取水盾構(gòu)施工中的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

徐 明

（江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210024）

目前隧道盾構(gòu)施工除在城市地鐵工程大量應(yīng)用外，在大型火力發(fā)電廠及水廠中應(yīng)用也比較廣泛。這些項(xiàng)目盾構(gòu)設(shè)備投入相對(duì)簡(jiǎn)易，在施工中容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)安全隱患。針對(duì)隧道盾構(gòu)施工質(zhì)量和安全的控制，就要了解取水隧道特點(diǎn)和控制要點(diǎn)，分析盾構(gòu)施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，采取應(yīng)對(duì)措施。筆者就質(zhì)量和安全控制方面闡述在取水隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中的一些體會(huì)。

1 取水隧道特點(diǎn)

大型電廠或水廠取水隧道盾構(gòu)施工與城市地鐵、過(guò)江隧道主要施工原理基本相同，但又有其不同的特點(diǎn)。這些項(xiàng)目位于長(zhǎng)江或海邊，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，單根掘進(jìn)距離都較長(zhǎng)，屬于長(zhǎng)距離海底或江底隧道。取水隧道一般工期都較緊，工程造價(jià)較低，盾構(gòu)設(shè)備投入簡(jiǎn)易，技術(shù)措施簡(jiǎn)單，施工過(guò)程對(duì)質(zhì)量、安全控制較難。盾構(gòu)法取水隧道施工主要有如下特點(diǎn)。

(1)長(zhǎng)距離隧道內(nèi)因輸電距離過(guò)長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓降，從而影響隧道內(nèi)用電設(shè)備的正常啟動(dòng)。工程盾構(gòu)排泥采用水力機(jī)械，長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工進(jìn)、排水水頭損失較大，沖泥和排泥效率降低。長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工，隧道內(nèi)空氣置換困難，通風(fēng)效果不理想。

(2)盾構(gòu)出洞是隧道施工的難點(diǎn)。需要做好防護(hù)措施，對(duì)洞口段采用壓密注漿地基加固措施。同時(shí)需要注意加固范圍和強(qiáng)度，防止出洞下沉和出洞困難。

(3)穿越防洪大堤是隧道施工的重點(diǎn)。盾構(gòu)通過(guò)大堤時(shí)土方不平衡，容易引起大堤下沉和滲漏。所以對(duì)大堤需進(jìn)行帷幕壓密注漿加固措施，防止大堤沉降滲漏，并需要通過(guò)水利部門(mén)審查認(rèn)可。

(4)取水盾構(gòu)隧道施工大部分都要穿越粉砂層，頂進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大頂力。粉砂層的滲透系數(shù)大，盾尾可能會(huì)出現(xiàn)漏水、漏砂現(xiàn)象。在江底或海底掘進(jìn)，應(yīng)考慮水壓力和土壓力。必要時(shí)需要采取防滲漏措施和防漂浮措施。

(5)取水隧道分為水平盾構(gòu)和垂直頂升；水平盾構(gòu)又分為標(biāo)準(zhǔn)段和特殊段。特殊段采用特殊管片，并預(yù)留垂直頂升出口。在標(biāo)準(zhǔn)段和特殊段掘進(jìn)完成后，采用特殊的頂升裝置方可垂直頂升。需要重點(diǎn)檢查止水系統(tǒng)的安裝、頂升垂直度，在頂升過(guò)程中對(duì)隧道進(jìn)行沉降觀測(cè)。

(6)在垂直頂升施工結(jié)束并完成隧道內(nèi)相關(guān)工作后，可進(jìn)行隧道通水并開(kāi)始取水頭水上安裝工作。取水頭與立管頂頭管節(jié)通過(guò)法蘭連接，取水頭四周采用挖泥拋石防沖刷保護(hù)，鋼結(jié)構(gòu)管片及立管采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)。

2 盾構(gòu)施工中的常見(jiàn)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)措施

取水隧道由于其項(xiàng)目的特性和特點(diǎn)，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，既有一些共性的(如盾構(gòu)機(jī)選型、軸線標(biāo)高偏差、土方平衡與掘進(jìn)速度等方面)存在的問(wèn)題，又有一些特性的(如出洞防磕頭措施、大堤沉降保護(hù)措施、同步注漿、垂直頂升等方面)存在的問(wèn)題。筆者以下針對(duì)這些盾構(gòu)施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，分析原因并采取相對(duì)應(yīng)的控制措施。

