（中鐵隧道局集團有限公司 設備分公司，廣東 廣州 511458）

隨著城市地下空間的開發(fā)利用，大直徑泥水盾構施工具有施工速度快、隧道空間利用率大、環(huán)保等優(yōu)點，逐漸成為城市地下公路、鐵路、地鐵隧道建設的一種發(fā)展趨勢。

大直徑泥水盾構施工具有一定的難度、技術要求高，掘進施工發(fā)生風險的概率大。本文以某盾構在全斷面砂層停機期間發(fā)生掌子面坍塌、刀盤被埋后成功脫困事件為例，介紹盾構脫困過程采取的一些措施、技術等，為后續(xù)類似情況提供一定的施工經驗。

1 工程項目和盾構介紹

1.1 工程概況

該項目為過江單洞雙線地鐵隧道工程，采用1 臺11m 級泥水平衡盾構施工，隧道全長2 962m，管片外徑11.3m，內徑10.3m，壁厚500mm，環(huán)寬2m，隧道頂部設置現(xiàn)澆風道板，中間設置現(xiàn)澆中隔墻，底部設置預制口字件；主要穿越地層主要為：粉砂、淤泥質粉質黏土夾粉土、含砂粉質黏土、黏質粉土、黏土地層。

1.2 設備概況

本工程采用1 臺開挖直徑為11m 級氣墊式泥水平衡盾構，刀盤采用8 輻條+8 面板的結構形式，開口率32%；主機總長約為12.3m，整機總長57m，主機重約1 020t，后配套拖車重約226t；刀盤采用電機驅動，轉速為0～3.2rpm，最大額定扭矩為13 900kNm，脫困扭矩為18 070kNm。

2 盾構刀盤脫困處理

2.1 問題描述

N04 號盾構在掘進1 213 環(huán)時主驅動旋轉編碼器故障報警，刀盤無法旋轉，在停機維修期間，利用上部沖刷管路上的備用分支管路（2寸），接入膨潤土進行保壓，備用分支管路手動球閥后端接三通，分兩路使用注漿泵往泥水倉同時注入膨潤土，由于壓力過大，導致手動球閥與分支管路連接處斷裂、球閥脫落、漏漿，引起泥水倉失壓、掌子面坍塌、地面沉降，造成刀盤被困50 余天。

2.2 原因分析

第一，該備用分支管路在上部沖刷管路VG19板閥、VG18 球閥之間，VG19 板閥此前已存在磨損，一直處于常開狀態(tài)；所以在管路斷裂、球閥脫落后，VG19 不能實現(xiàn)緊急關閉、切斷泥水倉來漿通道的功能。

第二，目前盾構掘進地層為全斷面粉細砂，地層穩(wěn)定性差，在泥水壓力較低時極容易發(fā)生掌子面坍塌。

綜上所述：管路斷裂、球閥脫落后，泥水倉漿液不斷從管口漏出，引起泥水倉失壓，不足以克服掌子面地層土壓力和水壓力，造成掌子面坍塌；掌子面粉細砂在地層水土壓力的作用下流入泥水倉，造成刀盤被埋、泥漿管道堵塞，泥水倉無法建壓，刀盤無法旋轉。

2.3 脫困處理

盾構脫困由3 個階段組成：地面注漿密封地層、泥水環(huán)流疏通管道和旋轉刀盤恢復掘進。

2.3.1 地面注漿密封地層

為使盾構脫困，需先對盾構上部地層進行密封，給盾構提供建壓條件，然后疏通管道，實現(xiàn)脫困復推。具體方案如下。

1）密封范圍 根據(jù)砂性地層內摩擦角確認盾構上部地層擾動范圍，以掘進方向為基準，密封范圍為：寬22m×長16m，即刀盤斷面方向22m，軸線方向16m（刀盤前方11m，后方5m）。

2）布孔數(shù)量 根據(jù)加密封圍布置注漿孔，設置8 排11 列，間距2m，共計88 個孔位。

3）注漿方式 盾構停機處埋深24m，地面為電梯廠房，此次注漿密封地層共分為兩道進行。第一道注入克泥效+水玻璃雙液漿，從刀盤頂部3m 位置開始注漿，高度為3m，即地層埋深區(qū)域為21～18m，其目的主要是對盾構刀盤頂部周圍地層進行填充密封和保護，防止第二道雙液漿加固凝固刀盤和盾體。第二道注入水泥+水玻璃雙液漿，加固高度為3m，即地層埋深區(qū)域為18～15m，其目的主要是對坍塌區(qū)域地層進行填充加固，防止泥漿逃逸，確?？烧＝▔骸?/p>

