盾構施工及常見問題處理研究

沈曦

（中鐵建南方建設投資有限公司，廣東 深圳 518000）

盾構法憑借其優勢在地下施工中有著廣泛應用，通過盾構起到掩護作用，確保可安全開展開挖、襯砌等作業，且地下施工不會對地面交通等產生影響，受天氣因素干擾程度小。雖然目前盾構施工發展愈加先進、成熟，但實際施工中仍需認真分析工程實際情況，科學設計施工方案、規劃好施工流程，做好對可能出現問題的防范，嚴格開展盾構施工管理，確保工程建設水平。

1 盾構施工技術概述

暗挖作業中，經常使用盾構施工技術，通過盾構機機械化作業來推進施工，考慮到施工中巖壁的穩定性，需保障外殼、管片有足夠支撐作用，防止出現坍塌現象。同時用切削裝置開挖土體，之后用出土機械將其運出，后部用千斤頂加壓定金，拼裝預制混凝土管片，成為有效的地下施工機械化方法。

2 盾構施工選型重要性

2.1 盾構機選型

（1）地層條件。地層條件是選型的首要依據。不同類型的地層應選擇相適應的盾構機，選需考慮地質構造、巖性和地下水狀況等。通常軟土、黏土或砂質土地層以及地下水位較高地層適合泥水平衡盾構機，巖性地層則為全斷面盾構機。（2）施工環境。施工環境包括空間、隧道的長度和施工位置等，會影響盾構機的工作效率和質量。施工空間有限，選擇體積小、便于操作性、轉彎半徑小的盾構機。長隧道工程則需要考慮盾構機的可靠性和壽命。（3）工程要求。盾構機的選擇還要考慮工程實際情況，如隧道的直徑、長度、曲率半徑、掘進速度等。大直徑的隧道需要大負載的盾構機，小直徑的隧道適合小體積、進出隧道容易的盾構機。（4）盾構機自身特點。不同類型的盾構機都有其獨特的特點。例如，泥水平衡盾構機適合于地質條件較差的地層，而有壓平衡盾構機和盾構機裝載傳送帶可以提高工作效率。

2.2 刀盤刀具選擇

（1）選型標準。盾構掘進刀盤刀具的選擇需要考慮以下幾個方面，包括地質條件、硬度、傾角和含水量等工作條件。不同的工作條件需要相應的工具材料和型號。切削載荷：包括切削力和扭矩，這對刀具的強度和耐磨性有要求。規格尺寸：包括圓盤直徑、刀位數量、刀具長度和直徑等。切削性能：包括切削速度、進給速度和切削深度，需要根據工作條件和材料特性進行匹配。（2）選型建議。選擇合適的型號和材料：根據工作條件和巖石特性，選擇合適型號和材質，以確保刀具的切削性能和使用壽命。根據建議搭配尺寸：尺寸和長度過大或過小會引起損失和浪費。注意平衡：根據切割位置的數量和重心進行平衡和匹配，避免對盾構機的振動和噪音產生負面影響。定期檢查和維護：刀具長期磨損下，其切割質量和效率會降低，需定期進行檢查和更換。

3 盾構施工中常見問題處理策略

3.1 地表沉降的控制措施

（1）控制土壓平衡。盾構機開挖時，采用土壓平衡方式利于控制地表沉降控制，避免對地表建筑物產生損害。土壤倉中安裝了高度靈敏壓力傳感器，控制面板即可接收到土層壓力信息壓力并顯示，自動對比設定的土壤壓力以分析此時壓力是否合理。如果壓力過高或過低，將發出警報。因此，它可以有效地控制土壓力平衡，避免地面沉降，適合開挖軟弱復合地層使用。（2）做好刀盤設計，依據實際工程地質條件設計其形式和布置以、開口率。輪輻式設計可避免其中心形成泥餅。（3）刀盤采用變頻電機進行驅動，平穩啟動、可靠運轉。（4）采用盾尾同步注漿法將管段與開挖直徑間隙填充好，以降低沉降概率。同時，它可以防止管段向上浮動。（5）配備激光制導系統，用于精確控制盾構掘進姿態。

