结合广州地铁谈盾构隧道施工

1、工程概况

　　广州市轨道交通三号线[天 ~华]区间盾构工程分为两个区间（天河客运站~五山站区间以及五山站~华师站区间），主要由两条圆形盾构隧道为主组成，双线长6259.615m.隧道标称内径为5400mm；埋深为11~28m；平面最小曲线半径为350m；最小竖曲线半径为3000 m；坡度为19‰；最小坡度为3‰。

　　天~五区间隧道主要是在残积层和全风化层中穿过，顶底板差异不大，在中部偶见夹有球状微风化岩石。近五山段顶板出现少量砂层。隧道洞身天然单轴抗压强度值为153.40MPa.

　　五~ 华区间隧道主要是在强风化层中穿过，顶底板岩土分层有一定差异，存在上软下硬或有夹层现象。中部为瘦狗岭断层破碎带，以北均为花岗岩、花岗片麻岩带或风化层，以南为白垩系红层岩系。靠近华师站段隧道全断面在微风化层中穿过。地表地形地貌变化也比较大。白垩系红层隧道上方发育有较长段含水砂层。

　　2、盾构掘进

　　2.1刀具配置

　　地质情况对刀具配置起决定作用，隧道围岩为I、II类（按《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》中隧道围岩分类）时，一般采用刮刀（俗称羊角刀），而对于 III~VI类围岩则使用盘形滚刀效果较好。盘形滚刀又有单刃和双刃之分，单刃滚刀适合较硬岩或强度不均匀的围岩，而双刃滚刀适合一般硬岩及强度均匀的围岩。针对本工程的地质情况，均配置单刃盘形滚刀。

　　2.2掘进参数控制

　　（1）控制刀盘扭矩。根据保护刀具、降低刀具磨损的要求，必须将刀盘扭矩控制在某一容许范围内，而控制扭矩的主要依靠以下方法：

　　◆ 减小推力：这是最简单、有效的方法，但同时也会降低掘进速度。

　　◆ 减小刀具的贯入度：即在保持掘进速度基本不变的情况下，提高刀盘转速，一般达2.5~3r/m左右。当开挖面为全断面硬岩时，减小刀具贯入度，能显著降低刀盘扭矩。但刀盘高转速不适用有孤石的围岩，因为孤石很容易造成刀具崩裂。

　　◆ 向开挖面、土仓内加入土质改良剂：

　　常见的土质改良剂及适用地层

膨润土　 适用砂~砂砾地层　
发泡剂　 适用粘土~粗砂地层　
高吸水性树脂　 适用固结粘土~砂砾地层　
　　其中发泡剂较为常用。

　　另外，在全断面硬岩或孤石地层，可以向开挖面、土仓内加入冷却水，以降低刀盘、刀具的温度来保护刀具。

　　（2）保持适当的土压。若隧道围岩能够自立，则可以采取空仓掘进的模式；若隧道围岩无法自立，为了保持开挖面的稳定，则必须保持适当的土压以稳定开挖面，控制地面沉降。土压过低，则可能出现超挖；土压过高，则有效推力降低，掘进速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降较大。土压的确定与隧道埋深、地质情况、地面建筑物情况有很大关系，可以采用库仑或朗肯等理论估算。在实际施工中，也可以根据出土量的情况来确定适当的土压。在本工程掘进过程中一般保持 1.5~2.0bar的土压。

　　（3）在刀盘扭矩、土压、出土量满足要求的情况下，尽可能加大推力，以提高掘进速度（80mm/min以上），加快工程进度。而在掘进速度较快的情况下，则要注意控制好盾构机的姿态、保持土压稳定、同步注浆量。

　　2.3同步注浆及二次注浆

　　由于刀盘的直径为Φ6280mm，而管片外径Φ6000mm，所以在管片离开盾尾后，理论上管片与围岩之间将会有宽度为140mm的空隙，为控制地面沉降，必须用砂浆将空隙填满。

　　（1）盾尾同步注浆。

　　出现的主要问题：

　　◆ 堵管

　　出现堵管的情况，其原因主要是以下几方面：

　　① 砂浆配比不好，以致砂浆初凝时间太短、砂浆易沉淀离析、砂浆流动性差

　　② 原材料不好，如砂太粗

　　③ 盾尾浆管回砂

　　④ 长时间停注前未注射膨润土液洗管

　　◆ 漏浆

　　主要原因及处理办法：

　　① 盾尾间隙过大。控制好盾构机姿态，选择适当的管片，以保持良好的盾尾间隙

　　② 尾刷损坏。在管片迎水面垫厚约15cm 左右的海绵或者更换尾刷。

　　③ 盾尾油脂注入量不够。加大油脂注入量。

　　（2）二次注浆。

　　当地面沉降较大或隧道下坡且地下水丰富时，可以进行管片背后二次注浆来稳定地面或堵水。

　　注浆材料可以用纯水泥浆、砂浆或双液浆。注浆设备可以采用注浆机或盾构机台车上的同步注浆泵。注浆时应注意监控注浆压力，如果压力过大可能造成管片错台或纵裂。