土压平衡式盾构机掘进中的一些问题及防治

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。

土压平衡盾构机盾尾渗漏原因分析及预防措施摘要：随着社会经济的不断发展和进步，科学技术的发展也得到了飞跃。

城市作为人类生活的空间，交通设施建设的重要性也就不言而喻了，城市的飞速发展及现代化，隧道在城市中的建设施工也越来越多。

而在隧道盾构法的施工过程中，如果土压平衡盾构机发生了地下水、泥浆、油脂等污物渗漏的情况，必然会对施工中的掘进工作带来不良的影响，极大地影响盾构施工进度，特别是这些污物如果通过盾尾和隧道中安装的管片间间隙的泄漏，必然会对隧道盾构机的施工安全和使用寿命造成极大的威胁。

不仅如此，盾尾渗漏的现象还会影响隧道的防水性能，而且造成地表土壤的沉降和隆起现象。

本文就土压平衡盾构机盾尾渗漏的原因进行分析和探讨，并结合具体的施工工作提出一些可供参考的意见和措施，保证隧道盾构法施工的工程质量安全和使用寿命。

关键词：土压平衡；盾构机；盾尾渗漏；原因分析；预防措施中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：一、土压平衡盾构机的施工原理土压平衡盾构机的原理实际上是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘来运行工作的，土压平衡盾构机全断面切削刀片通过将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内达到使舱内具有一定的压力来实现与开挖面水土压力平衡的作用，从而以减少盾构推进对地层土体的扰动方式来达到控制地表沉降良好效果，土压平衡盾构机在出土时则是由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续不断的将土渣排出。

螺旋运输机一般是利用转速的控制来控制出土量的多少，因此，出土量与土压平衡盾构机前面的全断面切削刀片速率配合的十分紧密，从而有力的保证了密封舱内合理的泥土容量，使密封舱内有足够的泥土而又不会出现饱满导致问题发生的状况。

土压平衡盾构机的利用避免了局部气压盾构主要缺点及问题的出现，也极大地节约了投资成本，就是节约了用于泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备的投资和使用。

特别需要注意的是在盾构在进行掘进工作时，如果土压平衡盾构机的掘进速度超出出土速度，必然会导致地表土壤的隆起；反之，土压平衡盾构机的绝掘进速度小于出土速度时，就导致土压力降低、地面沉降降幅加大的现象。

盾构施工中常见的问题及处理措施前言盾构施工工法在国内近年流行的机械化施工作业，由于盾构工法较传统的矿山法施工作业安全、自动化程度高、工人劳动强度低，越来越受施工单位欢迎。

盾构工法经过在国内多年的施工实践，盾构工法逐步被人们所认识和了解，虽然盾构工法有很多的优点，但其缺点也不少，如盾构施工中发生错台、管片破损等质量问题，没法返工，留下工程永久性的质量缺陷，质量问题重点为预控。

因此，施工过程中的风险管理越来越受人们所重视，不断探索施工风险预控制技术，不但可以提供施工质量水平和企业的技术管理水平，同时有利于避免质量、安全事故，降低施工成本。

风险管理关键在于发现问题，分析问题，采取应对措施和预防措施，总结经验，不断提高工程风险的管理。

现本文以表格的形式对盾构施工过程中的一些质量问题分类概述，并找出问题产生的原因，进而提出处理措施。

见下表：质量问题产生的原因处理措施出洞段拆除封门时出现涌水、流砂封门外侧加固土体强度低1.创造条件使盾构尽快进入洞口，并对洞门圈进行加固封堵，如双液注浆、直接冻结等2.加强监测，观测封门附近、工作井和周围环境的变化。

3.加强工作井的支护结构体系地下水发生变化封门外土体暴露时间太长洞口土体流失洞口土体加固效果不好1.洞口土体加固应提高施工质量，保证加固后土体强度和均匀性；2.洞门密封圈安装要准确，在盾构推进的过程中要注意观察，防止盾构刀盘的周边刀割伤橡胶密封圈；密封圈可涂牛油增加润滑性；洞门的扇形钢板要及时调整，改善密封圈的受力状况；3.在设计、使用洞门密封时要预先考虑到盾壳上的凸出物体，在相应位置设置可调节的构造，保证密封的性能；洞口密封装置失效掘进面土体失稳盾构推进轴线偏离设计轴线盾构基座变形1.盾构基座中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向保持一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处；2.对基座框架结构的强度和刚度进行验算，以满足出洞时盾构穿越加固土体所产生的推力要求；3.控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；4.盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求；5.在推进过程中合理控制盾构的总推力，使千斤顶合理编组，避免出现不均匀受力盾构后靠支撑发生位移或变形出洞推进时盾构轴线上浮后盾系统出现失稳反力架失效1.对体系的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算。

