盾構長距離穿越蘇州運河軟土地層施工技術研究中鐵四局集團有限公司城市軌道交通工程分公司二O一四年八月目錄TOC\o"1-3"\h\u一、立項背景 ⑤1粉質粘土層，該類土層含水量高、土體觸變性大、自穩性能較差，盾構推進過程中出土較為流暢，但掘進過程中容易對周邊土體造成較大擾動造成后期隧道沉降變化量較大，本區間左線盾構配置為中鐵裝備土壓平衡式盾構機，掘進參數主要是平均推進速度為55mm/min，平均推力為12800KN，刀盤平均扭矩為1500KN.m,土壓力平均為0.22Mpa，注漿壓力0.27MPa，注漿量6.0～6.4m3，出土量平均為40m3。從施工過程中的沉降監測和盾構機及管片的姿態監測情況看，在盾構長距離穿越蘇州運河軟土地層過程中，掘進參數控制基本適當，注漿壓力和注漿量合適，掘進速度較快連續性較好，因此，在類似條件中施工盾構掘進保持上述平均參數推進是可以值得借鑒和參考的。6.5成型隧道隧底注漿加固施工技術根據現場實際出土特征，土質流塑性強，含水量高，具有觸變特性，疑與勘察地質不符。結合我公司在昆明、武漢地區的施工經驗，此類地層中成型管片處于懸浮狀態，尤其在后期地鐵運營列車動載作用下，存在因管片沉降導致道床板損壞的風險。因此，在該段地層范圍隧道下部實施徑向注漿，使其穩定，從而起到保護成型隧道穩定和后期列車運營安全的目的。小導管采用無縫鋼管制作，外徑25mm，壁厚3mm，單根總長3.55m，小導管淺部3m范圍左右兩側對稱鉆孔，鉆孔直徑5mm，如圖4.4-1所示；開孔完成后，安裝小導管，具體斷面布置如圖6.5-4所示，小導管利用孔口密封裝置的螺栓固定，小導管露出孔口密封裝置10cm。圖6.5-3小導管制作示意圖（2）管路連接與漿液準備小導管安裝完畢后與注漿管使用接頭連接，并同步進行漿液拌制，漿液配合比如表4.5-1所示。表6.5-1隧道徑向注漿漿液配比（每桶）序號材料名稱每桶質量（0.7方）折合配比1水440kg0.82水泥550kg1（3）注漿作業注漿作業按照壓力控制，暫定壓力范圍0.5MPa～0.6MPa，在注漿達到壓力值并持續3min后，停止注漿。（4）洗管及孔口處理單孔注漿完成后，拆除注漿管并使用專用堵頭將小導管尾部封蓋，之后使用清水對注漿管進行清洗。單孔注漿結束滿24小時后，拆除孔口密封裝置，使用手持切割機切除露出管片內弧面的注漿管，并使用管片悶頭對注漿孔進行封蓋。圖6.5-5注漿加固效果圖隧道掘進過程中遇到的質量問題、原因分析及處理措施7.1質量問題1、盾構機在軟土中出現過盾體偏轉角過大且僅靠盾構機難以調整。2、在管片拼裝及成環后推進的過程中存在管片擠壓破碎的現象。3、絕大部分拼裝質量可靠，但有少數管片存在錯臺超限現象。4、成環隧道有滲漏水現象。5、掘進過程中存在少數盾尾漏漿現象。6、隧道成型以后存在管片下沉現象。7.2原因分析1、盾體回轉角過大⑴在軟土地層中刀盤切削土體的扭矩主要是由盾構機外殼與周圍土體間形成的摩擦力矩來平衡的，當摩擦力矩無法平衡刀盤切削土體產生的扭矩時，將引起盾構機本體的旋轉，導致回轉角過大。⑵盾體或拼裝機單側配重過大，導致盾體在軟土層中失穩發生自身的旋轉。2、管片破碎⑴管片進場前，管片場未按照規范要求進行混凝土養護，管片在場內搬運、場外運輸過程中因混凝土強度未達到設計強度，造成管片角部破損。⑵管片在進場后，在吊裝下井運輸至工作面期間角部、邊緣受到撞擊，造成管片損壞。