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盾构在复杂地层姿态失控处理措施 　　【摘 要】即使国内隧道盾构工程施工技术发展相对成熟，但在工程实施过程相对于掌子面土体是一个封闭的施工的环境，对土体地质缺少感官认识，所以因为掌子面地质的不确定性，经常会造成盾构掘进施工过程中会遇到一些突发事故，这就需要我们首先做好应急处理及寻求分析事故后的解决方案。本工程成都地铁2号线22标【经干院~东部副中心】区间左线在掘进过程中突然盾构姿态失控，经我部积极应对，多方渠道获取解决方案，最终成功控制姿态，并且确保隧道线型控制。 　　【关键词】掘进；姿态失控；控制姿态 　　 　　1 工程概况 　　成都地铁2号线22标由1个始发工作井和2个盾构区间组成，其中第一个隧道区间长约1.2公里，第二个隧道区间长约0.8公里，两盾构区间由一车站分隔。盾构隧道内径φ5400mm，外径φ6000mm，管片厚度为300mm，管片宽度有1.5m和1.2m两种。 　　2 事故发生及应急处理 　　本工程【经干院~东部副中心】区间左线掘进至10至16环时盾构机垂直姿态一度较低，垂直后点达到-50mm左右，为了防止盾构机姿态进一步恶化，立即采取往上抬头的纠偏措施。往上抬的过程中感觉较正常，姿态按照预想的趋势发展，但在23环掘进过程中准备压头摆尾时发现盾构机姿态不受控姿态一直往上走，并且俯仰角在不断扩大。 　　图1 姿态不受控盾构机姿态走势图 　　面对这种情况现场首先判断是四组千斤顶油压出现问题，立即停机对四组千斤顶油压及电磁阀等进行检测，同时通知测量组对盾构机姿态进行复测。检测后发现盾构机设备正常，盾构机姿态复测结果也与盾构机推进导航系统显示数据相符。 　　图2 姿态不受控地段地质图 　　由图2可知，掌子面上部与中部为强风化泥岩及中风化泥岩，而下部为强风化砂岩，考虑到砂岩强度高于泥岩强度，且底部砂岩随着盾构机前进方向有个上坡不断增多的趋势，初步确定盾构机姿态不受控向上抬头是由于下部相对硬度较高的砂岩作用，使得盾构机顺着砂岩地层走向的坡度往上走，这也是典型的上软下硬地层中出现的掘进难点。但该坡度距离较短，盾构机再往前掘进5环左右即可以通过该斜坡，如果该原因成立的话，待盾构机通过该斜坡后，掌子面砂岩比例可以达到一半且保持不变，那么盾构机姿态将会停止恶化，进而恢复正常。 　　决定继续推进，放缓推进速度，加大上部千斤顶推力进行纠偏，同时注意保护盾尾铰接，必要时通过土舱气压将盾构机退回来达到收铰接的目的。 　　图3 姿态不受控后盾构机推力控制 　　由图3知，刚开始上下组千斤顶推力控制相当，这是常规的纠偏方法，但是由图1可知盾构机姿态垂直方向一直保持向上走的趋势，且前点趋势要大于后点趋势。推进实际操作过程中上部千斤顶油压不断增大，下部千斤顶油压则不断减小，由图3可知，上部油压高达300bar，而下部油压甚至出现过0bar，这种慢速、高油压的非常规纠偏方法下姿态依旧恶化。 　　掘进至28环（装管片）时，如图4所示，盾构机所处位置，机身已经过半通过砂岩地层斜坡，但由图1可知，盾构机姿态依旧向上走，说明之前原因推断及采取的措施不成立，所以立即停止向前推进，并且开舱检查掌子面情况。 　　图4 掘进至28环时盾构机所处位置 　　3 事故分析及处理措施 　　停止掘进后，立刻组织措施研讨会，各抒己见，集各方意见，初步得出盾构机姿态失控主要原因是盾构机被“裹死”，造成盾构机被束缚，限制盾构机纠偏。 　　由图2可知，姿态不受控盾构机所处位置隧道范围内均为风化岩层，根据详勘资料及掌子面碴土取样实验表明，本工程风化岩膨胀率（FS）平均为28%，同时开舱发现盾构机外壳图围岩之间的缝隙很小，且筒体外部土体十分坚硬。经量测，盾构机筒体前体外部与围岩间隙基本上小于1cm，而本工程所使用的海瑞克S-471盾构机刀盘、前体、中体及盾尾的直径依次为6280mm、6250mm、6240mm及6230mm。这样实际间隙值明显低于理论间隙值，很不利于盾构机的纠偏。 　　经研讨决定在刀盘上加两把扩挖小型贝壳刀，分别加在刀盘3#与7#辅壁上，采取烧焊的形式，该扩挖刀起到2cm的扩挖作用，也就是其较刀盘原来轮廓向外伸出2cm。 　　图5 加焊扩挖小型贝壳刀 　　加焊扩挖刀后恢复掘进发现盾构机姿态并没有好转，并且推进越来越困难，盾构机姿态进一步恶化，该措施解决效果欠佳。 　　4 事故再分析及解决措施 　　加焊扩挖刀后掘进过程中发现盾构机滚动角变化特别大，筒体与围岩之间的间隙可能增大，扩挖刀起到了扩挖作用。但也有可能盾构机筒体外围某一部分受到围岩的束缚，从而导致盾构机在掘进过程中的摆动。于是我部在31环位置开舱，继续优化措施如下： 　　4.1 如果盾构机姿态得不到改良是因为盾构机筒体被束缚的原因导致，就有可能是之前加焊的扩挖小贝壳刀