谈上软下硬地层盾构纠偏技术

文一鸣 祁海峰

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

随着国内地铁建设步伐的加快，盾构法作为一种修建地铁区间隧道安全、快速、对周边影响小、较高适应性的施工方法，被广泛采用。在实际盾构施工掘进中，地质情况复杂多变，软硬地层交替出现，且同一横断面上下软硬不均、富水情况变化较大的情况时有发生，因此研究针对盾构穿越复合地层的盾构姿态控制技术十分必要。

1 依托工程概况

成都地铁蜀十区间为盾构施工区间，区间隧道拱顶最大覆土埋深16 m，最小埋深9 m,最大曲线半径650 m,最小曲线半径600 m，最大坡度26.2‰，左线盾构机处于直线上，隧道埋深12 m。从269环～413环掘进期间，先后有三阶段出现盾构机垂直姿态上浮，需进行姿态纠偏及控制。

2 设备情况

1)盾构机铰接为被动铰接，铰接最大伸长量为150 mm。现盾构机上部铰接已经伸长到最大，下部铰接伸长为50 mm左右。为防止上部铰接回收，在11点、1点位处已经用钢板固定中盾和尾盾，使上部铰接固定。目前铰接力在180 bar～220 bar左右。

2)盾尾间距，见表1。

3 纠偏过程

3.1 第一次纠偏措施

蜀十区间左线掘进至269环时，盾构机垂直姿态持续往上，从270环～345环掘进采取纠偏掘进。

采取的措施：停止掘进，要求海瑞克厂家人员对超挖刀进行调试，采取超挖刀伸长35 mm进行纠偏掘进，掘进时合理的进行管片选型，增加上部推进油缸压力，停止下部油缸等。

表1 盾构间隙统计表

纠偏效果：通过270环～280环的掘进，盾构机垂直姿态纠偏显著。281环～345环掘进时，一直采取超挖刀伸长35 mm进行掘进，掘进期间盾构机姿态能有效得到控制。

3.2 第二次纠偏措施

346环～351环掘进时盾构机垂直姿态又一次往上漂，352环～406环掘进为第二次盾构机垂直姿态纠偏。

采取的措施：351环掘进完后停机，海瑞克厂家人员再次对超挖刀进行调试，使超挖刀伸长60 mm，从352环掘进开始采取超挖刀伸长60 mm进行掘进。掘进中适当增加土仓压力，增加注浆量，增加上部油缸推力停止下部油缸，固定上部铰接油缸等方式进行姿态纠偏。

纠偏效果：通过352环～386环的掘进，盾构机垂直姿态能得到控制，纠偏效果明显。后续387环～406环掘进时盾构机垂直姿态又一次有上飘趋势，主要是超挖刀被磨损后，造成纠偏效果不明显。

3.3 第三次纠偏措施

407环～413环掘进为第三次纠偏掘进。

采取措施：对36号、37号、38号、39号4把18寸边缘滚刀更换为加长撕裂刀，继续采取超挖的形式进行姿态纠偏。

纠偏效果：通过407环～410环的掘进，盾构机垂直姿态逐步往下，纠偏效果明显。411环～413环姿态往上主要是因为加长撕裂刀发生扭动失去超挖效果。

4 后续掘进措施

4.1 持续使用超挖刀

1)继续使用超挖刀增大刀盘开挖直径，使盾构机姿态整体往下，最终有效控制盾构机姿态。

2)同时对36号、37号、38号、39号4把18寸边缘滚刀更换为加长撕裂刀，使撕裂刀同步配合超挖刀可达到整圈超挖60 mm的超挖效果，通过增加开挖半径进行姿态纠偏。

4.2 合理进行管片选型

1)根据盾尾间隙进行管片选型。

掘进时刻关注盾尾间隙，当掘进到1/2时，测量盾尾间隙，操作手根据盾尾间隙情况进行掘进方向的微调，确保足够的盾尾间隙。每一环掘进完成后再次测量盾尾间隙，根据实际测量的盾尾间隙、推进油缸行程和铰接油缸行程选取是否用转弯环，并确定拼装点位，以便于盾构机姿态纠偏。管片最大楔形量位置约可以使对应部位盾尾间隙调整6 mm。

2)根据油缸行程进行管片选型。

推进油缸千斤顶行程差达到80 mm时，必须选择转弯环进行行程差调节，减少管片环面与千斤顶接触面的折角，以更有利于下一环盾构推进及姿态的调整。

3)使用1.2 m管片。

使用1.2 m的转弯环管片，使管片更贴合设计线路，调整盾尾间隙。

4.3 调整推进油缸压力分布

后续掘进时仍然保持上部推进油缸压力最大，适当减小或停止两侧油缸压力，停止下部油缸，增加盾构机向下的趋势，慢慢使垂直姿态往下。

4.4 调整铰接油缸

掘进时适当活动铰接油缸，使盾尾适应管片姿态，确保有足够的盾尾间隙，减小管片对盾尾的拉力。逐步使盾尾与前筒体成直筒型。

4.5 控制掘进速度

1)控制掘进速度，降低盾构机掘进速度，掘进速度控制在15 mm/min以内；

2)根据掘进速度适当调整土仓压力，增大反力，有利于姿态调整；

3)姿态纠偏掘进期间，每班掘进不超过3环。

4.6 调整同步注浆量

适当增加同步注浆量，主要增加上部同步注浆量，让管片上部填充密实，减小管片的上浮量。在使用超挖刀掘进纠偏期间，由于开挖直径增大，必须增加相应的同步注浆量。同时由于开挖直径的增大，防止止浆板失去作用，为防止浆液通过止浆板汇集到盾尾处，造成浆液凝固后包裹盾尾的情况，减小同步注浆水泥用量，采取惰性浆液，见表2。

