【摘 要】即使國(guó)內(nèi)隧道盾構(gòu)工程施工技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，但在工程實(shí)施過(guò)程相對(duì)于掌子面土體是一個(gè)封閉的施工的環(huán)境，對(duì)土體地質(zhì)缺少感官認(rèn)識(shí)，所以因?yàn)檎谱用娴刭|(zhì)的不確定性，經(jīng)常會(huì)造成盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中會(huì)遇到一些突發(fā)事故，這就需要我們首先做好應(yīng)急處理及尋求分析事故后的解決方案。本工程成都地鐵2號(hào)線22標(biāo)【經(jīng)干院~東部副中心】區(qū)間左線在掘進(jìn)過(guò)程中突然盾構(gòu)姿態(tài)失控，經(jīng)我部積極應(yīng)對(duì)，多方渠道獲取解決方案，最終成功控制姿態(tài)，并且確保隧道線型控制。

【關(guān)鍵詞】掘進(jìn)；姿態(tài)失控；控制姿態(tài)

1 工程概況

成都地鐵2號(hào)線22標(biāo)由1個(gè)始發(fā)工作井和2個(gè)盾構(gòu)區(qū)間組成，其中第一個(gè)隧道區(qū)間長(zhǎng)約1.2公里，第二個(gè)隧道區(qū)間長(zhǎng)約0.8公里，兩盾構(gòu)區(qū)間由一車(chē)站分隔。盾構(gòu)隧道內(nèi)徑φ5400mm，外徑φ6000mm，管片厚度為300mm，管片寬度有1.5m和1.2m兩種。

2 事故發(fā)生及應(yīng)急處理

本工程【經(jīng)干院~東部副中心】區(qū)間左線掘進(jìn)至10至16環(huán)時(shí)盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)一度較低，垂直后點(diǎn)達(dá)到-50mm左右，為了防止盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)一步惡化，立即采取往上抬頭的糾偏措施。往上抬的過(guò)程中感覺(jué)較正常，姿態(tài)按照預(yù)想的趨勢(shì)發(fā)展，但在23環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中準(zhǔn)備壓頭擺尾時(shí)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不受控姿態(tài)一直往上走，并且俯仰角在不斷擴(kuò)大。

圖1 姿態(tài)不受控盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)走勢(shì)圖

面對(duì)這種情況現(xiàn)場(chǎng)首先判斷是四組千斤頂油壓出現(xiàn)問(wèn)題，立即停機(jī)對(duì)四組千斤頂油壓及電磁閥等進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)通知測(cè)量組對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)測(cè)。檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備正常，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)測(cè)結(jié)果也與盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)導(dǎo)航系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)相符。

圖2 姿態(tài)不受控地段地質(zhì)圖

由圖2可知，掌子面上部與中部為強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中風(fēng)化泥巖，而下部為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，考慮到砂巖強(qiáng)度高于泥巖強(qiáng)度，且底部砂巖隨著盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向有個(gè)上坡不斷增多的趨勢(shì)，初步確定盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不受控向上抬頭是由于下部相對(duì)硬度較高的砂巖作用，使得盾構(gòu)機(jī)順著砂巖地層走向的坡度往上走，這也是典型的上軟下硬地層中出現(xiàn)的掘進(jìn)難點(diǎn)。但該坡度距離較短，盾構(gòu)機(jī)再往前掘進(jìn)5環(huán)左右即可以通過(guò)該斜坡，如果該原因成立的話(huà)，待盾構(gòu)機(jī)通過(guò)該斜坡后，掌子面砂巖比例可以達(dá)到一半且保持不變，那么盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)將會(huì)停止惡化，進(jìn)而恢復(fù)正常。

決定繼續(xù)推進(jìn)，放緩?fù)七M(jìn)速度，加大上部千斤頂推力進(jìn)行糾偏，同時(shí)注意保護(hù)盾尾鉸接，必要時(shí)通過(guò)土艙氣壓將盾構(gòu)機(jī)退回來(lái)達(dá)到收鉸接的目的。

圖3 姿態(tài)不受控后盾構(gòu)機(jī)推力控制

由圖3知，剛開(kāi)始上下組千斤頂推力控制相當(dāng)，這是常規(guī)的糾偏方法，但是由圖1可知盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)垂直方向一直保持向上走的趨勢(shì)，且前點(diǎn)趨勢(shì)要大于后點(diǎn)趨勢(shì)。推進(jìn)實(shí)際操作過(guò)程中上部千斤頂油壓不斷增大，下部千斤頂油壓則不斷減小，由圖3可知，上部油壓高達(dá)300bar，而下部油壓甚至出現(xiàn)過(guò)0bar，這種慢速、高油壓的非常規(guī)糾偏方法下姿態(tài)依舊惡化。

掘進(jìn)至28環(huán)（裝管片）時(shí)，如圖4所示，盾構(gòu)機(jī)所處位置，機(jī)身已經(jīng)過(guò)半通過(guò)砂巖地層斜坡，但由圖1可知，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)依舊向上走，說(shuō)明之前原因推斷及采取的措施不成立，所以立即停止向前推進(jìn)，并且開(kāi)艙檢查掌子面情況。

圖4 掘進(jìn)至28環(huán)時(shí)盾構(gòu)機(jī)所處位置

3 事故分析及處理措施

停止掘進(jìn)后，立刻組織措施研討會(huì)，各抒己見(jiàn)，集各方意見(jiàn)，初步得出盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)失控主要原因是盾構(gòu)機(jī)被“裹死”，造成盾構(gòu)機(jī)被束縛，限制盾構(gòu)機(jī)糾偏。

