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摘要：盾构机是用于开挖隧道等地下施工的专用工程机械。由于地质条件、工况的不确定性以及掘进装备的高度复杂性，导致其施工安全问题仍然是世界性的重大技术难题。本文以某隧道的施工经验, 对盾构机盾尾保护提出了控制环节, 并对环节的控制技术进行分析。
关键词：盾构机；盾尾保护；控制技术
现代高新技术的应用使得盾构掘进时，盾构机的盾尾保护在盾构施工中是非常关键的。因此, 应重视盾构姿态、管片拼环、盾尾油脂注入和同步注浆等方面的严密监测和控制, 采取以预控为主的方针, 做好盾尾的保护工作。
一、盾尾保护的涉及因素
泥水盾构盾尾保护涉及到盾构姿态、管片拼装、盾尾油脂、注浆压力等多种因素, 这些因素控制不好, 将会导致不同程度的盾尾泄漏, 因此施工中必须认真分析原因, 然后采取切实可行的措施, 防止盾尾泄漏的发生。根据隧道的经验, 在施工中按预控、预警及环节进行控制, 起到了很好的效果。
二、盾尾保护及泄漏环节内的控制
对于盾构机的盾尾保护问题, 施工中应按照预控、预案环节来进行分析和控制。
1、预控。预控是在没有发生盾尾渗漏和泄漏现象之前,提前考虑到涉及盾尾泄漏的所有因素, 包括盾构姿态、管片拼装、盾尾油脂加注和注浆压力, 并采取有效的预防措施及早地控制泄漏事故的发生。1）盾构姿态。盾构姿态是指盾构机轴线与设计隧道的相对位置关系。在盾构掘进和管片拼装过程中, 盾构机的姿态在不停地发生变化。如果盾构姿态控制不当,将会造成盾尾间隙过小使盾尾刷受过度挤压、摩擦、受损、失去弹性变形能力以及丧失密封的后果。因此, 一旦盾构姿态出现问题, 应及时进行纠偏, 调整盾构的姿态, 保护盾尾的密封功能。隧道的盾构机上安装了一套VMT导向系统, 通过这个系统对盾构姿态进行实时测量和监控, 可以清晰地看出盾构实际的姿态, 如图。
根据图所示, 盾构机的位置为图中的箭头位置, 从图中的箭头可以直观看出盾构机是“抬头”还是“栽头”、是左偏还是右偏等的动态姿态。这样,在推进过程中, 可以通过上、下、左、右的装有推力传感器的千斤顶进行实时控制, 对盾构姿态进行细微的调整;在拼环过程中, 又选择拼装管片的型号和拼装方向。特别强调的是, 管片选型需要考虑盾尾间隙和设计轴线两个因素, 因此, 还应结合推进油缸伸长量进行下一环管片的选型和拼装方向的调整。
2、管片拼装。在管片拼装中, 因拼装手操作不当, 很可能发生管片变形、错台或管片破裂等现象, 具体如下。(1)管片变形。管片拼装要求拼成一个标准圆, 使各部位的盾尾间隙保持一致。但实际施工中, 如果拼装手操作不当, 往往会将管片环拼装成椭圆形, 这将造成两侧的盾尾间隙偏小, 上下的盾尾间隙偏大。盾尾密封通过该管片时, 在盾尾间隙较大的部位容易形成渗漏通道从而造成盾尾渗漏。(2)管片破裂。管片拼装中如果拼装不当, 会在离推进千斤顶最近的管片接缝处发生局部的管片破裂现象, 造成盾尾漏浆现象。因此, 对现场拼装人员必须提出严格要求:在每次管片拼装前, 应首先对盾尾拼装区域的异物等进行清理, 防止异物进入并损坏盾尾刷;加强拼装施工培训, 提高拼装人员的技术水平, 按要求拼装管片和紧固管片连接螺栓。
3、盾尾油脂加注。盾尾油脂是一种保持油脂舱的压力, 使其不被盾体外的泥水击穿的材料。及时均匀足量地进行油脂加注, 不但可起到盾尾的润滑作用, 还可及时补充消耗的油脂, 确保足量油脂的加注, 防止砂浆的进入, 起到盾尾密封很好的保护作用。为保证盾尾油脂的顺利注入, 在盾构机的平时保养维护工作中, 必须注意对油脂注入系统的例行检查, 特别是对压力监控装置等的检查。根据掘进中切口压力和注浆压力的变化, 在需要增大注脂量时, 应相应减少推进油缸伸长量设置, 反之则进行相反设置。
