浅谈土压平衡盾构施工后配套设备选型

舒信

摘要：随着地下空间的飞速发展，盾构技术已作为一种高效掘进机械广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，盾构机构越来越受到人们的重视，了解盾构机构的结构和工作原理也显得很重要，而其配套设备机械选择也发挥着至关重要的作用。其中各种盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以施工后配套设备选型为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理等做简要总结。

关键词：盾构机，盾构施工法，土压平衡控制，后配套设备

Abstract: with the rapid development of underground space, shield technology already is a highly effective tunneling machine widely used in the subway, tunnel, municipal pipeline engineering field. In the construction of our country, shield construction machine more and more kinds of, shield institutions more and more attention by people, understanding the shield organization structure and working principle also appears very important, and its corollary equipment machinery choice also play a crucial role. Including all kinds of shield construction machine in Shanghai, nanjing and guangzhou metro construction such as a relatively well, the author after construction equipment type selection as an example, based on the construction of a little experience and understanding, the control principle, do a summary.

Keywords: shield construction machine, shield tunnel construction method, earth pressure balance control, after equipment

中图分类号: U455.43文献标识码：A文章编号：

1土压平衡盾构机（EPB）的两个组成部分

1.1EPB土压平衡盾构机由主体

盾构机的主体结构由切削刀盘、切口环和支撑环(前体和中体)、盾尾构成，切削刀盘与切口环之间的空间为土仓

1.2后配套系统

后配套设备主要由以下几部分组成：管片运输设备、四节后配套台车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、测量设备、电气部件、液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及洞内通风设备等

2 后配套设备系统的选择

2.1 管片运输设备

管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦及其连接桥轨道。管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上，由电瓶车牵引管片车至第一节台车前的电动葫芦—方，由电动葫芦吊起管片向前运送到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用。

2.2 管片的选型原则

2.2.1 盾尾间隙均衡原则

管片选型最理想的是使管片安装后,盾尾间隙达到均衡,使盾构机在掘进下一环后盾尾间隙仍然在合理范围内。

2.2.2推进油缸伸缩均衡原则

管片选型时在考虑盾尾间隙均衡的同时,还应考虑掘进千斤伸缩差值,并明确当前行程差和推进结束后行程差变化,根据推进油缸伸缩差值对后安装管片的影响,应尽量减小推进油缸伸缩差值。

2.2.3 管片转向与盾构机趋势一致原则

管片选型时应注意考虑盾构机的趋势,管片选型应与盾构机趋向一致,才能减少推进时引起管片错台。

2.2.4 根据线路转弯半径确定直线环、转弯环大致比例原则

对于线路存在水平、竖直曲线的路段,管片选型前首先要根据线路情况通过拟合线路计算,确定直线环、转弯环大致比例,在此区间选择管片时应尽量维持此比例。

2.3管片选型的影响因素

2.3.1 转弯管片的设计构造。

为满足曲线模拟和施工纠偏的需要,专门设计了左、右转弯楔形环,通过与标准环的各种组合来拟合不同的曲线。管片选型时首先要明确转弯环的构造及最大楔形量。

2.3.2 管片拼装点位对楔形量的影响

管片封顶块的拼装点不同,管片最大楔形量的方向不同。通常在施工前计算好管片封顶块拼装在各个点位时在水平、竖直方向上的楔形量,以便于操作手根据需要选择。

2.3.3 线路转弯对推进油缸行程的影响

在选择管片时不但首先要保证拼装后推进油缸的行程差,也要预见掘进完下一环的推进油缸的行程差。施工前可以根据不同线路转弯半径计算出推进一环管片长度,上、下、左、右侧推进油缸的行程差。

2.3.4线路转弯对盾尾间隙的影响

管片选型前不但要仔细测量当前环盾尾间隙量,还要预测下一环推完后盾尾间隙变化量,以便合理选择管片。施工前亦应根据不同线路转弯半径计算出推进一环管片长度,上、下、左、右侧盾尾间隙的变化量。

3后配套设备系统产生的问题及解决方案

3.1 螺旋输送机喷涌问题

当基岩裂隙水发育时，隔水层厚度不一致且常缺失。在这种地层中，如果盾构机没有连续掘进或掘进间歇，以及同步注浆不密实形成流水通道，水压较大，土质不良，进入土仓的渣土不具有一定的塑性（粘土矿物质含量少，密水性差），那么承压水与无塑性渣土容易形成螺旋输送器喷涌。针对这种情况可采用下列措施。