2.1 盾構(gòu)機(jī)配套選型

盾構(gòu)機(jī)的選型是能否順利掘進(jìn)的關(guān)鍵。不同項(xiàng)目會(huì)選擇先進(jìn)程度不同的盾構(gòu)機(jī)，而且盾構(gòu)機(jī)的選型與地質(zhì)有很大的關(guān)系，不同的土層(如粉砂土、黏土、淤泥質(zhì)土)所選用的盾構(gòu)機(jī)頭土方平衡方式不同。如果沒(méi)有認(rèn)真研究地質(zhì)土層，對(duì)土性認(rèn)識(shí)不足，就可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)選型不當(dāng)、不能適應(yīng)土層，造成掘進(jìn)過(guò)程中不能發(fā)揮作用的情況發(fā)生。盾構(gòu)機(jī)的選型是否合適，配套設(shè)施是否完善，直接影響到工程的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。

泥水盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)、氣壓平衡盾構(gòu)是當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)的主流產(chǎn)品。在電廠取水隧道中使用較多的網(wǎng)格式氣壓平衡盾構(gòu)機(jī)，采用氣壓結(jié)合水利機(jī)械沖泥。這種盾構(gòu)機(jī)較適宜在砂性土中施工，有制造成本低、操作簡(jiǎn)便，容易改造維修等特點(diǎn)。同時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)中可根據(jù)不同項(xiàng)目地質(zhì)情況加以完善和改進(jìn)。

影響盾構(gòu)機(jī)配套選型的主要因素有土質(zhì)條件、地下水的含量、隧道長(zhǎng)度和線形、后續(xù)設(shè)備與盾構(gòu)機(jī)的配套能力、工作環(huán)境等。因此施工前應(yīng)對(duì)本工程的地質(zhì)情況和周邊情況加以了解，同時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的性能及隧道的配套系統(tǒng)加以研究，應(yīng)檢查設(shè)備狀況是否良好，備品配件是否充足，各項(xiàng)配套設(shè)施是否完善。

2.2 出洞防磕頭

盾構(gòu)出洞是整個(gè)隧道施工中技術(shù)難度大、工序較復(fù)雜，又有一定風(fēng)險(xiǎn)的施工階段。盾構(gòu)機(jī)由泵房預(yù)留的洞口進(jìn)行出洞。由于自重以及洞外土質(zhì)松軟，如果沒(méi)有采取加固措施，出洞口往往出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。機(jī)頭突然磕頭下沉造成盾構(gòu)初始姿態(tài)改變，導(dǎo)致盾構(gòu)剛出洞軸線和標(biāo)高就嚴(yán)重偏移，引起隧道掘進(jìn)困難。鑒于以上問(wèn)題，施工中一般采取洞口鋼封門(mén)加固和洞外土體加固措施。

在泵房出洞口采用工字鋼作為擋土鋼封門(mén)，下沉后在洞口外施打鋼板樁進(jìn)行止水。同時(shí)，對(duì)鋼封門(mén)進(jìn)行止水并對(duì)洞口加固。常采用壓密注漿對(duì)洞口地段地基加固。要注意加固范圍應(yīng)去除盾構(gòu)掘進(jìn)區(qū)域，因注漿的流動(dòng)性，控制加固體強(qiáng)度不應(yīng)過(guò)高，以免出洞困難。

此外，施工中要注意盾構(gòu)初期的掘進(jìn)速度，要緩慢平穩(wěn)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)切入止水橡膠簾布時(shí)才可拔除止水鋼板樁；鋼板拔除后立即回填并及時(shí)加注漿液，以防止地面塌陷。盾構(gòu)在加固區(qū)推進(jìn)，要保持盾構(gòu)姿態(tài)，防止盾構(gòu)姿態(tài)急驟改變，以勻速、慢速推進(jìn)為主。

2.3 大堤沉降保護(hù)

