青岛地铁复杂地层盾构机脱困施工技术

青岛地铁复杂地层盾构机脱困施工技术

张明东

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 400700）

［摘要］根据青岛地铁某区间盾构机脱困情况及地层地质条件，盾构机周边加固措施等分析盾构机被困因素及处理措施的工程实例，给其他类似工程提供借鉴。

［关键词］盾构机；长时间停机；脱困分析

青岛某地铁盾构区间地处市中心，为双孔圆形隧道，区间隧道内径为5400mm，衬砌管片厚度为300mm，管片宽1.2m。根据通道口西侧地勘MA3-bybj-04号孔资料显示及实际掘进数据，本段盾构处于上软下硬地层，盾构刀盘底部标高为-1.9m，盾构埋深约17m，沿掘进方向强风化岩标高为-0.52～-0.59m，中风化粉砂质泥岩标高-1.19～-1.32m，刀盘入岩约1.4m。地下水位标高约13.5m，地下水位于隧道上方9.9m。

1 盾构机周边地层加固措施

为达到清理盾构机内部砂子、盾构机常压开仓及设备检修的目地，盾构机周边设置止水帷幕。经过认真分析和对比，现选用三轴搅拌加固+三重管高压旋喷+化学浆液注浆止水+降水井辅助降水的方案。

（1）盾构前方注入厚度1.7m的化学浆液，盾体两侧注入厚度1.2m的化学浆液。

（2）盾体前方和化学浆液咬合20cm后，开始打设4排φ850三轴搅拌桩，三轴搅拌桩西侧设置4排三重管高压旋喷加固，高压旋喷桩与三轴搅拌桩咬合20cm加固深度至中风化岩面，顶部至水位线上2m，主要目的是抵抗前方水土压力；盾体周边和化学浆液咬合20cm布设4排φ850三轴搅拌桩，加固长度沿盾体至盾尾后第三环管片位置，加固深度同盾体前方，目的是隔绝盾体两侧水体［1］。

（3）盾尾后第二三环管片位置设置3排φ850三轴搅拌桩，将盾体两侧三轴搅拌桩咬合封闭，加固深度至盾体上部0.5～1.0m，顶部至水位线上2m，并在3排三轴搅拌桩内布设2排化学浆液，加固深度至管片，目的是主要隔断盾体后部水体。

（4）盾体刀盘前方1.5m+刀盘至盾体上0.5-1-.0m范围内参考盾尾上部注浆方式，目的是设置第二道防水墙，加固刀盘上方土体。

（5）刀盘前端加固区外围设置1口降水井、刀盘前端与三轴搅拌加固中间设置1口降水井、盾体与三轴搅拌桩之间设置2口降水井、加固区南北侧各设置3口降水井，目的是抽取渗入的地下水及作为加固后的观察井。

2 盾构机被困因素及处理措施

2.1 刀盘脱困措施

（1）启动刀盘，正转、反转来回重复操作，同时通过泡沫管路向刀盘面板注入足量的泡沫或膨润土降低刀盘面板与掌子面摩擦阻力。刀盘扭矩过大无法顺利启动，采取第二步刀盘脱困操作方法［2］。

（2）第一种操作方式失败后关闭刀盘启动按钮，打开操作屏幕设置启动脱困模式，先正转脱困、再反转脱困。脱困扭矩由小到大逐步尝试，刀盘扭矩达到额定值并无法顺利启动，需采取第三种操作方法。

（3）先松开管片环向20组千斤顶油缸，千斤顶撑靴离管片环面5mm。启动刀盘正反转重复尝试（刀盘启动过程中注意观察滚动角变化值）。此方法有一定风险，如处理不当会导致盾构机侧滚，一般情况下不建议采用。

（4）刀盘成功启动，空转10min左右，充分切削刀盘环向四周砂土、水泥浆块，以备正式掘进提供有利条件。

2.2 前中盾脱困措施一

盾构机中盾通过预留孔阀、超前注浆孔注入膨润土前需完成管路疏通、配制膨润土浆液、加工超前注浆孔法兰快速活接，盾体环向四周注入膨润土主要降低摩擦阻力及软化加固土体以降低总推力消耗效果。

（1）开启前、中盾预留孔球阀，关闭旁通至土仓内的球阀；

（2）启动膨润土泵（膨润土泵1#注入前、中盾左侧预留孔球阀、2#注入前、中盾右侧预留孔球阀）；

（3）两路膨润土管道注入流量控制在80～90L/min；

（4）每道管路注入膨润土方量控制在3～4m3；

（5）关闭中盾2路预留孔球阀，拆卸两路DZ50mm钢丝软管；

（6）DZ50mm钢丝软管连接在前期加工成型的快速活接球阀上；

（7）第一步膨润土浆液先注入1#、8#超前注浆孔，第二步注入14#、7#超前注浆孔，第三步注入13#、6#，第四步注入12#、5#，第五步注入11#、4#，第六步注入10#、3#，第七步注入9#、2#超前注浆管道；

（8）超前注浆管道注入膨润土浆液流量控制在60～80L/min，每道管路注入方量2～3m3，共计注入膨润土方量为28～42m3，每一步膨润土浆液注入完毕后拆除快速活接球阀同时安装封闭球阀法兰，按照圆型对角注入法注入膨润土浆液。

