黃飛，徐程，宋樹桐，季志威，張鋒

（中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 引言

目前，我國(guó)城市地鐵隧道區(qū)間建設(shè)大多會(huì)使用到盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。然而，在市區(qū)使用盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)，難免會(huì)遇到材料供應(yīng)不足、工作井不具備接收條件、征拆協(xié)調(diào)困難等問題，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)經(jīng)常性長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。不僅如此，若在此期間無(wú)法對(duì)盾構(gòu)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)及復(fù)推采取安全控制措施，容易發(fā)生停機(jī)區(qū)域地面塌陷、盾尾砂漿包裹、盾構(gòu)復(fù)推困難、復(fù)推姿態(tài)不受控等施工風(fēng)險(xiǎn)?；诖?，對(duì)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后復(fù)推的安全管控措施進(jìn)行系統(tǒng)性分析及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，符合現(xiàn)階段施工需求。

2 工程概況

以某地鐵隧道區(qū)間為例，該區(qū)間施工采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。由于受征拆問題影響，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)后無(wú)法按原計(jì)劃繼續(xù)掘進(jìn)，需長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)（停機(jī)時(shí)間大于6 個(gè)月）。針對(duì)此，項(xiàng)目部通過采取一系列長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后復(fù)推的安全管控措施，確保了整個(gè)過程安全可控。工程具體情況如下：

1）右線土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)掘進(jìn)約358 m 后開始下穿村莊范圍，下穿長(zhǎng)度約466 m；左線土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)約362 m 后開始下穿村莊范圍，下穿長(zhǎng)度約446 m。

2）該區(qū)間呈西北到東南向斜穿村莊，由于地鐵隧道拱頂埋深深度為17.6～26.4 m，因此，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)需逐漸加深掘進(jìn)。鑒于該段地鐵隧道施工范圍內(nèi)中粗砂層分布較廣、地質(zhì)情況較差，決定對(duì)居民進(jìn)行臨時(shí)遷移；但因臨時(shí)遷移涉及的居民較多，征拆協(xié)調(diào)周期較長(zhǎng)，所以，右線土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)完成195 環(huán)后，進(jìn)入了＞6 個(gè)月的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)狀態(tài)。

3）該盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置位于農(nóng)田下。此處隧道拱頂埋深約15.92 m，線路縱斷面處于28‰下坡段，平面處于左轉(zhuǎn)彎900 m曲線段上。

3 土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)處理措施

針對(duì)本工程盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的施工風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目部主要從停機(jī)前準(zhǔn)備、停機(jī)過程控制、復(fù)推安全控制3 個(gè)階段進(jìn)行安全管控。

3.1 停機(jī)前準(zhǔn)備

3.1.1 停機(jī)位置選取

在考慮土壓平衡盾構(gòu)停機(jī)對(duì)地面環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，要盡量避開建構(gòu)筑物、交通要道、河流等敏感區(qū)域。此外，根據(jù)本工程區(qū)間詳勘、補(bǔ)勘報(bào)告及掘進(jìn)情況，決定選取掌子面自穩(wěn)性強(qiáng)、地質(zhì)情況好的位置進(jìn)行停機(jī)。

3.1.2 盾構(gòu)姿態(tài)控制

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停機(jī)前，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況確定合適的停機(jī)盾構(gòu)姿態(tài)：

1）在軟土地層，盾構(gòu)機(jī)宜總體保持實(shí)際軸線比設(shè)計(jì)軸線略高的盾構(gòu)姿態(tài)，同時(shí)設(shè)備機(jī)頭部比尾部姿態(tài)略高，并保持向上抬頭趨勢(shì)；此外，在停止掘進(jìn)前10 環(huán)，設(shè)備切口環(huán)高程宜控制在+10～+20 mm，盾尾高程控制在-20～+0 mm。

2）在上軟下硬或下部巖層較硬地層，可適當(dāng)保持盾構(gòu)機(jī)低頭趨勢(shì)，以防止復(fù)推后盾構(gòu)姿態(tài)上飄。

3.1.3 土壓控制

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停機(jī)前1 環(huán)的掘進(jìn)過程中，應(yīng)減少泡沫劑注入量與出土量：（1）調(diào)整提高泡沫劑原液比例以降低發(fā)泡率；（2）通過減小泡沫及注入流量來(lái)整體控制注入氣泡倉(cāng)內(nèi)的氣量，從而增加土倉(cāng)內(nèi)實(shí)土體積。

