軟土復合地層盾構機滾動角糾正施工技術

王建忠

（新大陸科技集團有限公司，福建 廈門 361006）

1 工程概況

福州地鐵4 號線會展中心站～林浦站區(qū)間左線全長1562.562m，右線全長1552.325m。區(qū)間線路最小曲線半徑R450，最大縱坡27‰，隧道埋深10.7～21.4m，區(qū)間主要穿越地層為含泥中細砂、淤泥質(zhì)土。

2 項目進展情況

2.1 會林左線情況

2.1.1 滾動角變化

2020 年7 月4 日，會林區(qū)間左線盾構機在掘進至701 環(huán)后，滾動角持續(xù)增大。采取常規(guī)動作右轉(zhuǎn)刀盤，未實現(xiàn)滾動角減??；不論左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)刀盤，均未見滾動角減??；至7 月6 日掘進至721 環(huán)，滾動角達到17mm/m。各環(huán)掘進完成滾動角大小變化如圖1。

圖1 會林左線盾構機滾動角變化情況

2.1.2 地層情況、線路設計

地層情況：滾動角增大掘進地層為（含泥）中細砂＜2-4-6＞、淤泥質(zhì)土＜2-4-2＞，見圖2、圖3。

線路設計：平曲線：R700 圓曲線左轉(zhuǎn)；縱斷面：4.811‰上坡。

圖2 會林左線滾動角增大地質(zhì)縱斷面圖

圖3 會林右線709 環(huán)切口與會林左線709 環(huán)切口地質(zhì)橫斷面圖

2.1.3 推力、扭矩變化（見圖4）

平均推力為1270t，平均扭矩為839kN/m。

圖4 會林區(qū)間左線701 至728 環(huán)推力及扭矩的變化情況

2.2 會林右線情況

2.2.1 滾動角變化

2020 年10 月17 日，會林區(qū)間右線盾構機在掘進至1084 環(huán)后，滾動角持續(xù)增大。采取常規(guī)動作右轉(zhuǎn)刀盤，未實現(xiàn)滾動角減?。徊徽撟筠D(zhuǎn)右轉(zhuǎn)刀盤，均未見滾動角減小；至10 月27 日掘進至1143 環(huán)，滾動角達到4.14°（1°=17.45mm/m）。各環(huán)掘進完成滾動角大小變化如圖5。

圖5 會林右線盾構機滾動角變化

2.2.2 地層情況、線路設計

地層情況：滾動角增大掘進地層為（含泥）中細砂＜2-4-6＞、淤泥質(zhì)土＜2-4-2＞，見圖6、圖7。

線路設計：緩和曲線：直線→R450 圓曲線右轉(zhuǎn)；縱斷面：4.86‰上坡→27‰上坡。

圖6 會林右線滾動角增大地質(zhì)縱斷面圖

2.2.3 推力、扭矩變化（見圖8）

會林區(qū)間左線1084～1143 環(huán)平均推力為1723t，平均扭矩為1080kN/m。

圖7 會林右線1132 環(huán)切口與會林左線1132 環(huán)切口地質(zhì)橫斷面圖

圖8 會林右線1084 至1143 環(huán)推力扭矩變化圖

3 原因分析

（1）針對會林左線滾動角的增大，通過對地質(zhì)斷面的分析，可判斷左側(cè)斷面的含泥中細砂高于右側(cè)，地層分界線呈斜面。盾體左側(cè)摩阻力大于右側(cè)，故盾構機滾動角更容易往右側(cè)旋轉(zhuǎn)。

（2）會林左線盾構處于“2-4-6”含泥中細砂、淤泥質(zhì)土地層，“2-4-6”含泥中細砂地層含砂率低，渣樣中幾乎未見砂，推進時刀盤扭矩小，不足以提供盾體扭轉(zhuǎn)所需反扭矩值。

（3）針對會林右線滾動角增大，通過斷面圖分析，可知當時地層處于全斷面淤泥質(zhì)土地層中，可初步判定盾構機重心偏右，在淤泥質(zhì)土中不足以提供盾體扭轉(zhuǎn)的反扭距[1-5]。盾體重心偏向見圖9。