土压平衡式盾构机异常现象产生原因和处理方法汪茂祥(中铁十六局集团机械维修中心,北京100018)[中图分类号]　U45513+9　[文献标识码]　C　[文章编号]　10012554X(2003)0520032202Abnormal phenomena cause and its treatment for soil balance shield machineWAN G Mao2xiang土压平衡式盾构机是依靠开挖面土层的压力与泥土仓土体作用在开挖面上的压力相平衡以保持开挖面相对稳定而不致坍塌的原理来工作的。

它主要适用于软土地层的隧道施工,具有公害少、安全和适应性强,而且开挖时可以控制地面沉降,减少对地面建筑物的影响等优点。

目前正广泛地应用于我国和世界各国城市地铁的施工建设。

在土压平衡式盾构机的实际操作中,常会遇到一些异常现象,笔者根据自己实际操作经验,对异常现象产生原因及其相应的处理方法归纳总结如下。

(1)盾构机正常推进时,泥土仓内土压大幅度突降。

产生原因:这是由于泥土仓内空气含量较多,泥土仓的土压主要由空气压力形成,而且泥土仓内含有大量的水,泥水混合液很稀,压力空气容易穿过稀泥进入螺旋输送机前闸门(入土闸门),通过螺旋输送机从其后闸门(出土闸门)迅速喷出,使泥土仓内压力空气瞬时大量释放,导致泥土仓内的土压大幅度突降;在较松软的地质中,泥土仓内的大量压力空气有时会通过盾构机外壳的松软土层向盾尾方向移动,最后在中盾和尾盾连接处穿过尾盾的密封条向盾构机内部释放压力空气,也会造成泥土仓内的土压大幅度突降。

处理方法:遇此情况时,螺旋输送机应立即停止出土,关闭螺旋输送机及其出土闸门。

盾构机继续往前推进,使泥土仓土压尽快恢复至正常值,以保持开挖面土层的稳定,防止由于泥土仓压力突降而引起地层发生变化,引起地表面出现较大幅度沉降。

同时在操作中,应根据土质情况和刀盘扭矩的大小,减小泥土仓内的加水量,调整泡沫系统中空气的比例,并减小泡沫量,降低泥土仓内水和空气的含量。

城市建筑工程近年来随着国内盾构机生产及施工水平的不断提高，盾构法施工在国内隧道工程施工中得到了越来越广泛的应用。

虽然国内盾构法施工技术已基本成熟但是施工中大大小小的事故还是频繁发生，其主要原因之一便是行业发展太快，相关技术管理人员储备不足，部分技术管理人员对盾构法施工经验不足，对盾构法施工原理掌握不够，遇到突发事件处理不当；针对这种情况本文就土压平衡盾构机施工中常见突发事件的形成原因及处理方法加以探讨和总结，希望能为部分同仁提供一定的帮助。