（9）开启盾尾同步注浆阀门，启动同步注浆系统向盾尾注入膨润土，注入膨润土浆液压力控制：1、4#压力1.0～1.6bar，2、3#压力1.4～2.0bar每个管道注入方量在1～3m3；

（10）盾尾4路管道注入完毕后关闭阀门。

2.3 前中盾及盾尾脱困措施二

推进系统启动前，预备辅助机具、材料：30mm钢板、150t液压千斤顶4组、100t液压千斤顶2组、250mm工字钢6m、交流电焊机2台，在试推进前中盾20#油缸与19#油缸中间空隙、中盾与盾尾交界面处焊接长500mm×150mm×30mm钢板，主要保证钢板连接中盾与盾尾，未推进前钢板靠盾尾端先不做焊接处理；中盾10#与9#油缸中间空隙、中盾与盾尾交界面处焊接长500mm× 150mm×30mm钢板。

（1）启动刀盘、推进系统，盾构机在推进系统启动前，铰接油缸行程最大值90mm，最小值60mm，被动铰接开启状态，推进过程中A、B、C、D编组根据参数实际情况增加液压油压百分比，调节总推力观察千斤顶、铰接行程变化［3］，见图1。

图1 液压油压百分比和总推力变化

（2）推进过程中，A、B、C、D编组油缸液压流量百分比为60%，如千斤顶行程数值没有变化，逐渐增大推进油缸液压流量百分比，时刻观察推进油缸行程变化及铰接行程变化。

（3）推进过程中出现假设3情况，需借助外力以达到盾体前进的目的，具体工序如下：

①分别使用钢板连接中盾与盾尾形成刚性整体，其目的主要防止在盾构机自身推力+外部辅助推力同时作用下致使铰接油缸损坏；

②关闭刀盘、推进系统，电焊工焊接牛腿加工支撑结构、液压操作人员调试液压千斤顶连接液压油管路并测试压力；

③结合现场实际情况而又不损坏设备的情况下，液压千斤顶反力作用在管片在环向面上，受力面作用在铰接油缸底座上；

④加工长300mm×宽300mm×厚30mm钢板，钢板主要垫放在铰接油缸底座平面上、反力支撑管片面上，现场量测管片边至铰接油缸底座距离为1000mm，150t液压千斤顶长为420mm、外径为220mm，需加工500mm工字钢支撑；工字钢支撑、液压千斤顶底部焊接支托图2；

图2 工字钢支撑、液压千斤顶底部焊接支托

⑤25工字钢焊接过程采用双面焊、支托焊接至盾尾内壁需双面焊接，液压千斤顶支托在同一平面上确保发力过程中平稳，支撑下部支托焊接在同一平面上确保支撑与液压千斤顶受力在同一条直线上防止受力不均造成管片环向平面破坏；

⑥外加辅助推力各项工作准备就绪后，具体人员安排：1#、4#千斤顶安排专门操作人员控制液压泵站，2#、3#千斤顶安排专门操作人员控制液压泵站，在盾构推进前使外加辅助千斤顶初步受力；

⑦盾构机操作手、液压泵站操作人员听从统一指挥，必须确保外加油缸作业与盾构机本身油缸发力同时进行，操作手启动刀盘、推进系统，30组油缸油压调至280bar总推力达到3200t，观察千斤顶形成，观察盾尾是否有变化，一切如初始状态液压泵站启动外加辅助力约600t，操作手观察千斤顶行程变化；

⑧如盾体顺利向前移动，观察推进速度、行程变快情况，推进速度达到30～40mm/min，立即停止推进，拆卸外加辅助千斤顶，一切完成后按照正常掘进施工；

⑨顺利掘进一环后，组织电焊工拆除盾尾与中盾连接钢板，解除铰接锁定模式；

⑩脱困可结合现场实际情况进行调整，外加辅助油缸位置可根据现场需要进行调整。

3 结论

青岛地铁该区间下行线盾构机常压开对已脱落的中心回转体检修更换及刀具检查更换后并尝试刀盘脱困，采取上述刀盘脱困第二种方案顺利启动，满足盾构机脱困要求。

［参考文献］

［1］ 李希元，闫静雅，孙艳萍. 盾构隧道施工工程事故的原因与对策［J］. 地下空间与工程学报，2005（06）：11-12.

［2］ 李笑，苏小江. 基于神经网络信息融合的盾构施工故障诊断［J］. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010（03）：44-45.

［3］ 李红霞，赵新华，迟海燕，张建军. 基于改进BP神经网络模型的地面沉降预测及分析［J］. 天津大学学报，2009（01）：38-39.

Construction technology of shield tunneling machine in complex stratum of Qingdao metro

ZHANG Ming-dong

［中图分类号］U455.43

［文献标识码］B

［文章编号］1001-554X（2017）04-0137-03

DOI：10.14189/j.cnki.cm1981.2017.04.025

［收稿日期］2017-03-11

［通讯地址］张明东，重庆市北碚区蔡家同兴工业园凤栖路6号2幢