掘進(jìn)完成后，在反轉(zhuǎn)螺旋機(jī)后將其機(jī)內(nèi)土體反壓入土倉(cāng)，以防止因長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)而出現(xiàn)螺旋機(jī)內(nèi)土體固結(jié)現(xiàn)象，進(jìn)而加大后期復(fù)推難度。另外，在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)期間，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)頂部土倉(cāng)壓力宜比理論壓力高0.02～0.03 MPa。

需注意的是，在剛停機(jī)時(shí)，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)壓力宜比正常掘進(jìn)壓力高0.03 MPa。

3.1.4 同步注漿控制

為防止在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后出現(xiàn)漿液前流而引起漿液裹住盾體，應(yīng)在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)停機(jī)位置前最后2 環(huán)的范圍選用不含水泥的盾構(gòu)機(jī)惰性漿液進(jìn)行填充。

3.1.5 膨潤(rùn)土漿液注入

注入膨潤(rùn)土漿液時(shí)，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土；拌制時(shí)，采用膨潤(rùn)土∶水=1∶7 的比例。一般來(lái)說，注入膨潤(rùn)土漿液時(shí)分為3 步進(jìn)行，第1 步注入盾尾后方，第2 步注入盾體周邊，第3 步注入土倉(cāng)內(nèi)。

1）在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停機(jī)掘進(jìn)完成后，先通過注漿管注入1 m3膨潤(rùn)土漿液并關(guān)閉盾尾，以防止?jié){液回流堵管；同時(shí)，要單獨(dú)將漿液分別注入每根注漿管，且確保每根注漿管均能清洗干凈。

2）通過土壓平衡盾構(gòu)機(jī)盾體的盾殼潤(rùn)滑系統(tǒng)，將2～3 m3的膨潤(rùn)土漿液從盾體預(yù)留徑向注漿孔注入盾體周邊，并設(shè)定注漿終壓為0.3 MPa，要確保膨潤(rùn)土漿液可充分填充盾體周邊間隙，從而在有效防止?jié){液前竄包裹住盾體的同時(shí)，還能避免土體收斂與盾體發(fā)生固結(jié)。為了避免盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)推時(shí)與土體摩擦力過大而導(dǎo)致推力過高、鉸接被很快全部脫出，應(yīng)在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時(shí)將鉸接收至約70 mm。

3）向土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤前方、土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土漿液，并利用刀盤旋轉(zhuǎn)裝置與土倉(cāng)攪拌裝置的攪拌功能使膨潤(rùn)土漿液能夠與倉(cāng)內(nèi)渣土混合均勻。此外，應(yīng)一邊旋轉(zhuǎn)刀盤一邊注入漿液，直至土倉(cāng)壓力達(dá)到設(shè)定值后，方可停止。如土倉(cāng)壓力下降，則需向土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土泥漿并旋轉(zhuǎn)刀盤，從而緩慢升高土倉(cāng)壓力至設(shè)定值。

3.1.6 二次注漿

在盾尾、盾體周邊、土倉(cāng)注滿膨潤(rùn)土漿液后，即可開始對(duì)盾尾后第3～5 環(huán)位置安裝全環(huán)止水環(huán)，用于阻隔土壓平衡盾構(gòu)機(jī)后方地下水。二次注漿采用水泥漿和水泥水玻璃雙液漿。

在壓漿環(huán)節(jié)，要安排專人負(fù)責(zé)，并詳細(xì)記錄壓入位置、壓入量、壓力值，同時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到的地層變形信息來(lái)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以確保二次注漿的施工質(zhì)量。

3.1.7 盾尾與鉸接的密封管理

在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停機(jī)前5 環(huán)，其盾尾油脂注入量應(yīng)大于50 kg（以6 m 外徑管片為例）；此外，在停機(jī)后還要額外注入盾尾油脂，且必須足量、均勻，待盾尾油脂溢出尾刷后方可終止；同時(shí)，為了停機(jī)時(shí)能夠保證盾尾密封效果，需嚴(yán)格關(guān)注盾尾密封壓力，并確保每路盾尾油脂腔靜時(shí)壓力應(yīng)大于0.3 MPa。