取水隧道一般都要穿過(guò)大堤，而防洪大堤是水利的重要保護(hù)設(shè)施，所以穿越大堤是盾構(gòu)施工的難點(diǎn)。在穿越期間，如控制不好土方平衡，就會(huì)出現(xiàn)塌方下沉；如防洪防汛期間堤身?yè)p壞，造成大堤下沉裂縫甚至大面積垮塌滲漏，后果不堪設(shè)想。

控制海堤或江堤沉降、防止堤身?yè)p害，是盾構(gòu)穿越大堤施工的關(guān)鍵。由于盾構(gòu)穿越大堤施工的擠土作用或水土流失的影響，容易造成大堤下土層的變形，因此一般在大堤軸線采取壓密注漿的加固補(bǔ)強(qiáng)措施，形成帷幕保護(hù)，以最大限度減少隧道施工對(duì)大堤的影響。但是，要注意加固范圍要去除盾構(gòu)掘進(jìn)區(qū)域，以防掘進(jìn)困難。

盾構(gòu)掘進(jìn)經(jīng)過(guò)大堤底部區(qū)域時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制各項(xiàng)施工參數(shù)，控制掘進(jìn)速度；要保持土體和氣壓平衡，避免欠挖和超挖，減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)地層的擾動(dòng)。盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，在隧道內(nèi)通過(guò)襯砌壓漿孔及時(shí)跟蹤壓漿、二次補(bǔ)漿，形成加強(qiáng)箍，將盾構(gòu)通過(guò)后盾構(gòu)間隙的土體損失減少到最少。在掘進(jìn)過(guò)程中若出現(xiàn)涌土征兆，應(yīng)及時(shí)采用氣壓掘進(jìn)的方式穩(wěn)定開(kāi)挖面，防止開(kāi)挖面塌方，從而防止地層出現(xiàn)大的變形。

應(yīng)建立沉降報(bào)警體系，在圍堤上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)和沉降觀測(cè)斷面，進(jìn)行與施工同步的跟蹤監(jiān)測(cè)，用測(cè)量數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)。盾構(gòu)過(guò)大堤時(shí)，要將地表變形量嚴(yán)格控制在要求范圍以?xún)?nèi)。一旦出現(xiàn)大堤塌陷，應(yīng)立即采取回填；必要時(shí)采取壓密注漿加固處理。穿越大堤后，還需進(jìn)行跟蹤沉降觀測(cè)，評(píng)估大堤殘余沉降對(duì)隧道的影響，直至大堤穩(wěn)定。

2.4 土方平衡與掘進(jìn)速度

盾構(gòu)機(jī)的穩(wěn)妥推進(jìn)以及控制沉降塌方，主要依靠土方平衡來(lái)進(jìn)行控制。如何保證出土量與掘進(jìn)速度相一致即土方平衡也是盾構(gòu)施工中的難點(diǎn)。出土量多了易引起塌方、沉降及軸線偏差；出土量少了會(huì)帶來(lái)頂力增大和掘進(jìn)困難。同樣，速度慢了，外壁摩阻力會(huì)增大，導(dǎo)致頂進(jìn)困難；但速度快了，掘進(jìn)質(zhì)量和軸線偏差不易保證。

控制土壓盾構(gòu)排土量的基本原則，首先要滿(mǎn)足保持盾構(gòu)土體開(kāi)挖量和排土量的平衡，保持盾構(gòu)艙內(nèi)土壓與開(kāi)挖面前方土水總壓力保持平衡。在掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整土壓力，同時(shí)結(jié)合格柵外土層壓力傳感器數(shù)值，控制掘進(jìn)速度和進(jìn)土量，根據(jù)土方量的檢測(cè)來(lái)調(diào)整掘進(jìn)速度，保證土方平衡，進(jìn)而達(dá)到對(duì)軸線和地層變形的控制。其次，盾構(gòu)掘進(jìn)速度應(yīng)與地表控制的塌陷值、出土量、正面土壓平衡調(diào)整值、同步注漿等相協(xié)調(diào)。要根據(jù)出土量和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)情況來(lái)控制速度。在出洞口、過(guò)大堤、糾偏過(guò)程中、土質(zhì)變化時(shí)等階段要控制速度，不宜過(guò)快。掘進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)速度值應(yīng)盡量保持恒定，減少波動(dòng)，應(yīng)隨時(shí)掌握掘進(jìn)參數(shù)，根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)分析和控制不同階段的掘進(jìn)速度。