⑶管片環面不平整，相鄰管片迎千斤頂面有交錯現象，使后拼的管片受力不均勻，管片的表面會出現裂縫，盾構的推力較大時會頂裂管片。⑷拼裝時前后兩環管片間夾有雜物，使相鄰塊管片環面不平整，后拼裝的管片在推進的時候就可能被頂裂。⑸封頂塊管片插入時，由于管片拼裝橢圓度過大，封頂塊開口不夠而使管片受擠壓產生碎裂。3、管片錯臺超限⑴盾尾變形，盾尾間隙小，造成錯臺超限。⑵拼裝過程中未及時穿進螺栓并擰緊致使管片松動，造成錯臺超限。⑶盾構機姿態控制不良，糾偏過猛，姿態與軸線偏差較大致使盾尾間隙不好、造成錯臺超限。4、管片滲漏水⑴管片自身質量缺陷，在管片生產過程中，設置密封墊的溝槽部位混凝土不密實、不平整、有水泡、氣泡等缺陷，管片拼裝完成后水繞過密封墊從水泡、氣泡孔處滲漏進來。⑵管片止水條黏貼不牢固脫落，在拼裝過程中管片發生了碰撞使止水條脫落或斷裂，密封墊沒有形成閉合的防水圈。⑶管片襯背注漿不飽滿，管片襯背注漿不飽滿，若管片密封條貼合不密實，管片頂部積水使密封墊壓實比較薄弱的地方產生滲漏。⑷盾構與管片的姿態不好，盾構與管片的姿態不好，影響到管片的拼裝質量，造成管片間錯位，相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊從而引起漏水。⑸掘進過程中推力不均勻，掘進過程中推力不均勻造成管片受力不均勻而產生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水，在掘進困難時推力過大也會造成管片產生裂紋而滲漏水。⑹管片拼裝質量控制不嚴，片存在泥土等雜物未清理導致拼裝出現空隙形成漏水，拼裝K塊時密封條損壞造成滲漏水,管片螺栓緊固不到位造成管片防水沒有壓實造成滲水或管片螺栓緊固過早導致管片整體未壓實。5、盾尾漏漿⑴掘進過程中盾構機盾尾刷損壞或盾尾變形。⑵盾構始發前盾尾油脂涂抹不夠。⑶注漿壓力過大，注漿過程中漿液擊穿盾尾刷，造成盾尾漏漿。⑷管片拼裝質量不合格，形成錯臺和喇叭口。⑸盾尾油脂注入量過少。6、隧道管片下沉⑴隧道懸浮在軟土地層中，土體對盾構機及管片的浮力小于盾構機機體和隧道管片自身重力造成隧道整體下沉。⑵隧道頂部水土體對管片的垂直壓力大于隧道底部土體對管片的上浮壓力，由于壓力差，造成管片沉降。⑶出土量、土倉壓力未能實現有效的管控，造成隧道周邊土體損失和擾動，降低了周邊土體對隧道的約束力。7.3處理措施1、盾體回轉角過大（以偏右為例）（1）刀盤轉向（左轉）保持不變，拼裝機配重放右邊，盾構機右邊增加配重盡量縮短同步注漿液的初凝時間,以增強管片的自穩性和及時給予管片足夠的摩阻力,對螺栓進行復緊使管片整體性良好以抵抗扭轉的趨勢。（2）刀盤反轉時打開超挖刀，超挖刀的使用，增大了盾殼與土體之間的間隙，容易造成土偏移，同時也增大了刀盤旋轉時的扭矩，從而達到調整回轉角的目的。2、管片破碎⑴嚴格根據掘進指令進行掘進，未經技術員同意盾構機司機不得隨意更改掘進參數，注意盾構機姿態及盾尾間隙的控制，杜絕拼裝時因盾尾間隙過小造成管片破損。⑵積極與管片生產廠家溝通，要求其管片養護達到設計強度并注意運輸過程中的管片保護，同時施工班組在進行管片的水平運輸及垂直運輸時也要注意保護管片，杜絕管片損傷。⑶對拼裝手進行技術交底，杜絕拼裝過程中的強壓強擰。⑷拼裝過程中千斤頂的使用盡量采用點動的形式，避免因速度過快造成管片破損。