3.2 盾構小曲線半徑轉彎的措施

（1）使用鉸接方式將中盾和尾盾連接，可以使盾構的長徑減小，掘進作業時盾構即可靈活地進行姿勢調整，小半徑轉彎也更穩定。（2）控制好兩側油缸推力差，整體推力變小才可慢速和快速旋轉。（3）盾構機司機在掘進時，可根據地質條件和線路走向操控盾構機先做好準備姿勢，避免姿勢后續變得不良，減少校正。（4）移動測站需多加監測，防止軸誤差。（5）管段選擇好，測量標準環的軸線和車削環間角度，以確定需要增加多少車削環，之后采用十字拼接方式，直到小曲線半徑作業完成。（6）隧道沒有過渡段，它直接從直線段過渡到圓曲線。當盾構機到達一定圓曲線段時，盾構機的姿態應反向偏移至曲線內側，即預偏移。以便之后向曲線外側偏移，做好曲線段盾構姿勢調整，減少偏差。（7）在管道位移的方向上灌漿，形成可以抵抗管道偏移的壓力。漿液較快初凝，拆除待盾構機盾尾五環后，再次在右轉9 點鐘位置灌漿。

3.3 管片錯臺和破損的控制

（1）油缸的推力不宜過大，尤其是在油缸曲線外側（后中心側）。為了實現盾構機的轉彎，加大推力之后左右油缸會產生較大推力差。但此時需注意管段是否具備足夠承載力，推力超過其承載力，可能會導致管段發生斷裂。（2）油缸曲線外側容易產生較大推力，為防止引發管段斷裂問題，油缸推力要平穩收放，不可突然加大或者釋放。（3）開挖操作中將螺栓適當擰緊，有避免錯位的作用。之后再重新從中間到四邊擰緊，兩次擰緊要采用一樣的順序。屏蔽尾部拆除后再擰緊兩次，拆除次數多，需適當增加重新擰緊次數。（4）提高管道裝配施工水平。在組裝管道前，對施工操作人員做好技術交底工作。正式施工前先試組裝，檢測組裝效果和方案可行性，避免實際裝配不當引發錯位。管段組裝錯位要控制在一定范圍，一般在5mm 以內。（5）每次推進循環前后，操作人員均需開展屏蔽尾部間間隙測量作業。合理選擇管段類型，避免盾尾鋼圈刮傷管段，調整油缸支靴的位置，盡可能保證支靴完全作用在管段上。

3.4 遇到上跨、下穿如何采取保護措施

（1）上跨提前加固，以降低水平向時空效應影響。（2）下穿做好同步注漿,二次注漿，甚至三次注漿，采用自動化監測現有建筑。盾構機運行中，其施工姿態要控制好。其行進方向和速度，會對前方土體產生影響，導致其壓力產生變化，同時還會影響上部結構的壓力。因此，當需要穿過建筑物時，要對盾構施工嚴格控制，調整盾構機的姿態和各項參數使其更合理；施工中，填土層、土壤壓力不同，應選擇不同的千斤頂；遇到偏差的情況下，對千斤頂進行調整，可以改變盾構機姿態。無法通過千斤頂調整的情況下，盾構掘進鉸鏈裝置也可用于調整；操作中出現盾構姿勢偏差問題，應每次微小調整，平穩地逐步完成調整，而不是做大步調整一次完成。控制好每次調節范圍，不應超過4mm。

3.5 刀盤卡死或掘進效率變低或遇到基巖突變等情況采取措施

盾構機刀盤卡住的原因：地質條件惡劣，有大塊巖石。刀盤刀具嚴重損壞，下降不穩而卡住；管片有質量問題而卡住刀盤。

解決方法：惡劣地質條件，減速慢推，如果仍然卡住，則需要用鉆機把巖石打碎，清理掉再繼續推進；刀盤刀具損壞嚴重，要將盾構機停機，更換新刀具后再開始工作；管片質量出現問題，從刀盤處割開管片從刀盤處割開，借助升降機器清理掉，之后繼續推進。

3.6 拼裝后拼縫滲漏的處理措施

（1）管段設計時，應適當增加管段的尺寸余量，以確保其在安裝過程中具有一定的承載能力和氣密性。（2）施工解決方案：在施工現場，應嚴格控制管段的加工、安裝和支撐，以確保其氣密性。（3）材料解決方案應使用軋制管段而不是鑄造管段，以提高管段的質量和支撐能力。（4）其他解決方案：盾構施工時，應根據地質條件加強支護工作，提高管段的支護能力。當遇到水、沙子等外部條件時，應及時采取防水隔離措施，防止漏水。綜上所述，盾構隧道管片漏水是影響盾構隧道施工質量和安全的一個重要問題，需要從設計、施工、材料等多個方面予以關注和解決。只有綜合開展各項工作，才能有效避免盾構隧道管片漏水的發生。