圖9 盾構機盾體重心偏向示意圖

（4）淤泥質(zhì)土流塑性較高，刀盤切削巖體后，盾構與圍巖間隙未及時填充，圍巖未能給盾構機身提供足夠大的握裹摩擦力。

（5）盾尾管片未穩(wěn)固，千斤頂帶動管片旋轉(zhuǎn)。管片未能提供使盾體回正的反扭矩。

4 施工措施及效果檢查

4.1 施工措施

（1）在盾尾倒數(shù)第三、第四環(huán)注雙液漿，穩(wěn)定成型管片；

（2）在前、中盾左側(cè)（人倉副倉和倉外）進行堆載（螺桿，2t）；

（3）利用拼裝機抓舉頭吊裝一塊標準塊（3.7t）旋轉(zhuǎn)至左側(cè)8～9 點時鐘方向；

（4）開啟超挖刀，減小盾體向左旋轉(zhuǎn)的阻力，設定開啟角度為6～9點時鐘范圍，設置伸出行程為20mm；超挖后減少了地層左側(cè)和底部對盾體的包裹力，盾體合力方向指向左下角。盾心糾正變化見圖10。

圖10 盾體重心糾正后變化示意圖

（5）向右旋轉(zhuǎn)刀盤；

（6）減少泡沫注入量，防止泡沫噴嘴堵塞，一路一路打即可（目的是增大刀盤扭矩）；

（7）增大土倉壓力，以此來增加刀盤扭矩和增加土體對盾體的包裹性、增大其摩擦力。

4.2 效果檢查

會林區(qū)間左線于722 環(huán)采取相關措施后，在729 環(huán)掘進完成后，滾動角糾正到-1mm/m。采取措施后滾動角變化情況如圖11。

圖11 會林左線盾構機滾動角變化（采取措施后）

會林區(qū)間右線于1044 環(huán)采取相關措施后，在1165 環(huán)掘進完成后，滾動角糾正到-0.03°。采取措施后滾動角變化情況如圖12。

圖12 會林右線盾構機滾動角變化（采取措施后）

5 結束語

在后續(xù)掘進復合地質(zhì)（地質(zhì)斷面圖呈斜面）或全斷面淤泥質(zhì)土過程中，應做好以下幾點：

（1）做好渣土改良，保證刀盤提供足夠的反扭矩。可通過增減泡沫注入量來減小或增加扭矩。

（2）通過增加土壓提高渣土密實度，增加刀盤扭矩、提高周圍土體對盾體的包裹性，增加其摩擦力。

（3）在前、中盾堆載，讓盾體重心左移或右移。

（4）在盾尾注入雙液漿穩(wěn)固管片，以提供盾體扭轉(zhuǎn)的反扭矩。

（5）適時開啟超挖刀，改變盾體扭轉(zhuǎn)的合力方向。

（6）若地層處于全斷面淤泥、淤泥質(zhì)土時，出現(xiàn)該現(xiàn)象，再輔以翻閱掘進記錄表刀盤往左和往右旋轉(zhuǎn)的環(huán)數(shù)。若有一個轉(zhuǎn)向環(huán)數(shù)明顯大于另一轉(zhuǎn)向，可判定盾構機重心偏左或者偏右。刀盤向糾偏方向旋轉(zhuǎn)，機身重心產(chǎn)生的扭矩大于刀盤反扭矩以及地層對盾構機的握裹扭矩，致使盾構機前進過程中滾動角持續(xù)增大。

（7）重新選擇臨界點，已知滾動角較難調(diào)整，盾構機滾動角處于剛糾偏后的狀態(tài)。如：滾動角為0，左轉(zhuǎn)一環(huán)滾動角變?yōu)?；滾動角為0，右轉(zhuǎn)一環(huán)滾動角變?yōu)?5。（3-5）/2=-1，以-1 作為臨界點，滾動角＜-1，刀盤往左轉(zhuǎn)，否則右轉(zhuǎn)刀盤。