⑸對叉車叉刀加設橡膠墊進行防護，防止轉運過程中造成管片損傷。⑹安排專業人員按照審核過的管片修補方案進行管片修補。3、管片錯臺超限⑴嚴格根據掘進指令進行掘進，未經技術員同意盾構機司機不得隨意更改掘進參數，注意盾構機姿態及盾尾間隙的控制，杜絕拼裝時因盾尾間隙過小造成管片錯臺超限。⑵拼裝過程中須及時穿進螺栓并擰緊，防止使管片松動，避免造成錯臺超限。⑶注意盾構機姿態的控制，盡量靠近目標姿態，禁止猛糾偏，避免因姿態與軸線偏差較大造成錯臺超限。4、管片滲漏水⑴針對管片存在的水泡、氣泡等缺陷問題加強管片進場驗收，管片進場過程中安排專人負責質量把關,及時對存在的不可避免的缺陷進行修復,同時注意吊裝過程中對管片的損傷。⑵管片拼裝前對拼裝工人進行交底過程中加強對管片的精細操作避免管片碰撞,管片在轉運過程中必須墊方木,避免管片在下方時碰角.一旦發現止水條斷裂或脫落及時更換,保證拼裝管片的質量符合防水的要求。⑶加強同步注漿控制⑷盾構機姿態控制措施⑸規范化管片拼裝、嚴格控制質量①拼裝前首先應對盾尾雜物進行清理。如果有漏水現象必須補打盾尾油脂止水，在保證盾尾無雜物、無積水的情況下才能開始安裝管片。②封頂塊安裝前應對止水條進行潤滑處理，安裝時先徑向插入，調整位置后緩慢縱向頂推，封頂塊安裝到位后應及時伸出相應位置的推進油缸頂緊管片。頂推力應大于穩定管片所需力，然后方可移開管片安裝機。③5、盾尾漏漿⑴盾構機始發前盾尾刷的油脂涂抹盾構機始發前要在盾尾刷鋼絲內人工涂抹油脂，盾尾刷的每根鋼絲上要沾滿油脂，涂抹要飽滿。如果涂抹不到位，會影響尾刷的密封效果，損傷盾尾刷，嚴重時漏漿。一般要涂抹3桶左右。⑵盾構機的姿態盾構機的姿態調整時不能急糾偏，一般每環糾偏量不大于8mm，糾偏過量容易使盾構機出現“蛇形”前進現象，致使盾尾間隙一邊大一邊小，損傷盾尾刷，間隙大的一邊容易漏漿。盾尾間隙一般不小于50mm。如果小于50mm容易擠壞盾尾刷，造成尾刷鋼絲超過其彈性變形，止漿失效而漏漿。盾尾刷一般在漏漿一次以后，由于鋼絲之間存在漿液，久而久之就會凝固在鋼絲上，使盾尾刷失效，就會經常性漏漿。⑶注漿壓力與注漿量注漿壓力不能超過盾尾刷的最大承載壓力，如果注漿壓力過大，會擊穿盾尾刷而漏漿。注漿量根據地質性質和出土量確定注漿量，如果注漿量過大地表容易隆起，也易造成漏漿。注漿量過小地表會出現沉降,在漿液的注入過程中，一定要密切注意這兩個參數，以免出現盾尾漏漿的情況。⑷管片拼裝質量管片拼裝質量上影響盾尾漏漿的主要原因是管片錯臺和形成喇叭口。管片錯臺以后，盾尾刷與管片之間形成的不再是一個完整的圓，在注漿壓力高的情況下出現錯臺的地方就由于高壓而被擊穿導致漏漿。管片一旦形成喇叭口，在掘進時，管片就會刮傷盾尾刷，使盾尾刷失效，導致漏漿。在拼裝作業中，一定要嚴格把住質量關，保證管片拼裝的質量。⑸盾尾密封油脂注入量和注入壓力在盾構掘進過程中，如果注入的油脂量不足或壓力低注入的效果不好，不能夠及時的填充盾尾刷空隙，造成密封效果不好，形成盾尾漏漿，一般是設備故障。這點是施工中最常見的漏漿方式。6、成型隧道管片沉降⑴在監測發現管片沉降后，調整同步注漿方式，增加盾構下部兩注漿孔的注漿量，減少上部兩孔位的漿量，同時在地面拌漿工序施工期間，加強漿液質量抽檢工作，確保其按照同步注漿配合比進行拌制。=2\*GB2⑵成型隧道管片沉降后的處理。