摘要：某核电厂取水隧洞采用土压平衡盾构施工工艺，介绍了某核电厂取水隧洞土压平衡盾构施工工艺，通过对施工过程中遇到的重点难点总结分析，为同类工程提供经验。
关键词：核电厂；隧洞；土压平衡盾构
0 引言
某核电厂A、B号机组设计有2条取水隧洞，根据水文、地质条件采用土压平衡盾构掘进模式施工，施工过程克服冬期施工、场地狭小、不良地质条件等不利因素顺利贯通，本文介绍了某核电厂取水隧洞土压平衡盾构施工工艺，分析了工程的重点难点。
1 工程概况
取水隧洞按单机单洞平行布置，平面轴线由直线段、曲线段组成，隧洞在取水建筑物后以29.20m中心线间距直线延伸，穿过观景平台区域后通过R=400m曲线将间距调整为47.72m，其后以47.72m线间距直线接入出口闸门井。A号机组取水隧洞长度为1255.752m，B号机组取水隧洞长度为1269.617m。
隧洞洞身范围主要穿越强风化花岗岩，存在部分软硬不均和硬岩段，为弱～中等透水岩体，施工范围周边无重要建构筑物。
2 盾构机选型
隧洞范围内均为岩石，自稳性较好，且地下水并不丰富，因此选用土压平衡式盾构。
土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力，通过螺旋输送机将泥土运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。
3 盾构施工工艺流程
盾构施工主要包括：盾构始发、盾构正常掘进、盾构接收三大部分。
3.1 盾构始发
盾构始发前场地布置包括：龙门吊、充电房、渣土池、供电系统、供排水及污水防治系统的布置，始发端墙、导台和反力墙施工，对洞口10米范围内注浆并在洞门设置橡胶密封环等止水措施。
盾构始发设置在厂区泵房基坑内，受始发场地局限，采用分体始发。
盾构运输包括垂直运输和水平运输，垂直运输采用2台40t龙门吊作为渣土及管片等材料吊运设备，轨道梁垂直于线路方向运行；水平运输采用35t蓄电池电瓶车水平运输，配置两列列车组，按照电瓶车+渣土箱+浆液车+平板车编组，两列车组完成盾构推进循环运输，保证推进的连续性。
始发掘进100m为试掘进施工，通过试掘进掌握盾构机性能、掘进参数、地质情况等，具体包括以下内容：
1）对盾构机各部件、管线系统的工作状态进行调整；
2）推进速度、推力、扭矩等各种施工参数与设计参数的关系；
3）了解地层特点，合理选择同步注浆施工参数，确定膨润土、泡沫等渣土改良材料掺量；
4）通过对地面变化检测，调整推进参数。
试掘进过程中需要不断的对掘进参数进行调整以达到适应当前施工条件的最佳参数，可通过以下措施对参数进行调整：
1）用以滚刀为主的复合刀盘切削岩体，以低转速、大扭矩推进；
2）适当提高掘进土压力（土仓压力设定为理论值的1.2～1.3倍）以防止涌水，并在掘进中不断调整优化；
3）土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡；
4）盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的渣土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化；
5）掘进时应采取渣土改良措施增加渣土的流动性和止水性，密切观察螺旋输送器的淤塞和出土情况以调整添加剂的掺量；
6）推进速度控制在20～40mm/min，并根据监测结果和排土情况调整。螺旋机转速根据设定土压力与推进速度匹配。
3.2 盾构正常掘进
盾构机在完成100m试掘进后，对始发设施进行必要的调整，调整工作包括：拆除负环管片、铺设双线轨道、安装通风设施、其他各种管线的延伸和连接等。
图1 隧道平面布置图
3.2.1盾构掘进操作要点
1）盾构推进由操作司机在中央控制室内控制。开始施工时，打开出土闸门，依次开启皮带输送机、螺旋输送机和刀盘，推进千斤顶，调整好各千斤顶的油压，此时刀盘切削土体，盾构前进。盾构机根据设定的正面土压力自动控制出土速度或掘进速度。盾构司机参照仪表显示以及人工测量调整盾构机姿态和各项施工参数，使盾构机始终按设计的轴线推进；
2）盾构掘进出土与注浆同步进行，要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物情况并配合监测数据分析，及时调整平衡压力值的设定，同时根据推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内，地表施工后最大变形量在+10mm～-30mm之内；
3）盾构掘进过程中，将施工测量结果及时地与计算的三维坐标相校核，及时调整盾构姿态。对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，控制每次纠偏的量，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动，并为管片拼装创造良好的条件；