2.5 軸線、標(biāo)高控制及糾偏

由于土質(zhì)條件的變化或操作方面的原因，盾構(gòu)頂進(jìn)過(guò)程中軸線和標(biāo)高往往會(huì)出現(xiàn)偏差。不斷進(jìn)行糾偏時(shí)，如果糾偏過(guò)急或糾偏方式不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致越糾越偏，或糾偏過(guò)當(dāng)向相反方向偏移。

軸線和標(biāo)高偏差原因包括初期姿態(tài)不佳、地質(zhì)情況變化、掘進(jìn)速度過(guò)快、糾偏心態(tài)過(guò)急等。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)建立完整的測(cè)量系統(tǒng)，加強(qiáng)測(cè)量，勤糾慢糾。盾構(gòu)姿態(tài)一旦出現(xiàn)偏移，就要分析原因采取糾偏措施，但盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入海江區(qū)域前應(yīng)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)至最佳位置，穿越過(guò)程中盡量減少糾偏或不糾偏。

糾偏措施一般包括控制艙門(mén)操作、調(diào)整千斤頂?shù)慕M合、管片環(huán)面上貼片等方法。采用通過(guò)人工操作控制艙門(mén)、水槍等調(diào)整出土量來(lái)微調(diào)盾構(gòu)姿態(tài)；采用調(diào)整盾構(gòu)千斤頂?shù)慕M合來(lái)實(shí)現(xiàn)糾偏，可在偏離方向相反處，調(diào)低該區(qū)域千斤頂工作壓力，造成兩千斤頂?shù)男谐滩睿部刹捎猛ｉ_(kāi)部分千斤頂方法，獲得行程差；采用微量楔形料進(jìn)行隧道管片糾偏，隧道可采用管片環(huán)面上粘貼楔形低壓棉膠板的方法進(jìn)行糾偏。

2.6 管片破損及下沉

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中往往由于各種原因可能導(dǎo)致管片破損較多，有的甚至出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)突然下傾，管片錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重，甚至下沉，管片下沉除了影響隧道內(nèi)交通、測(cè)量外，更嚴(yán)重的會(huì)影響隧道整體強(qiáng)度，存在滲漏、透水等安全隱患。

造成管片出現(xiàn)破損或下沉原因主要有：管片原材料不合格；采取糾偏措施以及頂力很大時(shí)導(dǎo)致管片破損；前方土質(zhì)突然變化，造成機(jī)頭下沉；跟蹤注漿不及時(shí)，隧道管片的自重，造成管片整體下移；機(jī)頭操作水槍不平衡，下部沖刷過(guò)多，造成機(jī)頭部下方土方取土過(guò)多，機(jī)頭下傾，盾構(gòu)軸線下移，會(huì)造成管片突沉。

控制管片破損主要有以下措施：控制原材料質(zhì)量，包括管片材料、高強(qiáng)螺栓、封堵材料、注漿防水材料以及垂直頂升管節(jié)材料；檢查管片拼裝情況，規(guī)范操作，控制糾偏，分析管片錯(cuò)臺(tái)發(fā)生量，做到及早控制，減少管片非正常受力因素。如管片出現(xiàn)嚴(yán)重破損、錯(cuò)臺(tái)和滲漏的要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)、堵漏或加固處理，深度破損的必須更換，淺度破損需修補(bǔ)處理。

如出現(xiàn)管片下沉，一方面要根據(jù)前方土質(zhì)情況及時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)參數(shù)的改變，要對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)及時(shí)進(jìn)行糾偏，控制土方平衡，特別是機(jī)頭取土平衡，逐步糾正偏差，控制管片偏差在允許范圍類(lèi)。同時(shí)注漿要及時(shí)跟上，填充管片與土體之間的間隙。出現(xiàn)管片下沉，需要對(duì)破損管片及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，以保證隧道整體強(qiáng)度不受降低。如出現(xiàn)突沉，要及時(shí)采取壓漿加固以及鋼梁支撐加固，在嚴(yán)重區(qū)域可考慮采取加鋼內(nèi)環(huán)處理，以消除強(qiáng)度降低及滲漏等安全隱患。

