摘要：结合广州市轨道交通三号线[天~华]区间盾构工程为实例，阐述了海瑞克土压平衡盾构机在地铁盾构隧道施工中的主要内容，并针对施工中遇到的一些具体问题提出了解决办法。
关键词：地铁盾构隧道1、工程概况广州市轨道交通三号线[天~华]区间盾构工程分为两个区间（天河客运站~五山站区间以及五山站~华师站区间），主要由两条圆形盾构隧道为主组成，双线长6259.615m。隧道标称内径为5400mm；埋深为11~28m；平面最小曲线半径为350m；最小竖曲线半径为3000m；最大坡度为19‰；最小坡度为3‰。天~五区间隧道主要是在残积层和全风化层中穿过，顶底板差异不大，在中部偶见夹有球状微风化岩石。近五山段顶板出现少量砂层。隧道洞身天然单轴抗压强度最大值为153.40MPa。五~华区间隧道主要是在强风化层中穿过，顶底板岩土分层有一定差异，存在上软下硬或有夹层现象。中部为瘦狗岭断层破碎带，以北均为花岗岩、花岗片麻岩带或风化层，以南为白垩系红层岩系。靠近华师站段隧道全断面在微风化层中穿过。地表地形地貌变化也比较大。白垩系红层隧道上方发育有较长段含水砂层。2、盾构掘进2.1刀具配置地质情况对刀具配置起决定作用，隧道围岩为I、II类(按《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》中隧道围岩分类)时，一般采用刮刀(俗称羊角刀)，而对于III~VI类围岩则使用盘形滚刀效果较好。盘形滚刀又有单刃和双刃之分，单刃滚刀适合较硬岩或强度不均匀的围岩，而双刃滚刀适合一般硬岩及强度均匀的围岩。针对本工程的地质情况，均配置单刃盘形滚刀。2.2掘进参数控制(1)、控制刀盘扭矩。根据保护刀具、降低刀具磨损的要求，必须将刀盘扭矩控制在某一容许范围内，而控制扭矩的主要依靠以下方法：◆减小推力：这是最简单、有效的方法，但同时也会降低掘进速度。◆减小刀具的贯入度：即在保持掘进速度基本不变的情况下，提高刀盘转速，一般达2.5~3r/m左右。当开挖面为全断面硬岩时，减小刀具贯入度，能显著降低刀盘扭矩。但刀盘高转速不适用有孤石的围岩，因为孤石很容易造成刀具崩裂。◆向开挖面、土仓内加入土质改良剂：常见的土质改良剂及适用地层膨润土适用砂~砂砾地层发泡剂适用粘土~粗砂地层高吸水性树脂适用固结粘土~砂砾地层其中发泡剂较为常用。另外，在全断面硬岩或孤石地层，可以向开挖面、土仓内加入冷却水，以降低刀盘、刀具的温度来保护刀具。(2)、保持适当的土压。若隧道围岩能够自立，则可以采取空仓掘进的模式；若隧道围岩无法自立，为了保持开挖面的稳定，则必须保持适当的土压以稳定开挖面，控制地面沉降。土压过低，则可能出现超挖；土压过高，则有效推力降低，掘进速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降较大。土压的确定与隧道埋深、地质情况、地面建筑物情况有很大关系，可以采用库仑或朗肯等理论估算。在实际施工中，也可以根据出土量的情况来确定适当的土压。在本工程掘进过程中一般保持1.5~2.0bar的土压。(3)、在刀盘扭矩、土压、出土量满足要求的情况下，尽可能加大推力，以提高掘进速度(80mm/min以上)，加快工程进度。而在掘进速度较快的情况下，则要注意控制好盾构机的姿态、保持土压稳定、同步注浆量。2.3同步注浆及二次注浆由于刀盘的直径为Φ6280mm，而管片外径Φ6000mm，所以在管片离开盾尾后，理论上管片与围岩之间将会有宽度为140mm的空隙，为控制地面沉降，必须用砂浆将空隙填满。(1)、盾尾同步注浆。出现的主要问题：◆堵管出现堵管的情况，其原因主要是以下几方面：①砂浆配比不好，以致砂浆初凝时间太短、砂浆易沉淀离析、砂浆流动性差②原材料不好，如砂太粗③盾尾浆管回砂④长时间停注前未注射膨润土液洗管◆漏浆主要原因及处理办法：①盾尾间隙过大。控制好盾构机姿态，选择适当的管片，以保持良好的盾尾间隙②尾刷损坏。在管片迎水面垫厚约15cm左右的海绵或者更换尾刷。③盾尾油脂注入量不够。加大油脂注入量。(2)、二次注浆。当地面沉降较大或隧道下坡且地下水丰富时，可以进行管片背后二次注浆来稳定地面或堵水。注浆材料可以用纯水泥浆、砂浆或双液浆。注浆设备可以采用注浆机或盾构机台车上的同步注浆泵。注浆时应注意监控注浆压力，如果压力过大可能造成管片错台或纵裂。