徐 明

（江蘇省宏源電力建設監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210024）

目前隧道盾構施工除在城市地鐵工程大量應用外，在大型火力發(fā)電廠及水廠中應用也比較廣泛。這些項目盾構設備投入相對簡易，在施工中容易出現質量問題，嚴重的會出現安全隱患。針對隧道盾構施工質量和安全的控制，就要了解取水隧道特點和控制要點，分析盾構施工過程中容易出現的問題，采取應對措施。筆者就質量和安全控制方面闡述在取水隧道盾構施工過程中的一些體會。

1 取水隧道特點

大型電廠或水廠取水隧道盾構施工與城市地鐵、過江隧道主要施工原理基本相同，但又有其不同的特點。這些項目位于長江或海邊，地質條件比較復雜，單根掘進距離都較長，屬于長距離海底或江底隧道。取水隧道一般工期都較緊，工程造價較低，盾構設備投入簡易，技術措施簡單，施工過程對質量、安全控制較難。盾構法取水隧道施工主要有如下特點。

(1)長距離隧道內因輸電距離過長，會產生嚴重的電壓降，從而影響隧道內用電設備的正常啟動。工程盾構排泥采用水力機械，長距離盾構施工進、排水水頭損失較大，沖泥和排泥效率降低。長距離盾構施工，隧道內空氣置換困難，通風效果不理想。

(2)盾構出洞是隧道施工的難點。需要做好防護措施，對洞口段采用壓密注漿地基加固措施。同時需要注意加固范圍和強度，防止出洞下沉和出洞困難。

(3)穿越防洪大堤是隧道施工的重點。盾構通過大堤時土方不平衡，容易引起大堤下沉和滲漏。所以對大堤需進行帷幕壓密注漿加固措施，防止大堤沉降滲漏，并需要通過水利部門審查認可。

(4)取水盾構隧道施工大部分都要穿越粉砂層，頂進時會產生較大頂力。粉砂層的滲透系數大，盾尾可能會出現漏水、漏砂現象。在江底或海底掘進，應考慮水壓力和土壓力。必要時需要采取防滲漏措施和防漂浮措施。

(5)取水隧道分為水平盾構和垂直頂升；水平盾構又分為標準段和特殊段。特殊段采用特殊管片，并預留垂直頂升出口。在標準段和特殊段掘進完成后，采用特殊的頂升裝置方可垂直頂升。需要重點檢查止水系統的安裝、頂升垂直度，在頂升過程中對隧道進行沉降觀測。

(6)在垂直頂升施工結束并完成隧道內相關工作后，可進行隧道通水并開始取水頭水上安裝工作。取水頭與立管頂頭管節(jié)通過法蘭連接，取水頭四周采用挖泥拋石防沖刷保護，鋼結構管片及立管采用犧牲陽極保護。

2 盾構施工中的常見問題與應對措施

取水隧道由于其項目的特性和特點，在盾構施工過程中，既有一些共性的(如盾構機選型、軸線標高偏差、土方平衡與掘進速度等方面)存在的問題，又有一些特性的(如出洞防磕頭措施、大堤沉降保護措施、同步注漿、垂直頂升等方面)存在的問題。筆者以下針對這些盾構施工過程中容易出現的問題，分析原因并采取相對應的控制措施。

2.1 盾構機配套選型

盾構機的選型是能否順利掘進的關鍵。不同項目會選擇先進程度不同的盾構機，而且盾構機的選型與地質有很大的關系，不同的土層(如粉砂土、黏土、淤泥質土)所選用的盾構機頭土方平衡方式不同。如果沒有認真研究地質土層，對土性認識不足，就可能導致盾構機選型不當、不能適應土層，造成掘進過程中不能發(fā)揮作用的情況發(fā)生。盾構機的選型是否合適，配套設施是否完善，直接影響到工程的經濟性、安全性和可靠性。