3.7 盾構機身翻滾

造成機身翻滾的主要原因，就是在土體刀盤切削作業中，其形成一定超出盾構機結構與隧道巖壁所產生摩擦力矩的扭矩，挖掘兩個地層分界層過程中，由于其巖體性質存在較大差異，且巖體結構較穩定，較大的扭矩會導致機身翻滾，滾動幅度大，會影響管片拼裝，甚至會移動隧道中心線。

需結合實際施工情況，將刀盤扭矩減小。然后按照規定注漿，控制好注漿質量。操作刀盤時，控制好旋轉方向以及旋轉速度。

3.8 管片上浮

使用盾構機作業過程中，會影響隧道管片，導致其位置移動，表現為上浮現象。出現該問題，主要是受到了地質條件、注漿效果及其運行影響。盾構挖掘施工中會產生環形建筑結構，通常其施工采用襯背注的方式，如果施工中注漿操作中的量不足、壓力低，則會導致漿液無法全面填充環形建筑結構縫隙，尤其是隧道頂層，則會加大管片上浮記錄。在開挖積水位置過程中，也就是環形結構有積水，或者需較長時間才能填充漿液凝結，則管片容易浸入挖掘形成的坑洞中，受到超過自身重量向上的作用后，管片就會上浮。

需保障注漿漿液質量、施工品質，以確保一個完整的結構可以形成，鞏固管片和巖體結構。襯背注漿，需控制好各種配料用量，結合實際情況設計配比，并動態調整，以保障管片穩定性。

3.9 盾尾漏漿

盾尾刷產生磨損、盾尾與管片間縫隙不均勻、襯背注漿壓力超標等，是引發盾尾漏漿的常見原因。

對于該問題，首先需在正式開挖施工前，安排專人認真、全面檢查盾尾結構，如果發現密封破損，要及時更換；其次，在拼裝管片作業前，要清理盾殼表層、內部雜質，避免損害到盾尾刷；定期全面檢查盾尾密封質量，管控好盾尾油脂的壓力；最后，需定期檢查盾尾和管片間縫隙，并要保障盾構機穩定運行。

3.10 地表沉降

如果施工中土倉中壓力不足，導致無法將外部水土壓力抵消，則刀盤淺層土體結構易崩塌，導致地面下沉。脫離盾尾后，管片與地層會形成環形建筑空間，軟體地層注漿不當，則會導致拱頂巖體結構變形、地表沉降。

應對地表沉降，要選擇合理的方法來保持土倉壓力平衡，并結合實際動態調整。完成挖掘作業后，維持好土倉內和外界水土壓力平衡，排土前，需充分拌和土倉中水、土，并密封好土倉，避免噴涌現象破壞土壓穩定。注漿時，要控制好注漿量、注漿壓力，把控好二次注漿時間，保障注漿效果。盾尾注漿孔洞，其注漿壓力要大于隧道中水土壓力。

3.11 注漿管堵塞

在注漿操作中，如果漿液在完成攪拌后，長時間沒有進行注漿，則會導致漿液離析問題，在管道內層附著的漿液會堵塞管道。

要解決該問題，只需控制好攪拌和注漿的時間。首先，要規劃好漿液運輸線路，盡量避免管道彎曲，否則，泥漿很容易以緩慢的流速沉淀。地面卸料罐和地下泥漿車間將使用輸送管輸送泥漿。應使用大直徑輸送管，管口應靠近泥漿車底部。閘門打開后，泥漿可以通過自身重量排出。其次，合理進行工序設計和流程安排工序，以減少漿料運輸所需時間，在洞口、砂漿車處設置可以為攪拌電機使用的電源，以確保可連續攪拌，不會長時間停頓導致離析問題。最后，泵漿時，使用的出漿管高度要低一點，并將攪拌機開啟，用于漿液攪拌。

4 結語

盾構施工法在地下工程作業中發揮了重要作用，需結合工程特點，選擇合理的施工方法與措施，并對各類問題加以預防，不斷總結歸納經驗，顯著提升盾構法施工質量，推動盾構施工技術進一步發展。