片对盾尾密封刷的挤压程度。

（2）采用优质的盾尾油脂，要求有足够的黏度、流动性、润滑性、密封性能。

（3）及时、保量、均匀地压注盾尾油脂。

（4）严格控制同步注浆量、注浆压力，以防止过量压浆或注浆压力过高，击穿盾尾密封。

6）盾构沉陷

（1）加密地质勘探孔的数量，准确定不良地层的位置，分析对盾构掘进施工的影响。

（2）对开挖面前方20 m进行地质探测，及时查出不良地层或障碍物。

（3）定期检查盾构机，使盾构机保持良好的工作性能，减小掘进施工时盾构机出现故障的发生概率。

（4）合理地组织施工，并对施工人员进行专业培训和安全教育，确保各施工环节的正常运转，减小产生质量或安全问题。

7）盾构掘进轴线偏离设计轴线

（1）在推进施工过程中，对每一环都必须提交切口、盾尾高程及平面偏差实测结果，并由此计算出盾构姿态及成环隧道中心与设计轴线的偏差。

（2）将测量结果绘制成隧道施工轴线与设计轴线偏差图，一旦发现有偏离轴线的趋势，必须及时告知施工工程师，采取及时、连续、缓慢的纠偏方法。

（3）每推进100环，请专业测量队伍用高精度经纬仪和水准仪进行三角网贯通测量校核。(www.chuimin.cn)

8）管片破损

（1）管片吊运操作要平稳，防止过大的晃动、碰撞。

（2）管片使用翻身架或专用吊具翻身，保证管片翻身过程中的平稳。

（3）地面堆放管片时，上下两块管片之间要垫上垫木。

（4）设计吊运管片的专用吊具，使钢丝绳在起吊管片的过程中不碰到管片的边角。

（5）采用运输管片的专用平板车，加设避振设施；叠放的管片之间垫好垫木。

（6）工作面储存管片的地方放置枕木将管片垫高，使存放的管片与隧道不产生碰撞。

（7）管片运输过程中，使用弹性的保护衬垫将管片与管片之间隔离开，以免发生碰撞而损坏管片；在起吊过程中要小心轻放，防止磕坏管片的边角。

（8）管片拼装时要小心谨慎，动作平稳，减少管片的撞击。

（9）提高管片拼装的质量，及时纠正环面不平整度、环面与隧道设计轴线不垂直度、纵缝偏差等质量问题。

（10）勤量测盾尾间隙，发现盾尾间隙过小时，应在管片拼装过程中加贴纠偏楔形环，并在下一环盾构推进时进行姿态调整。

（11）每环管片拼装时都对环面平整情况进行检查，发现环面不平，及时加贴衬垫予以纠正，使后拼上的管片受力均匀。

（12）及时调整管片环面与轴线的垂直度，使管片在盾尾能居中拼装。

9）刀盘或土仓结泥饼

（1）盾构机设计、选型方面的措施：设计盾构机时，应选择适当的开口率（特别是中心位置），尽可能实现土体进舱顺利；在土舱内设置土压力传感器，及时反映土舱内泥土黏附情况，预防“泥饼”的形成；刀盘内侧（土舱侧）设有搅拌棒，随刀盘一起转动，可加速土体流动及对螺旋机喂料，减少泥饼的形成。

（2）盾构掘进施工中采取的措施：

①黏性土地层砂土的土体改良。在黏性土地层中的土压平衡盾构施工区段，为了降低土体间的黏聚力，减少土舱中土体压实结密的可能性，减少掘削土体与盾构机刀盘及结构间的黏着力，应改善土体的和易性，保证土舱内土压力的稳定性和出土的顺畅，在施工过程中应及时观察所排土体的情况，分析土体黏性和含砂粒比例的情况，及时添加适量的土体改良剂——泡沫，进行土体改良，以减小土体黏性度和黏着力。

②盾构掘进参数的设定。在黏性土地层中的土压平衡盾构施工区段，土压力的设定以理论的土压力为基础，并做适当降低，具体可根据实际操作作调整。但在施工过程中必须观测分析盾构穿越地层的特性，在推进过程中应充分了解施工速度、盾构掘进性能、泥土温度之间的能量转换关系，以及其对“泥饼”形成的影响。控制好推进速度，减少“泥饼”产生的概率。

③土压力传感器的设置。在土舱内不同高度设置土压力传感器，通过两个固定高度点的土压力差可测出土体的表观密度；在感觉有泥饼生成前，应用漏斗法对土样的黏度进行测量，当黏度指标大于12 s时，应在注入泡沫剂和膨润土方面加强，改良砂土的和易性。

④控制循环水温度。严格控制土砂密封温度，其密封温度与刀盘的冷却程度有很大关系，循环水是刀盘冷却系统的主要介质。当外界气温高于30℃、隧道内通风系统的功能较差时，随着单环掘进时间的增加，土舱内的温度很容易上升，因此应控制冷却水的温度，必要时需使用冰水。

⑤快速均衡施工。盾构施工要求“连续、快速、稳定”，长时间的停机会导致土舱内土压逐步升高、流动性减弱、刀盘及刀具板结泥饼的可能性增加；掘进速度太慢，生成泥饼的可能性也就增加了。

⑥定期开舱、清舱。盾构施工中的开舱检查好比人的体检一样，要定期进行，而不是在出现病态后才采取补救措施。定期的开舱可以较准确地掌握前方地层的地质状况和刀具的磨损情况，对刀盘结泥饼可起到预防作用，当检查出刀盘有泥饼黏着的情况时，应及时、彻底清理。

10）螺旋机喷涌

（1）在水量较大的地段掘进时，采用螺旋输送机双闸门控制，加注泥浆或高效聚合物，防喷涌、防涌水，必要时采用保压泵碴装置。同时，利用盾构机配套的二次注浆设备及时注浆，在管片外周形成连续的封闭环，防止管片周围的地下水串通，避免喷涌。

（2）采用土压平衡模式掘进参数；严格控制盾构掘进方向和铰接油缸的行程差，以确保铰接密封效果。加强盾构机铰接密封检查，保证不漏水漏砂。

（3）经常检查盾尾密封刷密封效果，经常添加油脂，确保密封刷状态良好。

（4）若出现喷涌现象，立即关闭螺旋输送机的后门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡，通过刀盘的转动将土仓内的土体搅拌均匀，然后才将螺旋输送机的后门慢慢打开，开门度为30%，边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定。

（5）做好盾构机及后配套设备的保障后勤工作，保持连续快速推进，不能因盾构机后配套设备故障而影响掘进。

（6）严密监控螺旋机出土口的出土情况和土仓的压力变化情况，一旦发生喷涌现象，首先关闭螺旋机出土口处的闸门，然后在螺旋输送机出土口接驳保压泵碴系统，保证掘进，避免地下水、流砂或所添加泥浆的大量喷出，保持土仓内的土压稳定。

（7）向土仓中加入膨润土或发泡剂，改善土仓内土质的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一个整体，连续从螺旋输送机排出，避免喷涌。

（8）在中、微风化岩地层中，如果管片背注浆不充分，需通过管片进行双液二次注浆，以便尽快封堵隧道背后汇水通道。

地下工程盾构推进：同步注浆控制及机器检查

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