王之鑫，王奇超

（中鐵隧道局集團有限公司 設(shè)備分公司，廣東 廣州 511458）

隨著我國交通強國戰(zhàn)略實施的積極推進，迫切需要建設(shè)超大直徑盾構(gòu)隧道工程。大直徑盾構(gòu)隧道的應(yīng)用越來越廣，主要集中在公路隧道、鐵路隧道、水利水電隧道等市場領(lǐng)域。地下工程建設(shè)施工和管理難度較大，長期面臨著地質(zhì)復(fù)雜多變、施工風(fēng)險高、施工管控困難等挑戰(zhàn)。項目管理不當(dāng)將會造成嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟損失。本文對設(shè)備現(xiàn)場管控要點及施工難點的應(yīng)對措施進行匯總，為后續(xù)盾構(gòu)施工提供借鑒。

1 設(shè)備簡介及工程概況

盾構(gòu)刀盤開挖直徑15 010mm，具備常壓換刀功能，刀盤轉(zhuǎn)速范圍為0～2.25r／min，最大推力是222 200kN，最大推進速度50mm／min，整機總功率8 668.2kW，整機總重約4 100t，整機總長130m，能承受最大工作水土壓力6bar。

該盾構(gòu)用于跨海隧道工程，盾構(gòu)段長約2 930m，隧道內(nèi)徑為13.3m，設(shè)計為雙向六車道。主要穿越地層為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、礫砂、中粗砂、全風(fēng)化花崗巖，部分地層有基巖凸起，凸出基巖為中風(fēng)化花崗巖，基巖最大強度可達(dá)133MPa，基巖突起侵入長度約465m，基巖突起距離長，巖石強度高，對刀盤、刀具磨損大；最大突起高度約9m。穿越巖層單軸飽和抗壓強度35.4～138MPa。不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為砂土液化，主要分布于淺部地層。隧道沿線分布有高靈敏度、高觸變性、低強度的軟土（淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土），上部覆蓋地層分布較為穩(wěn)定，但中風(fēng)化花崗巖巖面起伏較大。土體自穩(wěn)能力較差，掘進過程中掌子面穩(wěn)定性差；泥漿長時間沖沖刷易造成泥漿管壁磨損；易發(fā)生大量巖塊在倉底堆積導(dǎo)致堵倉現(xiàn)象。保證盾構(gòu)在孤石及基巖處理段正常、連續(xù)掘進是工程的難點。

2 盾構(gòu)始發(fā)質(zhì)量控制要點

2.1 盾構(gòu)始發(fā)準(zhǔn)備施工階段管控

設(shè)備部門按照施工組織順序，梳理盾構(gòu)始發(fā)清單，制定具體事項、主要內(nèi)容、主要控制標(biāo)準(zhǔn)及責(zé)任人，并按照標(biāo)準(zhǔn)進行始發(fā)前準(zhǔn)備工作。始發(fā)前項目組織專業(yè)相關(guān)人員對設(shè)備進行始發(fā)狀態(tài)評估。

驗收主要內(nèi)容為：延長洞門鋼絲刷焊接是否連接且飽滿；洞門密封油脂注入情況檢查；盾構(gòu)主機組裝過程中建立問題清單，在調(diào)試過程中逐個銷項，確保設(shè)備各系統(tǒng)運行正常；安排專人對盾尾刷焊接工作進行盯控，并逐一檢查焊接質(zhì)量，安裝前打磨焊縫位置及兩側(cè)各20mm 位置，密封刷之間組裝間隙不超過3mm，安裝方式為魚鱗狀，整圈壓制方向相同，焊接時不允許出現(xiàn)漏焊、夾焊、焊接不飽滿等不良情況；盾尾手涂油脂飽滿度檢查，應(yīng)連續(xù)不間斷，可將油脂捏為團球狀壓入到鋼絲刷底部，確?？p隙內(nèi)填充密實均勻（圖1）。常見問題有底部腔內(nèi)油脂外表面沾染雜物，油脂被踩踏污染，部分油脂孔內(nèi)未見油脂送出，部分位置出現(xiàn)明顯斷層、不飽滿情況，部分腔體位置存在焊接支撐鋼筋情況，存在暴力施工現(xiàn)象導(dǎo)致鋼絲刷變形；檢查氣墊倉內(nèi)穿倉管路法蘭面錯臺情況，建倉前采用瀝青布、密封膠和哈夫節(jié)重疊進行包裹防護（圖2），連接螺栓采用8mm 盤條鋼筋進行串聯(lián)焊接，并進行保壓試驗。