在進(jìn)行二次注漿前，應(yīng)將盾尾油脂管或黃油管轉(zhuǎn)接至鉸接密封附近管路，并手動(dòng)注入黃油或盾尾油脂來(lái)提前保護(hù)鉸接部位，以防止鉸接部位被包裹。

3.1.8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在本工程中，待土壓平衡盾構(gòu)機(jī)停機(jī)后，需在刀盤、刀盤前5 m、刀盤前15 m、盾尾、盾尾后10 m 處共布置5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)在布置完成后，應(yīng)及時(shí)采集初始值，并在停機(jī)期間每天監(jiān)測(cè)一次，待監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，可根據(jù)監(jiān)測(cè)要求適當(dāng)調(diào)整檢測(cè)頻率。

3.2 停機(jī)過程控制

3.2.1 人員安排

在人員安排方面，需注意的事項(xiàng)有：

1）在停機(jī)期間，地鐵隧道區(qū)間一般不斷電，以保障排水、通風(fēng)及照明工作；若需進(jìn)行斷電，則應(yīng)封鎖入口，禁止任何人員進(jìn)入；如工作人員需斷電后進(jìn)入隧道，要提前2 h 通風(fēng)，待隧道內(nèi)氣體檢測(cè)合格后方可進(jìn)入。

2）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)土倉(cāng)壓力，在停機(jī)前3 d，每隔3 h 就要記錄1次土倉(cāng)及盾尾密封后壓力情況，相關(guān)數(shù)值穩(wěn)定后則可調(diào)整為每隔12 h 記錄1 次；若土倉(cāng)壓力下降，則要及時(shí)向土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土漿液并旋轉(zhuǎn)刀盤，讓其可緩慢增加至設(shè)定值。

3）值班人員每天都要巡視管片變形、管片間滲漏水、隧道涌水、盾尾漏漿、鉸接滲漏等狀況，并及時(shí)安排施工人員抽排地鐵隧道內(nèi)部與井口的積水。

4）在停機(jī)前5 d，每天要旋轉(zhuǎn)1 次刀盤及螺旋機(jī)。若啟動(dòng)刀盤時(shí)其扭矩不大且能順利啟動(dòng)，則可延長(zhǎng)刀盤旋轉(zhuǎn)頻次，間隔時(shí)間通常為每5 d 旋轉(zhuǎn)1 次刀盤。

5）如預(yù)計(jì)停機(jī)時(shí)間小于2 個(gè)月，則可在確保安全前提下穿插進(jìn)行地鐵隧道關(guān)于堵漏、洞門環(huán)梁等方面施工。如預(yù)計(jì)停機(jī)時(shí)間大于2 個(gè)月，且左右線位置都具備聯(lián)絡(luò)通道施工條件，則可考慮穿插進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道施工，同時(shí)讓施工人員和值班人員兼做應(yīng)急人員。

3.2.2 設(shè)備保養(yǎng)

為了更好地保養(yǎng)設(shè)備，需注意的事項(xiàng)有：

1）在停機(jī)期間，維保人員應(yīng)定期檢查和保養(yǎng)設(shè)備并做好相關(guān)記錄。其中，要重點(diǎn)檢查盾尾油脂密封系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。前期每2 d 要加注1 次盾尾油脂及各部位潤(rùn)滑油脂，后期調(diào)整為每7 d 加注1 次，確保盾尾油脂和各部位潤(rùn)滑油脂能夠始終處于飽滿狀態(tài)。另外，要對(duì)螺旋機(jī)、主驅(qū)動(dòng)、皮帶等各個(gè)地方加注黃油，并以注入口溢出黃油為標(biāo)準(zhǔn)。

2）停機(jī)期間要用夾軌器鎖死龍門吊等設(shè)備，并做好防風(fēng)措施以確保設(shè)備已被妥善安置。

3.2.3 安全巡視

為了進(jìn)一步保障土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在停機(jī)期間的安全控制，可適當(dāng)安排人員進(jìn)行巡視：