一、土压平衡盾构机几种常见突发情况及原因分析1.刀盘不转。

a、刀具损坏、脱落，造成扭矩突然增大，当大于其安全扭矩时，刀盘停止旋转，再次启动困难。

b、盾构掘进结束后，立即停止刀盘旋转，停机扭矩过大。

c、掌子面的突然坍塌或失稳造成刀盘被卡住。

d、渣土改良不好。

e掘进复合地层刀盘贯入度过大，导致刀具被地层卡住。

f止浆板损坏注浆浆液逆流到掌子面，或地层加固浆液进入掌子面，盾构停机时间较长时浆液凝固把刀盘裹住。

g 遇到孤石、异物或建（构）筑物被卡。

h急停按钮被按下或设备故障。

2.盾体卡死。

a、刀具、刀盘磨损严重，开挖直径不足。

b、地层中异物挤压卡住盾体。

c、转弯时盾体与地层干涉。

d、盾尾间隙未控制好，盾尾与管片干涉。

e、盾构长时间停机，盾体被注浆浆液或地层加固浆液包裹。

3.主轴承密封损坏。

a、设计不合理、制造过程存在缺陷。

b、盘、土仓结泥饼后土仓温度持续居高不下。

c、地层中存在坚硬的异物，异物进入土仓造成轴承部位损坏。

d、盾构机操作人员没有掌握渣土改良效果，没有实时观测土仓和渣土温度。

e、设备运转过程中没有及时足量的注入油脂或油脂质量不达标，杂物进入密封。

f、冷却水循环未起效果，密封温度长期过高。

4.盾尾密封失效。

a、盾尾密封设计不合理、自身质量或安装质量存在缺陷，始发前手涂油脂质量不达标。

b、盾尾油脂质量不达标、注入量不足、注入方法不合理。

c、区间距离过长密封磨损、疲劳损坏。

盾构法施工过程中的常见问题及防治措施【摘要】随着我们国经济的快速发展，近几年地下交通运输发展形势越来越好，其施工安全问题得到广泛的关注。

因此盾构法隧道施工安全得到了一定的关注，本文主要阐述了有关盾构法施工过程中的常见问题及防治措施的一系列问题。

【关键词】盾构法，施工过程，问题，防治措施一.前言盾构推进过程中掘削参数的变化会对地层产生扰动影响，诸多物理影响是相当程度上的干扰，如果不能及时进行改善调整，周围的居民以及各种建筑物都会受到危害。

在地下工程中，盾构法起到了相当大的作用，在科技发展下，也要不断更新技术，提高盾构法施工技术水平，让交通更加便利，安全可靠。

二.盾构法的优点盾构法施工的主要优点有：①除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响：②盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少，土方量较少；③在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，有较高的经济技术优势。

三.盾构法施工过程中出现的问题1.地表沉降造成地表沉降的主要原因是施工过程中产生的地层损失引起的，地层损失包括建筑空隙及超挖或其它土层流失,具体为：(一)盾构工作面前方上体的挤入。

（二）盾构上方土体挤入因盾构外壳直径和拼装管片直径不同产生的建筑空隙。

（三）盾构纠偏引起土体超挖。

（四）盾构推进有曲率时造成土体损失。

（五）盾构推进时切口环上的突缘引起超挖。

（六）盾构推进引起土体孔隙水压力变化,或因降水引起地下水位下降,引起土体固结沉降。

2.隧道内漏水盾构隧道是由一片片独立的管片通过螺栓联接起来,管片接缝部位为防水的薄弱环节,隧道内漏水部位一般出现在管片接缝处。

产生漏水的主要原因是:管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。

3.引起管片位移衬背环形建筑空间：当管片脱出盾尾后，由于盾构掘进过程中的蛇形运动，超挖以及理论间隙，管片与地层间存在一环形建筑空间。

在软岩地层中，如果不及时进行同步注浆充环形建筑空间，拱顶围岩极有可能产生变形引起地表过量沉降。

盾构机长距离掘进是一项复杂的技术挑战，涉及到许多技术问题，如盾构机的设计、掘进参数的优化、开挖面稳定控制、隧道变形控制、注浆技术、地质勘探技术、通风技术、自动化控制技术等。

1. 盾构机的设计问题盾构机的设计是长距离掘进的基础，需要考虑到多种因素，如地质条件、掘进速度、隧道断面、掘进方向等。

盾构机的设计需要考虑到掘进的稳定性、安全性和可靠性，同时需要考虑到施工成本和效率。

2. 掘进参数的优化问题掘进参数的优化是长距离掘进的关键，需要根据地质条件、盾构机性能、开挖面稳定等因素进行优化。

掘进参数包括推进速度、刀盘转速、土仓压力、出土量等。

掘进参数的优化需要通过实验和计算进行确定，同时需要考虑到施工过程中的变化和调整。

3. 开挖面稳定控制问题开挖面稳定是长距离掘进的重要保障，需要通过多种技术手段进行控制。

开挖面稳定控制技术包括土压平衡技术、泥水平衡技术、气压平衡技术等。

开挖面稳定控制需要根据地质条件和施工情况进行选择和调整，同时需要考虑到施工成本和效率。

4. 隧道变形控制问题隧道变形是长距离掘进的重要问题，需要通过多种技术手段进行控制。

隧道变形控制技术包括注浆技术、地基处理技术、隧道结构设计技术等。

隧道变形控制需要根据地质条件和施工情况进行选择和调整，同时需要考虑到施工成本和效率。

5. 注浆技术问题注浆技术是长距离掘进中的重要技术手段，需要根据地质条件和施工情况进行选择和调整。

注浆技术包括盾尾注浆技术、管片注浆技术、二次注浆技术等。

注浆技术需要考虑到注浆材料、注浆压力、注浆量等因素，同时需要考虑到施工成本和效率。

6. 地质勘探技术问题地质勘探技术是长距离掘进的重要技术手段，需要根据地质条件和施工情况进行选择和调整。

地质勘探技术包括地质雷达技术、声波探测技术、地震波探测技术等。

地质勘探技术需要考虑到勘探精度、勘探范围、勘探成本等因素。

7. 通风技术问题通风技术是长距离掘进中的重要技术手段，需要根据地质条件和施工情况进行选择和调整。