4、同步注浆。管片壁后同步注浆是防止地面沉降、确保管片稳定、封闭进水通道的主要措施。因此, 应该特别注意同步注浆的质量、注浆量和压力的控制, 防止出现因注浆问题导致的盾尾泄漏。(1)同步注浆砂浆的质量。同步注浆要求砂浆具有良好的泵送性、和易性和适宜的促凝时间。如果砂浆的坍落度过低, 将会造成泵送性差, 砂浆容易堆积在注浆口附近, 容易发生堵管现象, 并导致注浆量不足;如果砂浆的坍落度过高, 会导致促凝时间较长, 砂浆强度偏低。当盾尾从管片脱离后, 上述情况均可导致管片错台现象。(2)注浆量。注浆量与掘进速度成正比, 因此, 在掘进过程中, 应根据掘进速度调整注浆量, 使砂浆充满盾尾后部的空腔。当注浆量过大时, 可能导致注浆压力的急剧升高后击穿盾尾;相反, 如果注浆量太小, 会在管片四周产生空腔, 进而导致地表沉降、管片上浮、变形、破裂等问题。(3)注浆压力。注浆压力的设定应略大于水头压力而小于盾尾油脂的注入压力, 这样既可以有效阻止地下水进入注浆区域, 提高注浆质量, 又可以有效防止注浆浆液进入盾尾刷, 造成因压力过高而导致的盾尾破坏现象。
5、预警。当盾尾泄漏量为0≤L<150 m3 /h时, 开始进入盾尾保护的预警环节。在预警环节中, 主要采取调整注浆参数、堵漏和排水结合的办法, 具体如下。
1）小规模泄漏。发生小规模泄漏时, 说明在某一位置盾尾刷已磨损较严重或油脂舱油脂损失较多。在盾尾发生喷浆漏水时, 应当立即停止相应点位注浆, 对该点位采用手动油脂注入模式。因水量不大, 排水可采用盾尾处的气动隔泵进行排水。2）中规模泄漏。当泄漏水量增大到中规模泄漏时, 开始对盾构机有一定的威胁。可首先选用盾尾处的渣浆泵进行排水, 因水量很大, 位于盾尾处的渣浆泵如果不能满足排水要求, 泥水将会汇集在隧道最低点的污水池内, 然后由污水池的渣浆泵排至地面废浆池。此种情况下需先采取在相应点位填塞棉条等堵漏材料的措施, 同时做好压注聚氨酯或双液浆的准备工作。
6、预案的预演。对于盾构机盾尾泄漏时的(应急)预案, 应做好相关的组织、准备工作, 包括:相关材料和设备的准备必须到位, 相关人员和项目的配合必须协调有序。提前在专门的时间内对所有相关人员进行(应急)预案的预演工作。只有这样, 才能确保紧急情况下能够立即启动(应急)预案, 做到人员组织井然有序, 设备、材料准备样样齐全, 才能最终实现消除大规模泄漏的问题。
为了实现盾构机安全、高效掘进施工过程的盾构技术，随着科学技术与现代高新技术的迅速发展，盾构装备的自动化程度提高，尤其在掘进系统及位姿的自动控制方面，在理论研究与实际工程应用中都取得了很大进展。但是对于高度复杂的盾构掘进装备，实现完全的自动化、智能化还存在诸多技术难题和科学挑战，如对盾构技术、多子系统协调控制等关键问题需要进一步深入研究，尤其以安全、高效、节能为目标的大型盾构隧道掘进装备控制系统的集成优化问题是亟待解决的重大技术难题。
参考文献：
［1］邓普彬，陈华健． 越江隧道工程大型泥水盾构进出洞施工关键技术[J].现代隧道技术，2015( 2)
［2］杨国涛，肖广良．浅谈某地铁盾构区间联通道水平冻结施工技术[J].现代隧道技术， 2014( 11).
［3］杨永新，王保文． 大直径泥水盾构在软硬不均地层中带压换刀的方法[J].城市建筑，2015，(24)．
［4］陈健，顾小芳． 超大直径盾构机高压环境下原位检修技术[J].建筑技术开发， 2015，(3) ．
论文作者:赵琪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/22
标签：盾构论文; 管片论文; 注浆论文; 油脂论文; 姿态论文; 砂浆论文; 压力论文; 《防护工程》2017年第26期论文;