广州地铁的建设中，盾构隧道施工发挥着至关重要的作用。盾构机犹如地下的巨型穿山甲，在地下稳步掘进。施工时，盾构机前端的刀盘切割土体，随后将渣土通过运输系统运出。它依靠千斤顶提供的强大推力不断向前推进，同时在尾部拼装预制好的管片，迅速形成隧道结构。这种施工方式具有众多优势，比如对地面交通和建筑物影响小。在广州这样人口密集、建筑林立的城市，盾构隧道施工最大限度减少了施工对市民生活的干扰，高效地构建起错综复杂的地铁网络。

    1、工程概况

    广州市轨道交通三号线[天~华]区间盾构工程分为两个区间（天河客运站~五山站区间以及五山站~华师站区间），主要由两条圆形盾构隧道为主组成，双线长6259.615m。隧道标称内径为5400mm；埋深为11~28m；平面最小曲线半径为350m；最小竖曲线半径为3000 m；最大坡度为19‰；最小坡度为3‰。（参考《建筑中文网》）

    天~五区间隧道主要是在残积层和全风化层中穿过，顶底板差异不大，在中部偶见夹有球状微风化岩石。近五山段顶板出现少量砂层。隧道洞身天然单轴抗压强度最大值为153.40MPa。

    五~华区间隧道主要是在强风化层中穿过，顶底板岩土分层有一定差异，存在上软下硬或有夹层现象。中部为瘦狗岭断层破碎带，以北均为花岗岩、花岗片麻岩带或风化层，以南为白垩系红层岩系。靠近华师站段隧道全断面在微风化层中穿过。地表地形地貌变化也比较大。白垩系红层隧道上方发育有较长段含水砂层。

    2、盾构掘进

    2.1刀具配置

    地质情况对刀具配置起决定作用，隧道围岩为I、II类(按《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》中隧道围岩分类)时，一般采用刮刀(俗称羊角刀)，而对于III~VI类围岩则使用盘形滚刀效果较好。盘形滚刀又有单刃和双刃之分，单刃滚刀适合较硬岩或强度不均匀的围岩，而双刃滚刀适合一般硬岩及强度均匀的围岩。针对本工程的地质情况，均配置单刃盘形滚刀。

    2.2掘进参数控制

    (1)、控制刀盘扭矩。根据保护刀具、降低刀具磨损的要求，必须将刀盘扭矩控制在某一容许范围内，而控制扭矩的主要依靠以下方法：                 

    ◆ 减小推力：这是最简单、有效的方法，但同时也会降低掘进速度。

    ◆ 减小刀具的贯入度：即在保持掘进速度基本不变的情况下，提高刀盘转速，一般达2.5~3r/m左右。当开挖面为全断面硬岩时，减小刀具贯入度，能显著降低刀盘扭矩。但刀盘高转速不适用有孤石的围岩，因为孤石很容易造成刀具崩裂。

    ◆ 向开挖面、土仓内加入土质改良剂：

    常见的土质改良剂及适用地层

    其中发泡剂较为常用。

    另外，在全断面硬岩或孤石地层，可以向开挖面、土仓内加入冷却水，以降低刀盘、刀具的温度来保护刀具。

    (2)、保持适当的土压。若隧道围岩能够自立，则可以采取空仓掘进的模式；若隧道围岩无法自立，为了保持开挖面的稳定，则必须保持适当的土压以稳定开挖面，控制地面沉降。土压过低，则可能出现超挖；土压过高，则有效推力降低，掘进速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降较大。土压的确定与隧道埋深、地质情况、地面建筑物情况有很大关系，可以采用库仑或朗肯等理论估算。在实际施工中，也可以根据出土量的情况来确定适当的土压。在本工程掘进过程中一般保持1.5~2.0bar的土压。

    (3)、在刀盘扭矩、土压、出土量满足要求的情况下，尽可能加大推力，以提高掘进速度(80mm/min以上)，加快工程进度。而在掘进速度较快的情况下，则要注意控制好盾构机的姿态、保持土压稳定、同步注浆量。

    2.3同步注浆及二次注浆

    由于刀盘的直径为Φ6280mm，而管片外径Φ6000mm，所以在管片离开盾尾后，理论上管片与围岩之间将会有宽度为140mm的空隙，为控制地面沉降，必须用砂浆将空隙填满。