4.7 二次注浆

纠偏掘进期间，当管片脱出盾尾3环时，利用二次注浆设备对该环进行二次注浆。同时每隔5环做一加固环，对加固环管片四周进行二次注浆，稳固管片。二次注浆浆液均采用双液浆。

表2 使用超挖刀时注浆量对照表

4.8 姿态测量

1)每掘进3环进行一次管片姿态测量，根据管片姿态及时进行二次注浆，防止管片姿态超限。

2)每掘进5环进行一次盾构姿态测量，确定当前盾构机姿态准确。

4.9 管片螺栓复紧及拉结

管片拼装完后，立即对管片螺栓进行拧紧，并对相邻两环管片螺栓进行拧紧，推进时再次进行拧紧，减少管片受力产生位移。同时，由于姿态纠偏，掘进时推进油缸大部分力都在上部，造成下部管片受力较小，形成管片受力不均的情况，易造成管片出现错台。掘进时用型钢把后面5环管片拉紧，形成一个整体，提高隧道的纵向刚度，防止管片错台。

5 后续纠偏姿态控制

5.1 盾构姿态控制

根据对十陵站左线接收洞门以及接收托架的测量，左线洞门水平左偏11 mm，高程比设计低13 mm，接收托架高程比设计高16 mm。为确保盾构机顺利出洞，出洞姿态控制为垂直前点20 mm～30 mm，水平姿态控制-15 mm～0 mm。现盾构机还有36环出洞，为防止后续掘进时盾构机姿态持续往上，造成出洞困难的情况，后续掘进时控制盾构机前点垂直姿态不超过20 mm。

5.2 管片姿态控制

根据现在所测量管片姿态，该段管片垂直姿态最大偏差为87 mm，符合隧道验收要求。同时，当管片脱出盾尾后，及时进行管片顶部二次注浆，通过注浆使管片再次往下10 mm左右，最终确保管片姿态控制在100 mm以内。

5.3 纠偏掘进质量控制

5.3.1管片错台控制

1)管片拼装前，根据盾尾间隙油缸行程确定管片型号以及拼装点位。

2)盾构机推进完成后，千斤顶缩回后应对盾尾进行清理，在保证盾尾无杂物的情况下才能拼装管片。

3)管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，操作手如果违规操作规程，顺时针拼装或者逆时针拼装的后果将导致整环管片沿拼装方向发生一定角度的旋转，持续的单方向拼装将使环向旋转累积，最终导致整环管片的扭转角度很大并导致错台。应尽量调校管片位置与上环管片平顺，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。

4)管片拼装完后，立即对管片螺栓进行拧紧，并对相邻两环管片螺栓进行拧紧，推进时再次进行拧紧，减少管片受力产生位移。

5)由于姿态纠偏，掘进时推进油缸大部分力都在上部，造成下部管片受力较小，形成管片受力不均的情况，易造成管片出现错台。掘进时用型钢把后面5环管片拉紧，形成一个整体，提高隧道的纵向刚度，防止管片错台。

6)提高浆液质量，增加同步注浆量，填筑管片与地层间隙。

5.3.2管片破损控制

1)检查管片螺栓是否完整，清除螺栓孔中的杂物。2)管片拼装前，人工量取盾尾间隙，根据盾尾间隙选择合适的管片拼装点位，防止拼装点位不对使得盾尾间隙局部很小，推进过程中管片卡住盾壳破坏管片。3)对出现破损的管片及时按照修补方案进行修补。

5.3.3领导值班制度

盾构到达十陵站期间，盾构掘进施工时全程24 h进行领导值班，确保掘进出现异常情况时及时进行处理。

6 结语

穿越上软下硬(全风化泥岩、强风化泥岩、中等风化泥岩以及局部穿越黏土夹卵石)地层中采取以下控制技术：1)合理使用超挖刀。2)合理进行管片选型(根据盾尾间隙、油缸行程以及将1.2 m管片代替1.5 m管片)。3)调整推进油缸压力分布。4)调整铰接油缸。5)控制掘进参数。6)调整同步注浆及二次注浆参数，控制管片上浮。7)加强管片姿态测量频率。8)管片螺栓复紧及拉结。通过以上控制技术，达到管片姿态控制在±100 mm以内。此纠偏技术安全、可靠、实用性强，有极大的借鉴价值。