4）为防止盾构掘进时，地下水或同步注浆浆液从盾尾窜入隧洞，须在盾尾钢丝刷位置压注盾尾油脂，确保施工中盾尾与管片的间歇内充满盾尾油脂，以达到盾构的密封功能，盾尾油脂根据压力自动压注。施工中须不定时的进行集中润滑油脂的压注，保持盾构机各部分的正常运转。
3.2.2掘进中的沉降控制措施
1）沿线的地面沉降观测点建立以后，在掘进开始以前应取得初始数据，并将所有的监测点清晰地标在线路平面图上；
2）盾构机试掘进时，将设置较密的沉降监测点，以获得盾构机掘进参数与地面沉降的关系；
3）掘进过程中，盾构机机头前20m后30m范围内，每天早晚至少测量一次，范围之外每周测一次，直至监测数据稳定为止；
4）盾构机掘进适当选用千斤顶和推力，根据地面沉降观测成果确定土仓压力，随时调整掘进方向，尽量减少蛇形和超挖；
5）掘进过程中及时进行回填注浆，保持适当的注浆压力和注浆量，及时进行二次注浆；
6）施工人员应逐项、逐环、逐日做好施工记录，记录内容包括：盾构掘进姿态、管片拼装、同步注浆、隧道渗漏水情况等，并将记录的副本及时提交资料员归档存放。
3.2.3渣土改良
渣土改良就是根据地质条件选择相应的添加剂，通过盾构机配置的专用装置注入刀盘面、土仓、或螺旋输送机内，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土渣混合，添加剂主要有泡沫、膨润土以及聚合物，渣土改良的主要作用：
1）使渣土具有流塑性和较低的透水性，形成较好的土压平衡效果而稳定开挖面，控制地表沉降；
2）减少全风化、强风化地层的渗透系数，使之具有较好的止水性，以控制地下水流失及防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；
3）改善渣土的流塑性，使切削下来的渣土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土；
4）改善渣土的流动性和减少其内摩擦角，有效降低刀盘扭矩、降低对刀具和螺旋输送机的磨损、降低掘进切削时的摩擦发热，提高掘进效率。
3.2.4特殊地质处理
工程中遇到的特殊地质情况主要是软硬不均地层和穿越建构筑物，主要问题是盾构机姿态偏差不均衡，姿态控制不好，出土量过多、扰动大，容易引起地表沉降，采取的主要措施有：
1）土仓压力控制在1.2bar，随掘进速度均匀出土，且每环出土量不得多于70m3；
2）在上软下硬土体中掘进时推力控制在1000～1300t左右，适当加大盾构机下部千斤顶的顶推力，使盾构机平稳推进；
3）加强盾尾同步注浆，采用注浆压力和注浆量双控措施，压力控制在不大于3bar，注浆量不低于6m3，还可以进行二次注浆以补充掘进中的土体空隙；
4）加强地表沉降和建构筑物基础监测，根据监测成果，及时调整掘进参数。
4 盾构接收
盾构掘进距离出洞口100m时进入盾构接收段，在到达洞门前应对轴线10m范围内的土体注浆加固，完成盾构接收端墙和接收导台的施工，并在洞门安装密封圈防止漏水。掘进时应减低掘进速度，减小推进压力，控制出土量并逐步减小土仓压力，增加地表沉降检测频率，并且不间断的测量盾构姿态确保能顺利出洞。
5 经验反馈
在施工过程中遇到许多问题，虽然都逐一解决，但对工程的质量、进度产生了一定的影响，主要内容如下：
1）由于盾构始发场地不能满足整体始发要求，因此采用分体始发，分体始发管线接长需增加一倍，并且需要完成两次管线安拆工作，始发时正好处于冬期施工，设备管线暴露在外部易发生冻堵情况，导致整个始发过程工期增加一倍。
建议合理调配施工场地，尽量采用整体始发的方式，同时避开冬期始发施工，既降低了施工成本又加快了施工进度。
2）实际地质情况与地勘资料不符，地勘中强风化花岗岩区域出现大范围中、微风化花岗岩，导致该区域刀盘磨损严重频繁更换，推进速度缓慢，后采取深孔预裂爆破的方式处理。
建议施工前应对地质补勘，加密勘察孔，尽可能的准确了解地质情况，提前处理，避免发生突发情况影响施工进度。
3）由于曲线段半径太小，导致管片拼装错台过大，难以满足规范要求。
建议在直线与圆曲线间应设置缓和曲线，避免转弯过急影响管片拼装质量。
6 结语
某核电厂A、B号取水隧洞顺利贯通，安全、质量、进度方面管理效果较好，工程中无安全、质量事故发生，隧洞整体防水效果满足设计要求，并且按期完成施工。本文对土压平衡式盾构施工技术进行了简要描述，对同类工程施工具有一定的指导意义。核电工程对安全和质量工作有着较高的要求，因此应该掌握成熟先进的工艺技术并加以应用，目前盾构法施工隧洞在核电工程已逐步推广。
参考文献
[1]陈馈，洪开荣，吴学松等．盾构施工技术[M]．人民交通出版社，2009．
[2]宁锐，刘文斌．软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究[J]．吉林水利，2009．
[3]GB50446-2008，盾构法隧洞施工与验收规范[S]
论文作者:程世杰1,汤振阳2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：盾构论文; 隧洞论文; 渣土论文; 管片论文; 压力论文; 注浆论文; 核电厂论文; 《基层建设》2018年第19期论文;