泥水加壓平衡盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析及規(guī)避

張禮旭，楊 婕，程 慧，嚴(yán)春俠，張亞琴

1中國石油管道局工程有限公司國內(nèi)事業(yè)部，河北 廊坊

2中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1. 泥水加壓平衡盾構(gòu)施工介紹

泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要由盾構(gòu)機(jī)、高壓空氣設(shè)備、泥水循環(huán)處理設(shè)備、測量設(shè)備、供電設(shè)備及配套輔助設(shè)備等組成。泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)通過向壓力倉內(nèi)輸入帶壓力的泥漿來穩(wěn)固施工掘進(jìn)工作面，通過刀盤旋轉(zhuǎn)、懸臂刀頭或水力射流等形式進(jìn)行施工作業(yè)，開挖巖土與泥水混合通過泥漿泵運(yùn)輸?shù)降孛?，通過泥水分離后泥漿循環(huán)使用。利用千斤頂推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，達(dá)到盾構(gòu)掘進(jìn)施工的目的。泥水加壓平衡盾構(gòu)適用于各種地層施工。

2. 始發(fā)施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析及技術(shù)措施

2.1. 始發(fā)基座變形

1) 產(chǎn)生原因分析。始發(fā)基座中心夾角的軸線與設(shè)計(jì)的隧道施工軸線不平行；始發(fā)基座的剛度、穩(wěn)定性或局部構(gòu)件的強(qiáng)度不能滿足始發(fā)的要求；盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中姿態(tài)控制不到位；始發(fā)基座固定不牢。

2) 導(dǎo)致后果。在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中，盾構(gòu)始發(fā)基座發(fā)生變形，使推進(jìn)的軸線偏離原定的設(shè)計(jì)軸線。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。始發(fā)基座中心夾角的軸線與設(shè)計(jì)的隧道施工軸線方向一致，如始發(fā)段隧道設(shè)計(jì)軸線為曲線時(shí)，始發(fā)基座可沿設(shè)計(jì)隧道曲線的切線方向放置，取洞口內(nèi)側(cè)面為切點(diǎn)；制作的始發(fā)基座剛度和強(qiáng)度能承受始發(fā)穿越段土體的推力；在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)頭的推進(jìn)姿態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的軸線與始發(fā)基座中心夾角軸線一致；始發(fā)井的底板與始發(fā)基座的底面要墊平墊實(shí)，保證接觸面積滿足盾構(gòu)推進(jìn)的要求。

2.2. 后支撐位移及變形

1) 產(chǎn)生原因分析。后支撐在始發(fā)過程中不均勻、不對(duì)稱受力；后支撐填充不密實(shí)或混凝土強(qiáng)度達(dá)不到盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)要求；后支撐體系的部分構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度不能滿足始發(fā)的要求；負(fù)環(huán)與后支撐的接觸面不平整。

2) 導(dǎo)致后果。在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)推進(jìn)過程中，后支撐系統(tǒng)發(fā)生局部變形或位移。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)推進(jìn)前，詳細(xì)計(jì)算實(shí)際推力，通過計(jì)算對(duì)始發(fā)用的千斤頂進(jìn)行合理編組，合理控制總推力，均勻受力，對(duì)始發(fā)推進(jìn)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控；檢查后支撐各構(gòu)件連接處，縫隙用砂漿充填密實(shí)，以便千斤頂產(chǎn)生的推力均勻傳遞至豎井井壁；對(duì)制作的后支撐采用的各種構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度試驗(yàn)，嚴(yán)格控制制作過程，各構(gòu)件連接點(diǎn)牢靠，精確控制各構(gòu)件的安裝定位，確保后支撐系統(tǒng)在始發(fā)推進(jìn)過程中均勻受力。

2.3. 始發(fā)洞門鑿除過程中涌土

1) 產(chǎn)生原因分析。豎井井壁外側(cè)土體加固效果不能滿足要求，土層自穩(wěn)性不能滿足洞門鑿除所需的施工時(shí)間要求；地下水豐富，土體自穩(wěn)定性差；洞門鑿除方案選擇不合理或洞門鑿除施工進(jìn)度緩慢，造成井壁外側(cè)土體暴露時(shí)間過長。

2) 導(dǎo)致后果。洞門鑿除施工過程中，井壁外側(cè)土體涌入工作井。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。對(duì)豎井周邊進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查，制定合理的始發(fā)段土體加固方案；豎井施工過程中在始發(fā)洞門區(qū)域預(yù)留觀察孔，檢測土體加固效果，確保滿足要求后開始洞門鑿除施工；采用井點(diǎn)降水的方式，將始發(fā)段地下水位降至能保證盾構(gòu)機(jī)出洞的安全水位；制定合理的洞門鑿除方案，周密安排洞門鑿除施工，確保安全、快速鑿除；將盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭在最短時(shí)間內(nèi)推進(jìn)入洞口內(nèi)，注漿對(duì)洞門密封圈進(jìn)行封堵，減少土體流失。

2.4. 始發(fā)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線

1) 產(chǎn)生原因分析。始發(fā)段土體加固強(qiáng)度過高，造成盾構(gòu)機(jī)始發(fā)推力增加；始發(fā)時(shí)，由于推力主要集中在盾構(gòu)機(jī)下部，使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)向上；盾構(gòu)機(jī)正面推進(jìn)平衡壓力設(shè)定值過高，盾構(gòu)掘進(jìn)面土體拱起變形，造成盾構(gòu)推進(jìn)軸線上浮。