泥水盾構、土壓平衡盾構、氣壓平衡盾構是當前盾構機的主流產品。在電廠取水隧道中使用較多的網格式氣壓平衡盾構機，采用氣壓結合水利機械沖泥。這種盾構機較適宜在砂性土中施工，有制造成本低、操作簡便，容易改造維修等特點。同時，在盾構機設計中可根據不同項目地質情況加以完善和改進。

影響盾構機配套選型的主要因素有土質條件、地下水的含量、隧道長度和線形、后續(xù)設備與盾構機的配套能力、工作環(huán)境等。因此施工前應對本工程的地質情況和周邊情況加以了解，同時對盾構機的性能及隧道的配套系統加以研究，應檢查設備狀況是否良好，備品配件是否充足，各項配套設施是否完善。

2.2 出洞防磕頭

盾構出洞是整個隧道施工中技術難度大、工序較復雜，又有一定風險的施工階段。盾構機由泵房預留的洞口進行出洞。由于自重以及洞外土質松軟，如果沒有采取加固措施，出洞口往往出現塌方現象。機頭突然磕頭下沉造成盾構初始姿態(tài)改變，導致盾構剛出洞軸線和標高就嚴重偏移，引起隧道掘進困難。鑒于以上問題，施工中一般采取洞口鋼封門加固和洞外土體加固措施。

在泵房出洞口采用工字鋼作為擋土鋼封門，下沉后在洞口外施打鋼板樁進行止水。同時，對鋼封門進行止水并對洞口加固。常采用壓密注漿對洞口地段地基加固。要注意加固范圍應去除盾構掘進區(qū)域，因注漿的流動性，控制加固體強度不應過高，以免出洞困難。

此外，施工中要注意盾構初期的掘進速度，要緩慢平穩(wěn)。當盾構機切入止水橡膠簾布時才可拔除止水鋼板樁；鋼板拔除后立即回填并及時加注漿液，以防止地面塌陷。盾構在加固區(qū)推進，要保持盾構姿態(tài)，防止盾構姿態(tài)急驟改變，以勻速、慢速推進為主。

2.3 大堤沉降保護

取水隧道一般都要穿過大堤，而防洪大堤是水利的重要保護設施，所以穿越大堤是盾構施工的難點。在穿越期間，如控制不好土方平衡，就會出現塌方下沉；如防洪防汛期間堤身損壞，造成大堤下沉裂縫甚至大面積垮塌滲漏，后果不堪設想。

控制海堤或江堤沉降、防止堤身損害，是盾構穿越大堤施工的關鍵。由于盾構穿越大堤施工的擠土作用或水土流失的影響，容易造成大堤下土層的變形，因此一般在大堤軸線采取壓密注漿的加固補強措施，形成帷幕保護，以最大限度減少隧道施工對大堤的影響。但是，要注意加固范圍要去除盾構掘進區(qū)域，以防掘進困難。

盾構掘進經過大堤底部區(qū)域時，應嚴格控制各項施工參數，控制掘進速度；要保持土體和氣壓平衡，避免欠挖和超挖，減少盾構推進對地層的擾動。盾構推進過程中，在隧道內通過襯砌壓漿孔及時跟蹤壓漿、二次補漿，形成加強箍，將盾構通過后盾構間隙的土體損失減少到最少。在掘進過程中若出現涌土征兆，應及時采用氣壓掘進的方式穩(wěn)定開挖面，防止開挖面塌方，從而防止地層出現大的變形。

應建立沉降報警體系，在圍堤上設置沉降觀測點和沉降觀測斷面，進行與施工同步的跟蹤監(jiān)測，用測量數據指導盾構掘進。盾構過大堤時，要將地表變形量嚴格控制在要求范圍以內。一旦出現大堤塌陷，應立即采取回填；必要時采取壓密注漿加固處理。穿越大堤后，還需進行跟蹤沉降觀測，評估大堤殘余沉降對隧道的影響，直至大堤穩(wěn)定。