圖1 油脂捏為團球狀

圖2 穿倉管哈夫節(jié)防護

氣泡艙門關(guān)閉前組織人員再次對倉內(nèi)電氣、管路連接情況進行復(fù)查并捆綁固定，倉內(nèi)腳踏板及護欄固定情況檢查，防止掉落至泥水倉堵塞破碎機；液位計、面板沖刷管路、破碎機油管接頭位置可采用鋼箱盒等焊接方式防護（圖3），確保接頭處不受沖擊；可在泥水倉內(nèi)焊接換刀吊耳，方便刀盤常規(guī)刀具更換及設(shè)備維修倒鏈掛設(shè)；全面檢查上位機液位、壓力、流量、計數(shù)、攝像頭等顯示檢查。

圖3 破碎機鋼箱盒防護

盾構(gòu)始發(fā)前，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)Φ侗P常壓換刀裝置進行抽拔試驗，對每一個刀筒的密封座進行開合、保壓試驗且合格（圖4）；油脂注入壓力、流量、頻率核算檢查；檢查氣泡倉、中心倉、人倉、物料倉、泥漿管路保壓試驗；泥水倉、氣墊倉內(nèi)管路接頭設(shè)計與設(shè)備圖紙對應(yīng)標(biāo)記，并留存照片影像及標(biāo)號，方便后期分析倉內(nèi)故障排查和維修；超前注漿孔、備用注漿孔及徑向孔、水平加固孔填充盾尾油脂提前密封，防止盾體涌水；刀盤及主機吊耳割除及焊疤打磨情況檢查，止?jié){板焊接、盾體焊縫探傷檢測；進排漿密度計安裝及調(diào)試并做好隔離防護措施；應(yīng)急發(fā)電機試用情況。

圖4 刀盤前部檢查密封

加強對隱蔽部位以及不便檢查等部位的檢查驗收，如刀盤螺紋保護帽安裝情況，HWB 油脂溢出情況，泥漿門后部沖刷口堵塞情況檢查，盾尾雙液注漿功能適配及保壓，氣墊艙內(nèi)盾體分塊連接螺栓安裝情況，備用盾尾油脂腔壓力檢測孔安裝堵頭情況，破碎機動作時油管滲油情況排查。

2.2 負(fù)環(huán)安裝及盾構(gòu)空推

1）確定主機姿態(tài)位置是否正確，防止出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象；負(fù)環(huán)安裝時檢查盾尾間隙鋼墊條尺寸、數(shù)量、位置確定及安裝固定牢靠；首環(huán)負(fù)環(huán)第一塊管片借助底部推進油缸尺寸進行定位；負(fù)環(huán)管片內(nèi)弧圓環(huán)、縱縫輔助連接固定。

2）負(fù)環(huán)管片頂推時推進油缸對稱設(shè)置，頂推速度緩慢勻速，頂推位置安排專人進行復(fù)核并隨時反饋至操作室，及時糾偏并逐步糾正，盡可能地保持負(fù)環(huán)管片的真圓度。負(fù)環(huán)管片下半圓外弧面支撐點位置、數(shù)量、間距設(shè)定，嚴(yán)控變形。

3）負(fù)環(huán)管片到達(dá)預(yù)定停止位置后，將負(fù)環(huán)管片端部一周用鋼支撐底部端頭板與負(fù)環(huán)管片端板焊接固定，另一端鋼管與預(yù)埋鋼板四角焊接固定并加焊三角筋板增強，負(fù)環(huán)與反力架支撐面緊貼。鋼支撐焊接時應(yīng)高度注意盾尾刷防護，附近尾刷上覆蓋一層阻燃材料，防止焊渣掉進尾刷里。

4）盾構(gòu)空推時檢查始發(fā)導(dǎo)軌、拖車導(dǎo)軌、輪對巡視檢查；空推速度緩慢勻速；洞門密封裝置巡視檢查；盾構(gòu)拖車范圍凈空巡視檢查；防栽頭導(dǎo)軌檢查。

