地铁隧道施工盾构机专用刀具报告书 普通机加工工艺 工装及设备

陈科锋++徐杭军

[摘  要]以具体的工程案例为对象，详细的分析了某地铁隧道施工过程中盾构机被困的主要原因。同时，根据盾构机的被困实际原因，提出了对应的脱困技术措施，形成了相对完善的地铁隧道施工盾构机脱困技术体系，为盾构机的施工提供相关参考。

[关键词]地铁隧道;盾构机;脱困

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0216-01

地铁盾构施工设备是当前地铁施工的重要设备之一，而在施工过程中因为施工地质条件复杂，盾构机械施工中容易出现被困的情况，严重影响了地铁的施工进度和施工质量。因此，对盾构机卡机情况分析以及脱困措施的研究具有现实的意义。当前，针对盾构机脱困的研究主要集中在过硬岩或者加固区段，而大多没有针对盾构机在富水砂层中脱困现象的研究，相关的技术也不够完善。因此，本文主要针对盾构机在该类型地址条件下脱困的原因进行分析，并根据当前的研究现状提出对应的脱困技术，为解决实际工程中地铁盾构被困问题提供对应的参考。

1 工程概况分析

某地铁施工区间段内全长为823.15双线延，施工过程中一共设3组平面曲线，半径分别为1200m、800m、1000m，曲线间距为13-15.5 m，地铁线路的纵坡设计成为一“V”型结构，最大坡度达到28‰，最小度为2‰，区间的埋深为18.5m，最小埋深为9.5 m。从该线路穿越的地质条件来看，该隧道主要穿过（4—3）细砂层，局部（3—1）粉土层和（4—1）粉土层，粉土、粉质黏土、粉砂层，存在着稳定性较差，施工难度大的问题。第四系冲积到洪积砂层与粉土层的主要地质结构为潜水含水层，其富水程度中等，水位埋深大约为3.1-7.2 m之间。图1所示为盾构区间内端部地质的纵向剖面结构。

2 施工过程中盾构被困原因分析

盾构机械在掘进至390的标段后，地质结构几乎全部为断面砂层，盾构机的掘进速度、推力情况和实际扭矩等都开始出现异常，在进入至440标段，且此标段为联络通道加固区间，此时的掘进速度只为4mm/min，断定掘进设备的刀具出现了明显磨损，因此决定在该位置开仓进行刀具更换工作。因为该区间的地质结构中大部分都是为砂层，不但透水性强，而且采取的旋喷加固效果较差，所以决定临时在盾构机的前方设置以方框状素混凝土墙，在刀盘切入至墙体之后再进行刀具的更换。所设置的素混凝土墙墙顶标高延伸至地面下6m位置，框中的土体使用后退式的注浆达到加固目的，整个加固区间为：隧道底2m，隧道顶3m。在实际的设置过程中，因为受到场地和墙幅的分幅限制与影响，在拐角位置存在对应的间隙，所以注浆过程从框内四角向中间施工，注浆过程每相隔30min转动一次刀盘，以免刀盘困于其中。另外，在素混凝土墙的施工过程中，容易出现鼓包情况，会使得刀盘的实际切入深度要超出理论值，因此注浆过程中浆液会在压力的作用下，从素混凝土墙的接口和正面进入至到刀盘孔隙当中，使得刀盘最终与混凝土墙凝固形成一个整体，导致盾构机被困其中。

3、盾构机脱困技术措施

3.1 方案设计

根据上文中对盾构机的脱困原因进行分析，常规的开挖脱困技术方案不能够满足施工工期要求，必须使用一种非开挖的技术方案接近盾构机被困的问题。在实际施工过程中，通过对相关案例进行分析，并咨询各技术方，最终制定的脱困技术方案为：在盾构机的刀盘前方打孔，并通过旋喷机下钻的方式，获得注浆孔，然后使用高压膨润土浆液注入其中，这种方式不但能够切割束缚刀盘的砂土，同时还能够使得膨润土浆液能够与砂层的土体进行置换、融合，从而减慢粉细砂的沉积速度，使得盾构刀盘在砂土中能够逐步悬浮起来，逐渐与沙粒间形成间隙，使得刀盘脱困。

3.2 注浆孔位置的设置

在设置三管旋喷桩的过程中，成桩桩径能够达到0.8-1.0 m，因为盾构刀盘的直径为6280 mm，因此在刀盘之前的50 cm位置处，沿着刀盘的横断面设置均匀分布的6个孔位，且在中间中心刀处进行实时观测，以免钻孔时钻到刀盘，损坏盾构机结构。同时，还需要在中心刀的两侧设置3个孔，其中中心刀两侧的孔间距为1.5 m，其余的孔间距为1.0 m。

3.3 浆液的配置

为了使得膨润土达到支撑起盾构机的目的，注入的膨润土必须严格按照对应的配合比进行配置，通常每立方米的膨润土浆液当中，膨润土：水：CMC：纯碱的质量比为：200：900：1：2。在完成配置之后，要持续不断的向其中通入空气，并持续膨化12 h以上，使得膨润浆液能够充分膨化。

3.4 膨润土浆液的注入

为了顺利的将膨润土浆液注入到孔中，要准确的测量获得刀盘的位置，并按照实际需要在地面上进行孔位放样，钻机就位之后再进行成孔作业。在钻孔过程中，钻孔深度以进入到刀盘底部50-80 cm的距离较为合适，钻进到位之后提升钻机，然后注入膨化后的膨润土浆液，整个提升速度以11 cm为宜，浆液注入到刀盘顶部50-80 cm区间即可。在实际的注浆过程中，要采取跳孔施工的方式，在一序施工完成之后可以试着摆动刀盘脱困。然后再进行二序注浆施工，然后再摆动刀盘，通过这种方式能够在较短的时间内实现盾构机脱困。

3.5 其他脱困技术措施

（1） 加大盾构机推力

被困的盾构机最大额定推力为3900t，在试图脱困的过程中，可以采取加大推力的方式，通过持续反复的伸缩千斤顶达到逐步松动的目的。在增加推力的过程中，因为千斤顶容易对盾构机后部的管片产生破损，所以可以在管片与千斤顶的中间设置一整道钢环，达到减小应力集中的目的，同时还应该做好管片与螺栓的姿态检测工作。

（2） 震动辅助脱困技术

在盾构机的壳体内，通过使用风镐、平板振动等设备对盾构机的壳体进行吹嘘的振动、敲打，可以使得盾构机壳体与固结体相互分离。

参考文献：

[1] 刘凯，王玉祥，陈霞. 旋喷桩技术在郑州地铁盾构脱困中的新应用[J]. 隧道建设， 2015，35（9）.

[2] 朱学春. 某地铁隧道土压平衡盾构脱困技术[J]. 城市建设理论研究， 2014（3）.

[3] 李辉，刘银涛.土压平衡盾构脱困技术及经验教训[J].隧道建设，2012， 32（2）.