2.4 土方平衡與掘進速度

盾構機的穩(wěn)妥推進以及控制沉降塌方，主要依靠土方平衡來進行控制。如何保證出土量與掘進速度相一致即土方平衡也是盾構施工中的難點。出土量多了易引起塌方、沉降及軸線偏差；出土量少了會帶來頂力增大和掘進困難。同樣，速度慢了，外壁摩阻力會增大，導致頂進困難；但速度快了，掘進質量和軸線偏差不易保證。

控制土壓盾構排土量的基本原則，首先要滿足保持盾構土體開挖量和排土量的平衡，保持盾構艙內土壓與開挖面前方土水總壓力保持平衡。在掘進時，應根據沉降觀測數據及時調整土壓力，同時結合格柵外土層壓力傳感器數值，控制掘進速度和進土量，根據土方量的檢測來調整掘進速度，保證土方平衡，進而達到對軸線和地層變形的控制。其次，盾構掘進速度應與地表控制的塌陷值、出土量、正面土壓平衡調整值、同步注漿等相協調。要根據出土量和盾構機姿態(tài)情況來控制速度。在出洞口、過大堤、糾偏過程中、土質變化時等階段要控制速度，不宜過快。掘進過程中，掘進速度值應盡量保持恒定，減少波動，應隨時掌握掘進參數，根據掘進參數分析和控制不同階段的掘進速度。

2.5 軸線、標高控制及糾偏

由于土質條件的變化或操作方面的原因，盾構頂進過程中軸線和標高往往會出現偏差。不斷進行糾偏時，如果糾偏過急或糾偏方式不當，會導致越糾越偏，或糾偏過當向相反方向偏移。

軸線和標高偏差原因包括初期姿態(tài)不佳、地質情況變化、掘進速度過快、糾偏心態(tài)過急等。盾構掘進過程中應建立完整的測量系統，加強測量，勤糾慢糾。盾構姿態(tài)一旦出現偏移，就要分析原因采取糾偏措施，但盾構機進入海江區(qū)域前應調整盾構姿態(tài)至最佳位置，穿越過程中盡量減少糾偏或不糾偏。

糾偏措施一般包括控制艙門操作、調整千斤頂的組合、管片環(huán)面上貼片等方法。采用通過人工操作控制艙門、水槍等調整出土量來微調盾構姿態(tài)；采用調整盾構千斤頂的組合來實現糾偏，可在偏離方向相反處，調低該區(qū)域千斤頂工作壓力，造成兩千斤頂的行程差，也可采用停開部分千斤頂方法，獲得行程差；采用微量楔形料進行隧道管片糾偏，隧道可采用管片環(huán)面上粘貼楔形低壓棉膠板的方法進行糾偏。

2.6 管片破損及下沉

盾構掘進過程中往往由于各種原因可能導致管片破損較多，有的甚至出現裂縫，嚴重的會導致盾構機突然下傾，管片錯臺嚴重，甚至下沉，管片下沉除了影響隧道內交通、測量外，更嚴重的會影響隧道整體強度，存在滲漏、透水等安全隱患。

造成管片出現破損或下沉原因主要有：管片原材料不合格；采取糾偏措施以及頂力很大時導致管片破損；前方土質突然變化，造成機頭下沉；跟蹤注漿不及時，隧道管片的自重，造成管片整體下移；機頭操作水槍不平衡，下部沖刷過多，造成機頭部下方土方取土過多，機頭下傾，盾構軸線下移，會造成管片突沉。

控制管片破損主要有以下措施：控制原材料質量，包括管片材料、高強螺栓、封堵材料、注漿防水材料以及垂直頂升管節(jié)材料；檢查管片拼裝情況，規(guī)范操作，控制糾偏，分析管片錯臺發(fā)生量，做到及早控制，減少管片非正常受力因素。如管片出現嚴重破損、錯臺和滲漏的要及時進行修補、堵漏或加固處理，深度破損的必須更換，淺度破損需修補處理。

