盾构掘进姿态异常情况下纠偏技术研究

冯晓伟/FENG Xiao-wei

（中铁七局集团西安铁路工程有限公司，辽宁 大连 116037）

1 工程概况

大连地铁泉水东站-前盐站区间盾构右线长730.177m，左线长670.756m，区间内设置1 个区间联络通道。全线覆土厚度16.9～25.4m，采用盾构法施工。盾构开挖直径6 470mm，管片外径6 200mm、内径5 500mm，厚350mm，环宽1 200mm，平面曲线半径650m。自前盐站向泉水东站为单向下坡，在0 环～21 环为-2‰的纵坡，22 环～544 环为-10.8‰的纵坡，545 环～558环为-2‰的纵坡。本场地的地层为素填土、黏土、全风化页岩、强风化页岩、中风化页岩、全风化石灰岩、强风化石灰岩、中风化石灰岩。盾构穿越少部分软岩和较硬岩，中风化石灰岩石单轴抗压强度为40MPa。勘察场地地下水类型分为基岩裂隙水、岩溶水。勘察期间稳定地下水埋深16.0～25.1m，水位高程2.8～13.7m，地下水量较小。

2 异常情况描述

2.1 姿态变化（表1）

表1 盾构导向系统显示垂直偏差

2.2 异常地质情况

第25 环～第70 环隧道范围内存在3 处较大溶洞（宽12m 以上，高8m 以上），溶洞均贯穿隧道洞身范围，且经过研究掘进参数及开仓查看掌子面情况分析，盾构在25 环～44 环掘进中处于上硬下软地层，上硬下软地层隧道上部岩层较完整，属较硬-坚硬岩，隧道下部岩体节理裂隙较发育，溶蚀现象较明显，在此段掘进完成进行管片拼装时由于地层承载力不足，盾体由于自重下沉（每环平均下沉约为5～8mm）。第45 环之后处于软硬不均、不断变化的地层。

2.3 设计变坡点姿态调整

里程ZK20+447.739（第21 环）为设计变坡点，由-2‰变为-10.8‰，在姿态调整过程中，未考虑地质因素，直接调整盾构姿态，再加上该段为上硬下软且存在溶洞的地层，最终导致垂直方向姿态偏差过大。

3 纠偏处理措施

1）纠偏前应对措施 ①测站点和后视点进行复测，确保导向系统准确；②加强管片姿态测量频率；③复测盾构特征点，确保盾体实际姿态与导向系统的一致性；④采取措施进行初步纠偏，调整上（D 组）下（B 组)油缸压力，推进过程前进反力主要由下部B 组油缸提供；⑤缓慢调整铰接千斤顶上下行程差，调整盾体垂直趋势；⑥严控出渣量，每环出渣不超过50m3；⑦推进过程，加强地面监测和巡视，推进过程中地面24h 有安全员值班；⑧盾体下部地层较软，需连续、平稳掘进，不得随意停机。

2）纠偏中处理措施 ①在纠偏推进时，密切关注各分区油压数值、千斤顶伸长量变化的快慢程度、土仓压力、刀盘扭矩、掘进出渣量、螺旋机压力值、管片背后注浆的压力和方量及自动导向系统给出的盾构实时姿态，根据以上参数的数据，分析盾构掘进所处地层情况，从而采取相对应的纠偏措施；②在推进过程中主要使用下部（B组）油缸提供推力，纠偏时下部（B 组）油缸推进压力控制在300～320bar，上部（D 组）油缸推进压力控制在5～15bar，待趋势变化值由负值变为正值时，逐步减小下部油缸推进压力，适当加大上部油缸推进压力；③在推进时调整铰接千斤顶的行程需经测量人员复核盾构特征点及管片姿态后方可进行此项操作，当调整完铰接千斤顶后，根据盾构上位机显示的行程计算行程差，求出铰接角度，再根据上位机盾构实时姿态，确保下一步的推进操作，纠偏阶段铰接千斤顶上下行程差逐步调整至20～30mm，纠偏完成后再逐步缩小上下行程差；④每环掘进过程中应进行同步注浆，注浆量每环6m3，注浆过程中只使用下部注浆管，若注浆量达到6m3，但注浆压力未达到1.2bar，需继续补充注浆，过程中注浆压力最大不超过3bar，同时避免浆液进入盾构的土仓中；⑤掘进过程中总推力：1 200～1 500t，刀盘扭矩：2 500～3 500kNm，推进速度：5～15mm/min，刀盘转速：1.5～1.6rpm，纠偏量控制在5mm/环以内，趋势变化值在±4mm/m 以内；⑥纠偏过程中，管片对盾构纠偏提供作用力和保障，所以在纠偏过程中需注意对管片的保护，在掘进过程中要不断加强管片螺栓的复紧，同时根据掘进情况适当注入双液浆以便于稳定管片。

3）纠偏后预防措施 ①对第25 环～第80 环范围内的管片进行二次注浆，二次注浆过程中严格控制注浆压力，注浆压力最大不超过4bar，通过二次注浆填充管片壁后空隙，防止管片移动造成管片的破损及错台；②在岩溶物探勘察的基础上，对后续施工的地层进行地质钻孔勘察，沿隧道方向每间隔5m 布置1 个孔，孔深30～35m，对钻孔取出的芯样进行分析，对存在溶洞的区域及时进行袖阀管注浆处理，注浆完成28 天后再次钻孔取芯验证注浆加固效果；③在后续掘进过程中，盾构司机严格按照掘进指令操作，如遇地质发生变化及时上报分析，调整参数后方可掘进；④加强对第25 环～第80 环的管片进行管片姿态复测，及时分析管片姿态变化，同时加强地面监控量测，防止因二次注浆出现管片大幅度上浮及地面隆起。

4 纠偏结果及总结

在第44 环至第45 环掘进过程中，趋势变化值由-1mm/m 变化到2mm/m，垂直偏差开始逐步向-50mm 以内趋近，最终纠偏至第77 环时盾构前点垂直偏差为-42mm、后点垂直偏差为-48mm。通过采用上述纠偏措施，顺利完成了纠偏施工任务，但在纠偏后期盾构“抬头”趋势过大，垂直偏差变化较大且难以控制，在后续类似施工时应根据纠偏方案中的线路拟合严格控制每环纠偏量，若纠偏量过大应及时采取措施调整上下部推进油缸压力差或调节铰接油缸行程等进行控制。