1）隧道下坡并处于硬岩含水地层中时，必须切断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系。管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就越大，这就要求同步注浆效果必须达到完全封闭衬砌空隙并阻水，避免土仓与管片背后形成水力通道。

2）严格控制进尺、出土量，保证盾构机连续均衡快速通过。

3）盾构机停止掘进时，土仓内压力设定为外界水土压力，继续保持压力平衡。在螺旋机再次排土前，刀盘应把土仓内的水、土充分搅拌，使其有良好的密水性，避免喷涌。

3.2 管片上浮问题

盾构机在掘进的过程中，隧道管片发生错位，多数情况是因为管片上浮。管片上浮主要是受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等因素的影响。当管片脱出盾尾后，由于盾构掘进过程中的蛇形运动、超挖以及理论间隙，管片与地层间存在一环形建筑空间。环形建筑空间一般采用衬背注浆工艺填充，但如果注浆量不足或者是注浆压力不足，导致衬背浆液不能密实地充填环形建筑空隙，尤其是隧道顶部分，从而为管片上浮提供了可能。如果盾构机在含水地层掘进时，即盾构机掘进形成的环形建筑空间在充满水，或者在充填环形建筑空隙浆液初凝时间很长的情况下，隧道管片则全部浸泡在盾构掘进形成的“圆形坑道”之中，当管片所受到的浮力大于管片本身的自重时，管片本身就有上浮的趋势。可采取下列措施加以控制。

1）在浆液性能的选择上应该保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失（浆液的稠度）的有机结合，才能保证隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。

2）衬背注浆的浆液配比应进行动态管理，依据不同地质、水文、隧道埋深等情况的变化而调整，以控制地表的沉降和保证管片的稳定。

3.3盾尾漏浆问题

造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是盾尾刷磨损；二是盾尾与管片之间隙不均匀；三是衬背注浆压力过高。可采取下列措施防止盾尾漏浆。

1）在挖掘前对盾尾密封系统进行全面检查与维护，全面更换已磨损的密封刷。

2）在管片拼装前必须把盾壳内的杂物清理干净，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力。

3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制好盾构机的姿态和管片选型，保持间隙均匀。

4）进行管片壁后注浆时，压浆部位为5～8环，并应严格控制注浆的压力。发现盾构漏浆比较严重时，应使用初凝时间较短的浆液。

3.4注浆管堵塞问题

注浆管堵塞其主要原因是水泥浆液从拌料到注浆过程的时间太长，以致浆液达凝固时间而易沉淀附着在注浆管内壁，最终造成管路堵塞。解决注浆管堵塞问题的关键就是要缩短从拌料到注浆的时间。

1）浆液运输管路的铺设要避免管路弯曲造成浆液流速缓慢而沉淀。地面储料罐至井下浆液车中途下料要采用大口径输送管放浆，缩短放浆时间，同时将浆管口尽可能靠近浆液车底部，打开闸门即可依靠浆液自重放浆。

2）紧凑安排工序，缩短浆液在隧道内的运输时间。在洞口和砂浆车位置设置电源插座，专供砂浆车搅拌电机用，保证砂浆车搅拌器正常连续工作，避免因施工停顿时间过长而引起浆液离析。

3）砂浆车向盾构机储浆罐泵浆时，降低出浆管高度，同时开启搅拌机搅拌浆液。

4）在不影响其他管路及运作空间的前提下，适当改善同步注浆管路，减少弯头、增大管径，避免浆液在管路中沉积、堵塞。

5）保证盾构机及后配套设备的正常连续运行，坚决避免盾构机在推进过程中人为的停机造成同步注浆工序中断而浆液凝固堵塞。

4结语

盾构法施工正在全国得到越来越多的重视和应用，有着广阔的前景，但目前在国内还没有形成成熟的工法，虽然我们在不断学习、不断摸索、不断积累的过程中有了一些成功的体会和经验，我们还需要继续学习、摸索，争取将它更好的应用到工程实践中……

参考文献：

【1】周文波主编．盾构法隧道施工技术及应用[M]．中国建筑工业出版社．2004．

【2】张风祥，傅德明，杨国祥，项兆池编著．盾构隧道施工手册[M]．人民交通出版社．2005．

【3】竺维彬,鞠世健. 论复合地层盾构施工的理论体系[J] . 现代隧道技术,2007 (sup) :128.