3 盾構(gòu)掘進管控機制

盾構(gòu)在初始推進時，需進行各功能系統(tǒng)的帶載試驗，完善各功能系統(tǒng)并進行整合。盾構(gòu)掘進施工主要管控內(nèi)容包括：掘進參數(shù)、姿態(tài)管理、泥水循環(huán)及排渣情況、注漿管理、刀盤磨損檢查、液位及倉壓管理、主驅(qū)動油水和振動在線監(jiān)測管理、日常巡視維護管理。

可建立信息化管理反饋機制，按照時間段、每環(huán)掘進情況、環(huán)出渣情況、施工情況、設(shè)備狀況等進行反饋。主要反饋數(shù)據(jù)有刀盤轉(zhuǎn)速、貫入度、扭矩、擠壓力、總推力、總傾斜力矩、氣墊倉與泥水倉壓力、掘進前后盾構(gòu)姿態(tài)、刀具情況、進排漿流量情況、油脂壓力檢測、油脂消耗情況、掌子面情況、盾殼摩擦力以及參數(shù)分析結(jié)論、管片拼裝點位及最小油缸行程、開始與結(jié)束盾尾間隙、地質(zhì)情況、暫停掘進故障分析及責(zé)任人、時間等信息。

在特殊地段掘進施工時根據(jù)當(dāng)環(huán)參數(shù)分析、地質(zhì)、刀具檢測分析情況，對下環(huán)掘進參數(shù)進行優(yōu)化，當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)速、推進速度、刀具貫入度等重要掘進參數(shù)需要調(diào)整時，需上報管理層，提出參數(shù)優(yōu)化指導(dǎo)性意見后再實施，確保每環(huán)掘進安全。

4 盾構(gòu)施工難點及應(yīng)對措施

4.1 管片上浮

該項目前期屬于粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層，管片受到的浮力大于管片自重，且受同步注漿影響，漿液凝結(jié)時間較慢，過多注入同步漿液會使管片受到水土和漿液的浮力作用而產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。總推力過大、掘進速度過快、倉壓設(shè)置不合理也會引起管片上浮。上浮過大會導(dǎo)致管片環(huán)間產(chǎn)生錯臺及裂紋情況，從而導(dǎo)致管片滲水。

應(yīng)對措施有：①砂漿坍落度控制在100～120mm，降低砂漿的流動性（圖5）；②增加上半部注漿量，頂部注漿量最大，中部中等，底部最少原則；③砂漿注入方式調(diào)整為以上部注漿為主，給管片一定的壓力來降低上浮趨勢；④盾構(gòu)姿態(tài)低于設(shè)計軸線60～70mm 掘進，抵消管片上浮量，保證成型隧道與設(shè)計軸線相重合；⑤盾尾增加配重，掘進前喂片機滿載管片并在盾尾底部增加管片，掘進期間拼裝機吸附1 塊管片，同時在拼裝機橫梁位置放置物品進行壓重（圖6）；⑥進行盾尾雙液注漿，雙液漿凝結(jié)時間較快，注入方量視情況進行優(yōu)化。

圖5 調(diào)整砂漿坍落度

圖6 拖車增加配重

4.2 管片拼裝

管片拼裝是隧道建設(shè)質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序，管片拼裝質(zhì)量的好壞直接影響隧道結(jié)構(gòu)的使用功能和安全。

1）盾尾清理 管片拼裝前需將盾尾管片安裝區(qū)域的雜物、泥漿、污水等清理干凈，由當(dāng)班工程師驗收并記錄，確保安裝區(qū)與管片相接面清潔。

2）拼裝機吸附能力試驗 每環(huán)管片拼裝前，維保工程師需進行安裝吸附管片試驗，確保真空泵斷電20min，真空度保持在80%以上；真空吸盤工作腔的探針傳感器和小盤伸縮油缸的接近開關(guān)為聯(lián)合狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)接近開關(guān)的觸發(fā)信號來自動識別吸附的是標(biāo)準(zhǔn)塊還是K 塊，其中一個接近開關(guān)出現(xiàn)問題將會出現(xiàn)無法識別的情況（圖7），導(dǎo)致管片吸起來后無法釋放的情況，電氣值班人員應(yīng)每天排查并采取一定的防護措施，確保真空吸盤各功能正常運行。

圖7 真空吸盤電磁閥

5 結(jié)語

設(shè)備運行狀態(tài)的好壞直接影響著工程建設(shè)的周期和收益。加強建設(shè)項目中設(shè)備的質(zhì)量控制、項目管理水平，對提高企業(yè)生產(chǎn)能力、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量水平以及企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展有著非常重要的意義。