4）施工過程 施工前先將廠房設備搬離，注漿設備、注漿材料到位后開始進行第一道注漿密封，流程如下：①鉆孔放樣、鉆機就位（檢測鉆機與地面的垂直度），開始鉆進；②鉆孔：鉆機采用雙重管鉆桿，鉆進時用泥漿進行護壁，鉆至設定深度時停止，開始注漿；③注漿：注漿方式采用分段式后退注漿，將事先制備好的克泥效和水玻璃漿液分別泵入鉆桿的內外層，兩種漿液在鉆桿底部打出后混合注入地層；注漿采用壓力控制，達到2bar或泥水倉壓力變化時提升鉆桿0.5m后繼續(xù)注漿，直至設定高度；④鉆機移位：單孔注漿完成后，提升鉆桿、清洗管路，鉆機移動至下一個孔位。第一道地層密封完成后在原有孔位上進行第二大道密封施工，與第一道流程一樣，注漿材料為水泥+水玻璃雙液漿。

2.3.2 泥水循環(huán)疏通管道

第二道注漿加固完成后取芯檢測地層加固效果，待地層加強后（加固完成后等待48h）開始泥水循環(huán)、疏通管路。

1）清洗氣墊倉積渣 泥水循環(huán)進漿管道均被堵塞，只有盾體底部排漿管路疏通；在旁通循環(huán)模式下，打開排漿球閥，通過控制進排漿流量差來反復沖洗氣墊倉底部積渣，沖洗過程中注意控制氣墊倉液位。

2）疏通上部沖刷管 在旁通循環(huán)模式下，打開上部沖刷管路球閥，通過增大進漿流量、減小排漿流量，來增大進漿管路壓力對上部沖刷管路進行沖洗，沖洗過程中注意控制進漿管路壓力，避免憋壓過大造成管路爆裂。管路疏通識別：在未疏通前，進漿管路壓力與泥水倉頂部壓力相差較大；疏通后進漿管路與泥水倉相通，壓力基本保持一致。

3）疏通泥漿門 經過前期的泥水循環(huán)確認為泥漿門處積渣嚴重（氣墊倉液位的波動對泥水倉壓力沒影響），在上部沖刷管路疏通后開始清理泥漿門。首先，利用疏通的上部沖刷管路往泥水倉加漿，增大泥水倉頂部壓力；然后，降低氣墊倉壓力和液位，利用泥水倉和氣墊倉的壓力差對泥漿門進行疏通，若沒有疏通可繼續(xù)降低氣墊倉液位，直至泥漿門處疏通；最后，當泥漿門疏通后快速進行循環(huán)建壓，穩(wěn)定掌子面。

2.3.3 刀盤脫困復推

泥漿門疏通后，循環(huán)清洗泥水倉一段時間后開始嘗試轉動刀盤。

1）后退主機 由于停機保壓期間，泥水倉注入膨潤土以及地面注漿加固擠壓，使泥水倉填充較密實，為使刀盤可順利脫困，先將主機后退，松動刀盤。主機后退對盾尾刷的影響較大，在后退前對盾尾密封腔從前到后依次注入油脂，后退時對稱回收推進油缸，在泥水倉壓力作用下使主機后退，每次回收2cm，回收2 次，共計后退4cm。

2）刀盤脫困 在泥水進倉循環(huán)下，啟動刀盤，給一定的轉速，當扭矩較大時，停止刀盤，接著反方向啟動刀盤，繼續(xù)給定轉速轉動，反復操作，直至刀盤徹底轉動起來，操作過程中注意以下幾點：①控制刀盤扭矩，當扭矩達到12 000kNm 時立即停止，防止保險軸斷裂；②控制泥水倉頂部壓力，刀盤轉動后存在泥漿門被堵的可能：即刀盤上部的積渣落下堆積在泥漿門處，造成進漿管路壓力增大爆裂的風險。

3）恢復掘進 刀盤轉動后馬上恢復掘進，掘進過程中對地面進行監(jiān)控，控制好泥水倉頂部壓力。停機裝管片期間，若泥水倉壓力波動較大，往泥水倉加注膨潤土，每隔20min 轉動刀盤攪拌泥漿，保障泥水質量。

3 結語

通過此次盾構刀盤被困事件，反映出設備帶病作業(yè)的危險性、泥水系統(tǒng)管路、球閥的重要性，對后續(xù)盾構施工也給予一定的啟示。

盾體前后隔板開孔、氣墊倉穿倉管路一旦發(fā)生磨損、泄露，會發(fā)生氣墊倉與泥水倉串氣或后隔板漏漿、漏氣，造成泥水倉壓力波動或壓力泄露，引起掌子面失穩(wěn)坍塌風險，所以在盾體制造階段和工廠組裝階段壓力試驗時，重點對開孔位置進行逐個認真、仔細檢查，排除風險。

泥漿管路和球閥長期在泥水的沖蝕下，會發(fā)生管路壁厚變薄、閥體磨損泄露，設備投入項目使用后，加強對設備的管理，日常巡檢、定期檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，同時做好可能發(fā)生風險的應急處理措施及物資儲備。