土压平衡盾构施工技术难点及处理措施
【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，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。
【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理
一、盾构刀盘结泥饼问题
盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。
施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。5）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。
二、桩基侵入盾构隧道
城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。
深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。
图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图
图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图
为保护周边建筑物的安全，在人工挖孔桩施工前采用Φ600mm@300mm的双管旋喷桩对桩周土体进行加固，然后进行扩孔开挖拆除桩基。
主要施工工序为：场地征用及交通疏解→施工场地围蔽→施工进场准备→旋喷桩、人工挖孔桩孔位放样→旋喷桩施工→井口处理→架设支架→准备潜水泵、鼓风机、照明设备等→每下挖500mm进行桩孔周壁的清理→校核桩孔的直径和垂直度→编制护壁钢筋网→支撑护壁模板→浇灌护壁混凝土→破除原有桩基并割除钢筋→等强后拆模继续下挖，达到设计开挖深度时进行回填处理，回填采用C15速凝混凝土，回填范围由桩底直至地表下0.3米。回填完成后进行路面恢复，最后拆除围蔽进行场地恢复。
三、盾构机螺旋输送机喷涌
长株潭城际铁路湘江隧道存在多处破碎带，基岩裂隙水发育，土压平衡盾构在此地层掘进过程中，承压水与无塑性渣土容易从螺旋输送机出碴口处涌出，仓门无法关闭，导致无法正常掘进。目前针对这种情况采用下列措施：1）螺旋输送机采用双闸门，减少泥浆压力和控制泥浆喷涌速度；在闸门前方设置挡板，使泥浆顺利流入出碴皮带上，同时防止高压泥浆喷出时损坏周边机械设备。2）采取土压平衡模式掘进，严格控制掘进进尺、出土量，保证盾构机连续均衡快速通过该区域。3）如果发现有喷涌现象，将螺旋输送机前端退出土仓，并关闭土仓闸门。启用保压泵，将碴土直接泵送至渣土车。在关闭螺旋输送机的情况下继续掘进，让切削下来的土体挤出土仓内的水，但要预防仓内压力过高，造成盾构机前方隆起、冒浆等事故。4）加强地面监测，及时进行信息反馈，并优化掘进参数。
四、盾构通过球状风化岩层
深圳地铁1号线续建工程地质调查情况显示，多处区域存在俗称“孤石”层的花岗岩球状风化岩石，其单轴抗压强度达到160MPa左右，其空间分布具有较大的随机性，很难找到规律，不易被钻探勘察发现，故给盾构施工造成极大困难。对施工和设备的影响主要表现在“孤石”周围岩层差异较大，易造成刀具和刀盘的损坏；“孤石”难以破碎，致使盾构掘进受阻、偏离线路或造成地面升降。其主要处理措施为：1）采用地质钻机或地质雷达进行地质补勘，探测出“孤石”的方位、形状和里程，为后期施工提供必要的参考依据。2）在思想上高度重视、认真对待，从保护盾构机和周边建筑物的角度出发制定施工措施，在掘进过程中通过观察、倾听、仪表数据显示等方式判断盾构机所处的状态及切“孤石”的情况。3）盾构机遇到“孤石”后掘进速度放慢，尽量以低掘进速度和高转速的掘进方式，并严格控制刀具的切入量，随时监测刀具和刀盘的受力状态，以免造成刀具损坏和地面沉降。4）出现刀盘被卡住的情况时，通过正反转的方式慢慢解决；刀盘正、反转的过程启动速度要慢，使刀盘尽量“软启动”；正、反转的过程中应有耐心，不得急燥。5）在判断“孤石”切削完成后，不能转动螺旋输送机以防止螺旋输送机被卡住，而是在停止推进的情况下转动刀盘，以使切削下来的“孤石”块状物在刀盘土仓内被“搅拌臂”充分破碎。6）如“孤石”在软弱地层中随刀盘一起滚动，可利用地质超前钻机对周围软弱地层加固后再进行掘进。7）如果分析判断以上
措施均不能奏效，则应进行超前爆破或通过开仓对掌子面进行人工处理，人工处理前如地层稳定性较差，则进行预加固。
五、盾构通过破碎带
根据长株潭城际铁路工程地质情况调查，湘江隧道多处通过破碎带，其中湘江段左右线各有一段240m左右的破碎带，破碎带埋深大约在12m～25m范围，岩体破碎富水，节理裂隙发育，风化厚度大，为风化带，且强度不均。这类地段施工过程中存在掌子面易坍塌、击穿覆土；坍塌堵仓和江底贯通等风险。
通过破碎带地层的主要技术措施如下：
图3 先后行隧道交替加固示意图
1）采用均衡快速通过的措施，尽量减少盾构开挖对前方围岩的扰动，确保掘进前方掌子面土体的稳定。
2）破碎性围岩收缩性比较大，如果中途停机则盾壳易抱死，因此盾构通过破碎带地层前进行刀具和盾构设备关键系统等进行彻底检修，确保盾构通过该地层时无故障。
3）针对左右线都存在破碎带，采用相邻隧道交替预加固的方法，确保土体稳定，盾构通过时达到比较理想的效果。先行隧道盾构掘进受阻，则对后行隧道破碎带进行洞内钻孔加固，后行隧道盾构超前掘进；后行隧道盾构掘进受阻，则对先行隧道进行钻孔加固。如此交替进行，直至通过破碎带。具体施工情况如图3所示。
4）对地表和周边建筑物进行连续监测，及时将信息反馈并优化掘进参数，同时充填管片与地层之间的环形间隙，控制地表沉陷。调整土仓压力，保持土压平衡并防止管片拼装时盾构机后退，保证隧洞掌子面稳定。
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