2.4常见问题及处理办法(1)、若螺旋输送机被卡住(即扭矩超限)，无法正常出渣，可反复伸、缩螺杆并同时正、反转，如低速正转同时伸、缩螺杆，若超限则反转同时伸、缩螺杆，如此反复，基本上都可以脱困。(2)、若启动刀盘时刀盘被卡住，则将部分推进千斤顶收缩，使土压力、刀具贯入度减小即可以转动刀盘。(3)、在非粘性地层，如砂层，若铰接千斤顶拉力较大，说明刀盘的扩孔能力较差，则要检查刀盘的边缘刀是否磨损过量而应该更换。3、管片拼装3.1管片型号的选择一般主要根据盾尾间隙、线路特点、推进千斤顶行程来确定管片型号。选择适当的管片可以有效地调节盾尾间隙，保证盾尾间隙和千斤顶行程比较均匀，有利于管片的受力。若盾尾间隙过小，则可能造成管片难以安装、管片迎水面被盾尾压崩、盾尾尾刷损坏、千斤顶撑靴与管片严重错台导致管片止水条损坏和管片崩缺等问题。3.2常见质量问题(1)、管片在拼装前一般要先检查管片是否完好、型号是否正确、缓冲垫和止水条是否贴牢。在拼装过程中一定要注意对止水条的保护，若止水条损坏严重则很可能出现渗漏水的质量问题。(2)、千斤顶撑靴正常情况下应该不会同时顶在两块管片的角上，但如果隧道管片发生扭转，则可能会出现这种情况，那么要特别注意拼管片或掘进时会管片发生崩裂。(3)、管片扭转：如果拼装管片时，盾构机的滚动角较大而且一直朝同一个方向，则可能会发生隧道管片扭转的情况。因此应该通过调整刀盘的旋转方向来减小盾构机在拼装时的滚动角。(4)、管片错台：在小半径曲线(本工程最小曲线半径R=350m)线路施工时，因推进千斤顶对管片有环向分力而造成管片环向错台。解决办法是在推进后及时复紧管片连接螺栓约束管片的环向位移，或者在拼装时人为地将管片拼成与转弯方向一致的错台。4、专题4.1压气换刀主要作业步骤：(1)、准备换刀工具、材料并检查压气时要用的相关设备常用的换刀工具有：刀具磨损量具、手拉葫芦、液压千斤顶、螺杆千斤顶、分离式千斤顶、撬棒、扳手(开仓门及拆、装刀具时用)、气动打磨机、铁锤准备的材料有：刀具及其配件(拉紧块、U型块、螺丝等)、吊耳要检查的设备有：空压机（包括备用空压机）、管路(水管、气管)及接口、照明设施、人闸及土仓的压力表、人闸与指挥室的通讯(2)、排出土仓内的渣土，当土压降至较低时(0.5bar以下)，向土仓加入压缩气体，同时土仓内加入膨润土，转动刀盘，继续出渣。一段时间后停止加入膨润土。当螺旋机后闸门有较连续且较大压力的气体喷出即可停止出土，然后等待半个小时左右看土仓内的气压是否能够保持稳定，即气压上下浮动不能超过0.1bar。如果土仓内的气压，无法上升到预定值，且空压机排压较低，或者气压上下浮动过大都说明土仓漏气。检查地面、铰接、盾尾是否漏气。(3)、土仓内气压稳定后，换刀人员进入人闸，相关材料工具也要运进去。准备好后，向人闸内加压，加压程序要按照有关带压作业规范的要求。(4)、当人闸的气压与土仓的气压基本一致时，打开平衡阀，换刀人员打开土仓门进入土仓开始换刀作业。常见问题及处理办法：(1)、若换刀时刀具不慎掉入土仓内，而土仓内泥渣较多很难定位刀具及打捞时，则换刀人员进仓作业时带上铁锹和编织袋，将土仓内的渣土装袋即可。(2)、若作业过程中，发生气管爆裂、空压机故障等问题时，首先要冷静，想办法稳住气压，同时尽快通知作业人员进入人闸以便及早减压出来。(3)、要做好各项人员安全措施及灾害防治措施。对工作人员要进行全面体检，体检不合格的人员禁止入内。要注意压气作业过程中因焊接、漏电、打磨等作业可能引起火灾。各种应急设备如高压氧舱、单架等应处于准备状态。4.2盾构始发与到达(1)、到达前要做好以下工作：①校核盾构机姿态及位置，盾构机轴线应较洞门轴线稍微高1~3cm②洞门临时挡土墙凿除③盾构机接收平台的铺设④洞门环板、压板的设置⑤抢险物资设备的准备(2)、始发时要做好以下工作：①盾构机、始发架、反力架的安装、测量定位②洞门临时挡土墙凿除③洞门环板、压板的设置④抢险物资设备的准备5、施工管理5.1人员配置以德国海瑞克土压平衡盾构机为例：(1)、技术管理人员隧道领班工程师兼盾构机操作手1人机电工程师3人(机械、电气、液压各1人)(2)、劳务工人岗位班长兼管片拼装手配合管片拼装双轨梁操作手同步注浆出土兼千斤顶操作电工机修工合计人数1312113125.2材料、设备配置(1)日常消耗材料主轴承密封油脂、润滑油脂、盾尾密封油脂、发泡剂、砂浆、隧道照明材料(照明灯、电线、线架)、通信材料、循环水管、轨道、轨枕、排污水管、编织(2)日常工具、设备电焊机、气割、潜水泵、千斤顶、葫芦、扳手、铁锤.