發現管片沉降接近超限值，立即對該區段的管片通過注漿孔進行隧底注漿加固，直至隧道穩固。八、研究成果1、掌握了盾構長距離穿越蘇州運河軟土地層掘進施工工藝及技術要點，滿足地鐵隧道驗交質量的要求，并通過掘進參數的設計、修正、積累，形成一套完整的盾構穿越河流軟土地層中盾構姿態、管片姿態控制及掘進參數。2、按此工法完成了蘇州市軌道交通2號線延伸線2表土建施工項目東方大道站～獨墅湖南站區間盾構長距離穿越蘇州運河軟土地層掘進施工生產任務。3、通過課題研究突破了盾構在長距離穿越河流軟土地層中掘進的關鍵技術，并通過掘進參數的設計、修正、積累，形成一套完整的盾構穿越河流軟土地層中盾構姿態、管片姿態控制及掘進參數，形成了一整套成熟的施工工藝，為今后類似工程施工提供指導和借鑒。九、依托技術成果帶來的經濟和社會效益1、技術效益：盾構在長距離穿越蘇州運河軟土地層中掘進施工的順利完成，較好的保持和控制了盾構姿態、管片安裝質量、有效減少地表沉降，很好地解決了盾構機穿越河流段軟土地層中磕頭、管片嚴重下沉等技術難題，提高了隧道的總體質量。2、經濟效益：盾構下穿軟地層河流段，掘進參數、盾構姿態、管片偏差難以控制，施工難度大，危險性高，采取了有效的施工技術措施、管理措施后，使得了盾構控制掘進施工進展順利，過程中盾構姿態控制有力，安全，盾構掘進參數穩定，管片拼裝質量較好，未出現管片后期沉降（上浮）的現象，采取此工法后，有效的避免了發生涌沙、涌水等險情，不僅避免了工程事故的發生，而且確保盾構正常掘進和成形隧道在軟土層河底下的穩定性，確保了工期，節省了人工、機械，經濟效益顯著。3、社會效益：通過課題研究和施工實踐，創建并完善了盾構在長距離穿越河流段軟土地層掘進中的施工工藝和技術措施，保證了盾構正常貫通，并成功穿越了蘇州運河，保證了施工進度，保質保量完成施工生產任務，形成一套完整的盾構穿越河流軟土地層中盾構姿態、管片姿態控制及掘進參數，為盾構在長距離穿越河流段軟土地層施工積累了可靠地的經驗，受到有關方面的好評。十、結論盾構掘進過程中，通過合理設定土壓力平衡值、推進速度、同步注漿量等掘進參數，并嚴格控制盾構施工軸線、盾構糾偏量、出土量、同步注漿漿液質量、管片拼裝質量等技術措施減少盾構掘進對周圍土體的擾動。穿越施工蘇州運河過程中，加強堤岸和隧道監測并及時分析總結監測數據，修正、確定新的施工參數來指導施工。盾構施工過程中對掘進參數的合理控制，對該隧道實時進行監測，有效解決了盾構長距離下穿運河軟土地層掘進施工的難題。蘇州地鐵2號線延伸線2標東方大道站～獨墅湖南站區間盾構穿越蘇州運河段軟土地層掘進施工，左線于2014年3月26日開始進入蘇州運河范圍內，于2014年4月7日穿越結束，歷時僅12天，右線于2014年6月15日開始穿越蘇州運河，于2014年7月4日穿越結束，歷時19天。施工過程中未出現噴涌、塌方等不安全事故，未發現嚴重滲漏水和錯題現象，堤岸沉降最大12.1mm，保證運河正常通航，滿足航道局的標準要求。在左線施工過程中，我部通過不斷實驗和總結，比選出一套完整的盾構姿態、管片姿態控制及掘進參數，并在右線穿越蘇州運河期間起到了指導性作用。在東～獨區間左右線穿越蘇州運河軟土地層施工中，由于軟土地層含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低、靈敏度高和易觸變、流變的特性，地層自穩性能極差，施工風險很大，存在水