漂卵石地层盾构开仓复推卡刀盘预防措施

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100018）

成都地铁6 号线2 标盾构施工过程中，在开仓清理土仓和检换刀具后准备复推时多次出现刀盘卡转故障，尝试刀盘脱困时无法稳定刀盘上方和前方土体，导致刀盘周围土体塌落，造成大方量超方，危及刀盘上方路面及管线安全，拟采用盾构土仓保压及盾构掘进参数控制的措施恢复推进。

1 工程概况

成都地铁6 号线一、二期工程土建2 标郫筒站-和平街站区间共配置2 台土压平衡盾构，分别从郫筒站始发，沿银望丛中路后到和平街站。区间右线盾构施工自始发至临时停机清理土仓及检换刀具，盾构推进62 环，刀盘停机开仓里程为YDK5+115.905。盾构临时停机位置所处地质为2-9-3 中密砂卵石层，覆土厚度10.7m。

根据《成都地区建筑地基基础设计规范》(DB51/T5026-2001)，按卵石颗粒含量和N120 动力触探将其分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石4 个亚层。本标段盾构区间主要穿越地层为中密卵石层<2-9-3>。水文描述：水量较大，富水性中等，透水能力强。渗透系数值22（m/d）。对郫筒站盾构拱顶以下2m 进行筛分试验，报告显示卵石含量68.9%～74.44%，大于300mm卵石含量达20.7%～26.8%，卵石最大粒径达到700×350×360mm。

2 重难点分析

1）大粒径漂卵石风险 漂卵石地层中，盾构的刀盘、刀具与螺旋输送机与地层中砂卵石长时期摩擦磨损，同时盾构无法排除较大粒径卵石容易造成切口破坏、刀盘死机等问题，需定期进行开仓换刀及清理无法排出的大粒径漂石，增加了开仓复推的风险。

2）复推时地表塌陷风险 若盾构复推时平衡土压力过小，可能引起地面塌陷；漂卵石地层的渗透率非常大，土体自稳性差，土仓内若不能建立稳定的压力平衡机制，地表塌陷风险大;隧道掌子面开挖范围为卵石土夹透镜体砂层，透水性强，地下水位较高，水量丰富，开挖面容易产生喷涌、喷砂，造成卵石土中细小沙粒物质大量跟着涌出，引起掌子面土体稳定性骤降和地层下降风险逐步增大；掘进过程中，通过计算测量盾构出渣方量远大理论值，地层土体损失严重；盾构掘进过程中，如果施工措施不及时，也会引起地面塌陷。

3）下穿DN500-700-800 污水管 盾构区间穿越的污水管为承插式，根据现场调查和前期管线迁改施工发现多处渗漏，长期对地层进行冲刷，导致地层中的细颗粒流失，致土体不稳定，经盾构施工的扰动易发生地面塌陷；复推过程中，若无法控制好掘进参数、渣土改良、出渣量或同步注浆不及时，也会引起地面塌陷，污水管断裂等风险。

3 停机位置调查

盾构开仓复推位置里程为YDK5+116，距始发竖井93m，平面所处位置为郫筒站2 期围挡西侧位置。

1）开仓复推位置地质条件 盾构临时停机位置，刀盘断面所处地质为2-9-3 砂卵石地层，刀盘上方土体组成为：1-1 杂填土（0.5m）、1-2素填土（0.8m）、2-2 粉质粘土（1.2m）、2-9-2稍密砂卵石地层（4.5m）、2-9.3 中密砂卵石地层（3m），刀盘顶部覆土总厚度约为12m。

2）刀盘开仓复推位置地面管线 刀盘开仓复 推位置地下管线有雨水（DN1000）埋深1.5m，距盾构隧道拱顶距离约10m；污水DN500-700-800 埋深5.5m，距离盾构隧道拱顶距离约6m。

3）盾构掌子面情况 根据开仓检查的情况，在充分降水的条件下，仓内掌子面前方有少许空洞，其他部位的砂卵石都较密实，大漂卵石含量高，且部分卡死在刀盘开口处，需人工破除。