由圖2可知，姿態(tài)不受控盾構(gòu)機(jī)所處位置隧道范圍內(nèi)均為風(fēng)化巖層，根據(jù)詳勘資料及掌子面碴土取樣實(shí)驗(yàn)表明，本工程風(fēng)化巖膨脹率（FS）平均為28%，同時(shí)開(kāi)艙發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)外殼圖圍巖之間的縫隙很小，且筒體外部土體十分堅(jiān)硬。經(jīng)量測(cè)，盾構(gòu)機(jī)筒體前體外部與圍巖間隙基本上小于1cm，而本工程所使用的海瑞克S-471盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)、前體、中體及盾尾的直徑依次為6280mm、6250mm、6240mm及6230mm。這樣實(shí)際間隙值明顯低于理論間隙值，很不利于盾構(gòu)機(jī)的糾偏。

經(jīng)研討決定在刀盤(pán)上加兩把擴(kuò)挖小型貝殼刀，分別加在刀盤(pán)3#與7#輔壁上，采取燒焊的形式，該擴(kuò)挖刀起到2cm的擴(kuò)挖作用，也就是其較刀盤(pán)原來(lái)輪廓向外伸出2cm。

圖5 加焊擴(kuò)挖小型貝殼刀

加焊擴(kuò)挖刀后恢復(fù)掘進(jìn)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)并沒(méi)有好轉(zhuǎn)，并且推進(jìn)越來(lái)越困難，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)一步惡化，該措施解決效果欠佳。

4 事故再分析及解決措施

加焊擴(kuò)挖刀后掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)角變化特別大，筒體與圍巖之間的間隙可能增大，擴(kuò)挖刀起到了擴(kuò)挖作用。但也有可能盾構(gòu)機(jī)筒體外圍某一部分受到圍巖的束縛，從而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中的擺動(dòng)。于是我部在31環(huán)位置開(kāi)艙，繼續(xù)優(yōu)化措施如下：

4.1 如果盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)得不到改良是因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)筒體被束縛的原因?qū)е?，就有可能是之前加焊的擴(kuò)挖小貝殼刀效果不好。因?yàn)樾⌒拓悮さ吨患雍噶藘砂?，同時(shí)該小型貝殼刀的開(kāi)挖作用位置只是在刀盤(pán)的徑向位置，也就是說(shuō)在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中，考慮到刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及盾構(gòu)機(jī)向前行進(jìn)，不難發(fā)現(xiàn)擴(kuò)挖小型貝殼刀的并沒(méi)有完全的擴(kuò)挖出一個(gè)2cm的空間，而是呈一個(gè)螺旋狀得擴(kuò)挖，所以說(shuō)圍巖還是有可能繼續(xù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的“裹死”。

考慮至此，31環(huán)開(kāi)艙時(shí)將之前加焊的兩把擴(kuò)挖小型貝殼刀割除，同時(shí)將兩把小型貝殼刀相鄰位置的兩把邊緣鏟刀加焊2cm的墊塊。另外通過(guò)加墊塊將38/40#滾刀向外延2cm，37/39#滾刀向外延1cm。這樣就避免了螺旋擴(kuò)挖。

4.2 如果盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不受控向上走是盾構(gòu)機(jī)筒體某一部分受束縛導(dǎo)致的，這個(gè)部位肯定是在盾構(gòu)機(jī)筒體底部，這樣才能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)向上走。經(jīng)多方討論，最后取得統(tǒng)一意見(jiàn)是：刀盤(pán)的開(kāi)挖直徑要大于筒體的外徑，這樣在盾構(gòu)機(jī)向上糾偏時(shí)，盾構(gòu)機(jī)有一個(gè)向上抬頭的趨勢(shì)，造成前體前檐底部就一個(gè)較大的縫隙，而這個(gè)縫隙會(huì)迅速的被從掌子面刮下來(lái)的較硬風(fēng)化巖給填充，進(jìn)而將盾構(gòu)機(jī)墊高。前盾體前檐底部縫隙不斷出現(xiàn)，風(fēng)化巖不斷填充，盾構(gòu)機(jī)也就不斷被抬高，故務(wù)必阻止風(fēng)化巖進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)前檐底部。因此在盾體前端底部4點(diǎn)至8點(diǎn)的位置一道裙板，使土艙內(nèi)碴土不能填充到前盾的底部。裙板一般選用12mm厚的鋼板加工。

圖8 裙板及裙板安裝后的效果圖

采用此擋土裝置后，盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)1環(huán)后，絕對(duì)俯仰角開(kāi)始變小，糾偏效果明顯，表明姿態(tài)具備了可控性，說(shuō)明此裝置對(duì)盾構(gòu)機(jī)在膨脹巖土中的掘進(jìn)姿態(tài)控制起到了輔助作用。最后盾構(gòu)機(jī)按計(jì)劃的糾偏線路慢慢地回到了設(shè)計(jì)軸線附近，成功地解決了被“裹”的困境。

5 效果與總結(jié)

采取以上措施后，盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)1環(huán)后，絕對(duì)俯仰角開(kāi)始變小，表明在該擋土裝置的輔助下盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)開(kāi)始好轉(zhuǎn)，表明盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)具備可控性。為防止盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)出現(xiàn)相反的惡化，即向上糾偏不受控。在34環(huán)位置將擋土裙板割除，同時(shí)關(guān)艙恢復(fù)正常掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不斷好轉(zhuǎn)，最后盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)恢復(fù)正常并且完全受控。

本次盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不受控事故告訴我們，在工程實(shí)施過(guò)程中遇見(jiàn)突發(fā)事故，務(wù)必冷靜分析，集思廣益，將問(wèn)題細(xì)化，各個(gè)擊破。在解決問(wèn)題的過(guò)程中除了可以借鑒同行的經(jīng)驗(yàn)，也需要需要有創(chuàng)新精神，膽大心細(xì)，以最快最好的形式解決問(wèn)題。

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