2.7 同步注漿

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，土體與管片間會(huì)產(chǎn)生間隙，采用在襯砌單元與土體單元之間增加一定厚度的實(shí)體單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，且其彈性模量相對(duì)土體單元要小很多，這就是同步注漿，但在掘進(jìn)過(guò)程中往往不容易做到，一是不及時(shí)，二是注漿位置和數(shù)量不能滿(mǎn)足。

盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿和襯砌后補(bǔ)壓漿是充填土體與管片圓環(huán)間的間隙和減少后期沉降的主要手段，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。特別是大堤下及垂直頂升段的注漿，應(yīng)選擇和易性好、泌水性小、具有一定強(qiáng)度的漿液，進(jìn)行及時(shí)、均勻、足量壓注，確保其空隙得以及時(shí)和足量的充填。壓漿量和壓漿點(diǎn)視當(dāng)時(shí)的壓力值和地層變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而定，對(duì)盾構(gòu)過(guò)后局部沉降量較大的部位再進(jìn)行襯砌壁后的補(bǔ)壓漿。盾構(gòu)出洞段和盾構(gòu)穿越圍堤段采用雙液固結(jié)漿，正常掘進(jìn)時(shí)采用惰性漿。

應(yīng)控制注漿時(shí)間和速度，注漿速度由掘進(jìn)速度決定，注漿時(shí)間采用同步壓力注漿，即在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行注漿，掘進(jìn)停止后，注漿也相應(yīng)停止。

2.8 滲漏等安全問(wèn)題

取水隧道都在海底或江底施工，安全是盾構(gòu)施工重中之重，安全危險(xiǎn)源多，風(fēng)險(xiǎn)大，盾構(gòu)在頂進(jìn)過(guò)程中往往遇到障礙物、土體坍塌、空氣中毒、漂浮等安全隱患，特別是在管片之間、標(biāo)準(zhǔn)段與特殊段間、垂直頂升段、盾尾部位都可能出現(xiàn)滲漏，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致透水，給盾構(gòu)造成施工不便和安全隱患。因此，應(yīng)采取措施控制管片破損、盾尾和垂直頂升引起的滲漏。

為防止可能出現(xiàn)的管片破損，應(yīng)檢查管片制作質(zhì)量、拼裝質(zhì)量和二次注漿質(zhì)量，提高管壁抗?jié)B防水能力，同時(shí)巡視檢查管片破損程度，破損及時(shí)修補(bǔ)，如出現(xiàn)滲漏要及時(shí)通過(guò)雙液注漿和聚氨脂填堵。

盾尾是盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵部位，盾尾與管片間的鋼絲刷密封裝置長(zhǎng)時(shí)間與管片摩擦，容易損壞造成滲漏，這就要求不斷補(bǔ)充盾尾油脂以保證盾尾密封的可靠性，利用封堵材料及時(shí)封堵；加強(qiáng)盾尾姿態(tài)控制，注漿處必須和盾尾保持一定距離，以防漿液侵入盾尾鋼刷，防止變形破壞盾尾刷。

垂直頂升的防水施工是防止?jié)B、漏水的關(guān)鍵工序，檢查止水系統(tǒng)安裝質(zhì)量，一般采取的措施有加止水法蘭、內(nèi)部擋圈、氯丁橡膠圈等；止水裝置安裝，利用封堵材料及時(shí)封堵；在隧道開(kāi)口處設(shè)置縱、橫向鋼梁，防止頂升時(shí)管片變形；隧道配備足量的排水設(shè)備抽除積水。

3 結(jié) 語(yǔ)

取水隧道盾構(gòu)施工是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)比較復(fù)雜的工程項(xiàng)目。本文只是根據(jù)幾個(gè)取水盾構(gòu)工程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了在盾構(gòu)施工過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題以及所采取的措施。一些數(shù)據(jù)只是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出，不一定全面。作為施工人員和監(jiān)理人員，要了解本工程特點(diǎn)，掌握隧道盾構(gòu)施工的質(zhì)量安全控制要點(diǎn)，對(duì)工程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真分析研究，并采取積極有效的措施，才能確保隧道盾構(gòu)施工順利完成。

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