    (1)、盾尾同步注浆。

    出现的主要问题：

    ◆    堵管

    出现堵管的情况，其原因主要是以下几方面：

    ① 砂浆配比不好，以致砂浆初凝时间太短、砂浆易沉淀离析、砂浆流动性差

    ② 原材料不好，如砂太粗

    ③ 盾尾浆管回砂

    ④ 长时间停注前未注射膨润土液洗管

    ◆ 漏浆

    主要原因及处理办法：

    ① 盾尾间隙过大。控制好盾构机姿态，选择适当的管片，以保持良好的盾尾间隙

    ② 尾刷损坏。在管片迎水面垫厚约15cm 左右的海绵或者更换尾刷。

    ③ 盾尾油脂注入量不够。加大油脂注入量。

    (2)、二次注浆。

    当地面沉降较大或隧道下坡且地下水丰富时，可以进行管片背后二次注浆来稳定地面或堵水。

    注浆材料可以用纯水泥浆、砂浆或双液浆。注浆设备可以采用注浆机或盾构机台车上的同步注浆泵。注浆时应注意监控注浆压力，如果压力过大可能造成管片错台或纵裂。

    2.4常见问题及处理办法

    (1)、若螺旋输送机被卡住(即扭矩超限)，无法正常出渣，可反复伸、缩螺杆并同时正、反转，如低速正转同时伸、缩螺杆，若超限则反转同时伸、缩螺杆，如此反复，基本上都可以脱困。

    (2)、若启动刀盘时刀盘被卡住，则将部分推进千斤顶收缩，使土压力、刀具贯入度减小即可以转动刀盘。

    (3)、在非粘性地层，如砂层，若铰接千斤顶拉力较大，说明刀盘的扩孔能力较差，则要检查刀盘的边缘刀是否磨损过量而应该更换。

    3、管片拼装

    3.1管片型号的选择

    一般主要根据盾尾间隙、线路特点、推进千斤顶行程来确定管片型号。选择适当的管片可以有效地调节盾尾间隙，保证盾尾间隙和千斤顶行程比较均匀，有利于管片的受力。若盾尾间隙过小，则可能造成管片难以安装、管片迎水面被盾尾压崩、盾尾尾刷损坏、千斤顶撑靴与管片严重错台导致管片止水条损坏和管片崩缺等问题。

    3.2常见质量问题

    (1)、管片在拼装前一般要先检查管片是否完好、型号是否正确、缓冲垫和止水条是否贴牢。在拼装过程中一定要注意对止水条的保护，若止水条损坏严重则很可能出现渗漏水的质量问题。

    (2)、千斤顶撑靴正常情况下应该不会同时顶在两块管片的角上，但如果隧道管片发生扭转，则可能会出现这种情况，那么要特别注意拼管片或掘进时会管片发生崩裂。

    (3)、管片扭转：如果拼装管片时，盾构机的滚动角较大而且一直朝同一个方向，则可能会发生隧道管片扭转的情况。因此应该通过调整刀盘的旋转方向来减小盾构机在拼装时的滚动角。

    (4)、管片错台：在小半径曲线(本工程最小曲线半径R=350m)线路施工时，因推进千斤顶对管片有环向分力而造成管片环向错台。解决办法是在推进后及时复紧管片连接螺栓约束管片的环向位移，或者在拼装时人为地将管片拼成与转弯方向一致的错台。

    4、专题

    4.1压气换刀

    主要作业步骤：

    (1)、准备换刀工具、材料并检查压气时要用的相关设备

    常用的换刀工具有：刀具磨损量具、手拉葫芦、液压千斤顶、螺杆千斤顶、分离式千斤顶、撬棒、扳手(开仓门及拆、装刀具时用)、气动打磨机、铁锤

    准备的材料有：刀具及其配件(拉紧块、U型块、螺丝等)、吊耳

    要检查的设备有：空压机（包括备用空压机）、管路(水管、气管)及接口、照明设施、人闸及土仓的压力表、人闸与指挥室的通讯

    (2)、排出土仓内的渣土，当土压降至较低时(0.5bar以下)，向土仓加入压缩气体，同时土仓内加入膨润土，转动刀盘，继续出渣。一段时间后停止加入膨润土。当螺旋机后闸门有较连续且较大压力的气体喷出即可停止出土，然后等待半个小时左右看土仓内的气压是否能够保持稳定，即气压上下浮动不能超过0.1bar 。如果土仓内的气压，无法上升到预定值，且空压机排压较低，或者气压上下浮动过大都说明土仓漏气。检查地面、铰接、盾尾是否漏气。

    (3)、土仓内气压稳定后，换刀人员进入人闸，相关材料工具也要运进去。准备好后，向人闸内加压，加压程序要按照有关带压作业规范的要求。

    (4)、当人闸的气压与土仓的气压基本一致时，打开平衡阀，换刀人员打开土仓门进入土仓开始换刀作业。

    常见问题及处理办法：

    (1)、若换刀时刀具不慎掉入土仓内，而土仓内泥渣较多很难定位刀具及打捞时，则换刀人员进仓作业时带上铁锹和编织袋，将土仓内的渣土装袋即可。

    (2)、若作业过程中，发生气管爆裂、空压机故障等问题时，首先要冷静，想办法稳住气压，同时尽快通知作业人员进入人闸以便及早减压出来。

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200603/4206.htm