2) 導(dǎo)致后果。盾構(gòu)始發(fā)段的推進(jìn)軸線偏離隧道設(shè)計(jì)軸線，影響隧道成型質(zhì)量。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。加強(qiáng)土體加固施工過程質(zhì)量控制，確保土體的加固強(qiáng)度均勻，避免產(chǎn)生局部強(qiáng)度過硬；盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)，掘進(jìn)面壓力控制在0.15 MPa以下，減少盾構(gòu)推進(jìn)阻力；在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)推進(jìn)過程中，及時(shí)安裝盾構(gòu)機(jī)上部后盾支撐，平衡推力；進(jìn)行盾構(gòu)環(huán)片拼裝時(shí)加裝楔子，對(duì)環(huán)片與推進(jìn)軸線的垂直度進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)糾偏。

2.5. 始發(fā)時(shí)洞口土體大量流失

1) 產(chǎn)生原因分析。始發(fā)段土體加固強(qiáng)度未達(dá)到施工要求，隔水效果差；在鑿除豎井洞門混凝土后，盾構(gòu)機(jī)未能及時(shí)推入洞門，掘進(jìn)面土體失去支護(hù)造成塌方；洞門密封裝置安裝不到位；洞門密封裝置強(qiáng)度不能滿足始發(fā)要求，受擠壓破損失效；始發(fā)推進(jìn)壓力設(shè)置過高，破壞洞門密封裝置。

2) 導(dǎo)致后果。始發(fā)掘進(jìn)過程中土體涌入始發(fā)井，造成豎井外側(cè)地面沉降。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。制定可行的洞口土體加固方案，施工過程中嚴(yán)格控制土體加固的強(qiáng)度和均勻性；充分做好各項(xiàng)始發(fā)準(zhǔn)備工作，周密安排洞門鑿除施工各工序，緊密施工；密封圈安裝準(zhǔn)確，防止盾構(gòu)機(jī)刀盤割傷密封圈；密封圈涂抹潤滑油；改善密封圈的受力狀況；盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入土體加固區(qū)時(shí)，適當(dāng)降低掘進(jìn)面泥水壓力；及時(shí)進(jìn)行注漿堵漏。

2.6. 盾構(gòu)機(jī)過量自轉(zhuǎn)

1) 產(chǎn)生原因分析。盾構(gòu)機(jī)重心不在垂直中心線上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩；始發(fā)段掘進(jìn)面地質(zhì)情況不同，阻力不一致，造成推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生附加的旋轉(zhuǎn)力矩；在始發(fā)掘進(jìn)時(shí)，刀盤連續(xù)長時(shí)間同一轉(zhuǎn)向，造成盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)運(yùn)動(dòng)中自旋轉(zhuǎn)；安裝的后配套推進(jìn)千斤頂組軸線與盾構(gòu)機(jī)軸線不平行。

2) 導(dǎo)致后果。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)入洞后，與后續(xù)配套的各種設(shè)備機(jī)械、拖車無法連接，盾構(gòu)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，測量、環(huán)片拼裝困難。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。對(duì)安裝在盾構(gòu)主機(jī)內(nèi)的各種設(shè)備的重量和位置進(jìn)行驗(yàn)算，合理布置，或加裝配重調(diào)整重心位置；掘進(jìn)過程中監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)的自轉(zhuǎn)角度，及時(shí)調(diào)整刀盤的運(yùn)轉(zhuǎn)方向；調(diào)整千斤頂編組來控制盾構(gòu)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。

2.7. 盾構(gòu)機(jī)后退

1) 產(chǎn)生原因分析。盾構(gòu)機(jī)千斤頂組自鎖性能不能滿足要求，引起千斤頂回縮；千斤頂組的推力小于掘進(jìn)面的水土壓力；盾構(gòu)機(jī)分節(jié)組裝時(shí)，千斤頂組回縮時(shí)防后退推力控制不到位。

2) 導(dǎo)致后果。掘進(jìn)面壓力下降，引起地面沉降；盾構(gòu)機(jī)后退、井內(nèi)大量涌土涌水引發(fā)安全事故。

3) 技術(shù)規(guī)避措施。選用滿足施工要求的盾構(gòu)千斤頂組，做好千斤頂組的維修保養(yǎng)；施工前詳細(xì)計(jì)算掘進(jìn)面水土壓力，選用的推進(jìn)用臨時(shí)千斤頂組推進(jìn)力大于掘進(jìn)面水土壓力；掘進(jìn)到位后回縮千斤頂組時(shí)，嚴(yán)格控制千斤頂組的回縮量。

3. 結(jié)語

盾構(gòu)始發(fā)施工是盾構(gòu)隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是盾構(gòu)施工過程中應(yīng)該重點(diǎn)控制的高風(fēng)險(xiǎn)工序。在盾構(gòu)始發(fā)施工前，應(yīng)完善相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，做好充分的各項(xiàng)施工準(zhǔn)備。做好施工班組的技術(shù)交底工作，全面分析盾構(gòu)始發(fā)施工中存在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)消減措施。