4 施工措施

4.1 土仓关闭

本次开仓为常压开仓，土仓关闭后仓内无压力，再恢复推进时需对土仓进行填仓恢复土仓压力。①检查土仓内是否遗留工具；②检查土仓仓门关闭密实，在关闭时检查土仓门密封圈和门把手是否完好，如有破损及时更换，并清理干净仓门周边的杂物，按要求关闭仓门；③仓门关闭后检查土仓3、9 点位检查口阀门和泄压阀阀门是否关闭。

4.2 注入膨润土及惰性浆液

1）膨润土和惰性浆液作为渣土改良剂可提高砂土的含量，增加地层中减少的细颗粒，减少摩擦力，增加开挖土体的流动性和不透水性，可以在砂卵石地层中有效保压。惰性浆液可以填充土仓，让土仓内外土压达到平衡。

2）膨润土配合比为1∶8，放置膨化池中膨化超12 小时。惰性浆液主要原材料为：砂、粉煤灰、膨润土、水，其1m3配合比为：900kg∶450kg∶80kg∶300kg。

3）注入方式采用现有的同步注浆系统将注入膨润土及惰性浆液注入土仓中。膨润土及惰性浆液通过浆液车运输到同步注浆罐后，并将盾尾注浆管路关好阀门拆卸，将管路转移至前盾预留的注浆孔，连接好以同步注浆的形式将膨润土及惰性浆液注入至土仓当中。

4）因漂卵石地层开仓无法建压，只能以常压状态清仓检查，清仓后土仓内无压力，需向土仓内注入膨润土及惰性浆液来建立土仓压力，顶部土压力到达0.08MPa 即可。

4.3 掘进参数控制

采用“超前排渣、观控扭矩、泡沫动平衡”漂卵石地层掘进控制方法。

1）在盾构起推时以螺旋机快速转动进行超前排渣为切入点，解决盾构因停机形成的渣土沉淀，卵石堆积，掌子面土体进入土仓困难，起推无速度，高扭矩，掌子面顶部土体坍塌，刀盘卡停等问题。

2）根据参数相制逻辑，盾构推进过程中，找准关键参数，利用刀盘扭矩变化量，来调整控制其他参数（推力、螺旋机转速等），刀盘扭矩控制在350～500tm，土仓压力维持稳定。

3）掘进时主要以膨润土泡沫剂混合液保压润滑，泡沫也可以减少渗漏，提高工作面的密封性；减少砂卵石对刀盘、螺旋输送机以及运输带的磨损，减少盾构开仓次数。盾构停机压力控制值为0.1MPa，保压以膨润土泡沫剂混合液为主。

4.4 添加剂的加入

在漂卵石地层开仓复推中，容易出现刀盘高扭矩、无法保压、超挖、喷涌等情况，本项目中，盾构起推时刀盘扭矩长时间处于高扭矩(大于500tm)状态，螺旋机开闸后喷涌严重，经过对添加的控制改良后效果，高扭矩和喷涌得以良好的控制。

添加剂采用膨润土浆液和泡沫溶液在外部充分混合后形成的泡沫膨润土溶液的添加剂；该添加剂形成的泡沫膨润土溶液在外部充分混合后具有润滑减阻保压的作用，有效地控制住刀盘扭矩、土仓压力和喷涌。

4.5 渣土控制

为了保证区间施工出现严重的超挖和欠挖会导致地面塌方和隆起，出现严重安全隐患，就必须要严格控制渣土量，是盾构施工中极力避免的。严格控制好土仓压力，保持土仓顶部土压力在1.0bar 左右。

5 结语

盾构开仓是盾构掘进过程不可或缺的重要环节，不要因复推造成的刀盘卡转，影响到我们的施工任务。因此施工中一定要牢牢把握技术要点，并在施工过程中不断思考、积累经验，相信不久后砂卵石地层盾构开仓复推卡刀盘不会再是盾构施工的一个难题。