1）在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)正上方地面設(shè)置警示標(biāo)志及標(biāo)注相關(guān)施工人員聯(lián)系方式，并安排專職安全人員每日巡視停機(jī)位置地面周邊環(huán)境，以避免在這一區(qū)域未經(jīng)確認(rèn)便進(jìn)行挖掘、鉆孔、堆載、降水等施工[1]。

2）為妥善處理停機(jī)期間土壓平衡盾構(gòu)機(jī)可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)提前準(zhǔn)備好應(yīng)急搶險(xiǎn)物資以備急用。

3.3 復(fù)推安全控制

3.3.1 盾構(gòu)機(jī)復(fù)推前期準(zhǔn)備措施

1）機(jī)電部門組織維保人員在對(duì)照盾構(gòu)機(jī)調(diào)試驗(yàn)收大綱基礎(chǔ)上，對(duì)盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)功能進(jìn)行一次全方位驗(yàn)收，以確保各系統(tǒng)運(yùn)行正常。其中，要重點(diǎn)確保超挖刀系統(tǒng)功能正常。

2）測(cè)量部門對(duì)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，并復(fù)核測(cè)量控制點(diǎn)、洞內(nèi)控制點(diǎn)、檢查監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性和連續(xù)性。

3）檢查部門應(yīng)對(duì)注漿管及油脂管進(jìn)行全面檢查，并額外注入10 kg 盾尾油脂，以確認(rèn)各管路的通暢。需特別關(guān)注的是，要保證泡沫管、注漿管、油脂管、預(yù)留管的通暢性。

3.3.2 盾構(gòu)機(jī)復(fù)推過程采取的安全控制措

1）如地層自穩(wěn)性較好，且地面無(wú)建構(gòu)筑物影響時(shí)，復(fù)推第一環(huán)則開始同步注漿漿液，此時(shí)可采用高濃度膨潤(rùn)土漿液作為同步注漿漿液。

2)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，可同步利用盾殼軟化系統(tǒng)向盾體周邊注入膨潤(rùn)土漿液，并利用膨潤(rùn)土的潤(rùn)滑作用來(lái)降低盾體周邊摩擦力，從而減小盾構(gòu)機(jī)復(fù)推阻力。此外，后續(xù)在注入膨潤(rùn)土漿液位置要進(jìn)行二次注漿來(lái)補(bǔ)充。

3）考慮到復(fù)推時(shí)盾構(gòu)機(jī)盾體周邊會(huì)因被不同程度的包裹，而導(dǎo)致復(fù)推阻力較大、鉸接壓力較高，因此，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中可在鉸接壓力較高或向外拉時(shí)主動(dòng)收起鉸接，并給鉸接輔助力，以防止鉸接被完全拉出。

4）如果鉸接壓力已達(dá)到最大值而導(dǎo)致鉸接被全部拉出，且此時(shí)盾構(gòu)機(jī)復(fù)推阻力依然很大，那么可將此判斷為屬于盾體被包裹較嚴(yán)重情況。因此，為了避免鉸接油缸斷裂而產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)停止盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。針對(duì)這一情況，可在盾構(gòu)機(jī)盾尾與鉸接連接位置焊接3 cm 鋼板，從而將盾尾與中盾固定成整體，從而讓盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)。待阻力下降、盾體脫困后，即可取掉鋼板，并逐步收回鉸接。

5）復(fù)推前2 環(huán)應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度。這是因?yàn)?，?fù)推后盾構(gòu)姿態(tài)往往難以控制，所以，此時(shí)應(yīng)將推進(jìn)速度應(yīng)控制在20～30 mm/min，即慢速、勻速地掘進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，會(huì)在一定程度上造成盾體周邊被包裹、盾體與土體間隙縮小等問題，從而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)復(fù)推時(shí)因盾構(gòu)姿態(tài)不受控制，出現(xiàn)上飄或栽頭現(xiàn)象，所以，必須要對(duì)其進(jìn)行安全控制。盾構(gòu)機(jī)復(fù)推時(shí)，在提高刀盤旋轉(zhuǎn)速度、增大擴(kuò)挖能力的同時(shí)，更有利于控制盾構(gòu)姿態(tài)。總而言之，為了確保土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后復(fù)推的安全性，必須要采取對(duì)應(yīng)的安全措施。