如出現管片下沉，一方面要根據前方土質情況及時進行盾構參數的改變，要對盾構姿態(tài)及時進行糾偏，控制土方平衡，特別是機頭取土平衡，逐步糾正偏差，控制管片偏差在允許范圍類。同時注漿要及時跟上，填充管片與土體之間的間隙。出現管片下沉，需要對破損管片及時進行修復，以保證隧道整體強度不受降低。如出現突沉，要及時采取壓漿加固以及鋼梁支撐加固，在嚴重區(qū)域可考慮采取加鋼內環(huán)處理，以消除強度降低及滲漏等安全隱患。

2.7 同步注漿

盾構掘進過程中，土體與管片間會產生間隙，采用在襯砌單元與土體單元之間增加一定厚度的實體單元來實現，且其彈性模量相對土體單元要小很多，這就是同步注漿，但在掘進過程中往往不容易做到，一是不及時，二是注漿位置和數量不能滿足。

盾構推進中的同步注漿和襯砌后補壓漿是充填土體與管片圓環(huán)間的間隙和減少后期沉降的主要手段，也是盾構推進施工中的一道重要工序。特別是大堤下及垂直頂升段的注漿，應選擇和易性好、泌水性小、具有一定強度的漿液，進行及時、均勻、足量壓注，確保其空隙得以及時和足量的充填。壓漿量和壓漿點視當時的壓力值和地層變形監(jiān)測數據而定，對盾構過后局部沉降量較大的部位再進行襯砌壁后的補壓漿。盾構出洞段和盾構穿越圍堤段采用雙液固結漿，正常掘進時采用惰性漿。

應控制注漿時間和速度，注漿速度由掘進速度決定，注漿時間采用同步壓力注漿，即在盾構掘進的同時進行注漿，掘進停止后，注漿也相應停止。

2.8 滲漏等安全問題

取水隧道都在海底或江底施工，安全是盾構施工重中之重，安全危險源多，風險大，盾構在頂進過程中往往遇到障礙物、土體坍塌、空氣中毒、漂浮等安全隱患，特別是在管片之間、標準段與特殊段間、垂直頂升段、盾尾部位都可能出現滲漏，嚴重的會導致透水，給盾構造成施工不便和安全隱患。因此，應采取措施控制管片破損、盾尾和垂直頂升引起的滲漏。

為防止可能出現的管片破損，應檢查管片制作質量、拼裝質量和二次注漿質量，提高管壁抗?jié)B防水能力，同時巡視檢查管片破損程度，破損及時修補，如出現滲漏要及時通過雙液注漿和聚氨脂填堵。

盾尾是盾構機的關鍵部位，盾尾與管片間的鋼絲刷密封裝置長時間與管片摩擦，容易損壞造成滲漏，這就要求不斷補充盾尾油脂以保證盾尾密封的可靠性，利用封堵材料及時封堵；加強盾尾姿態(tài)控制，注漿處必須和盾尾保持一定距離，以防漿液侵入盾尾鋼刷，防止變形破壞盾尾刷。

垂直頂升的防水施工是防止?jié)B、漏水的關鍵工序，檢查止水系統安裝質量，一般采取的措施有加止水法蘭、內部擋圈、氯丁橡膠圈等；止水裝置安裝，利用封堵材料及時封堵；在隧道開口處設置縱、橫向鋼梁，防止頂升時管片變形；隧道配備足量的排水設備抽除積水。

3 結 語

取水隧道盾構施工是一個高風險、技術比較復雜的工程項目。本文只是根據幾個取水盾構工程中的實踐經驗，分析了在盾構施工過程中常見的問題以及所采取的措施。一些數據只是根據實際經驗得出，不一定全面。作為施工人員和監(jiān)理人員，要了解本工程特點，掌握隧道盾構施工的質量安全控制要點，對工程中出現的問題進行認真分析研究，并采取積極有效的措施，才能確保隧道盾構施工順利完成。

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