谭辉 深圳市宝安区水务局

陈小卫 中国水利水电第七工程局有限公司

穆建波 深圳市宝安区福永街道办事处

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。因其特有的在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;施工操作不受气候条件的影响;产生的振动、噪声等环境危害较小;对地面建筑物及地下管线的影响较小等优越性，在城市隧道施工中得到广泛应用。

为确保盾构掘进顺利进行，减少盾体推进时的摩擦阻力，盾构机设计时即考虑从刀盘盾体至管片之间的结构尺寸逐步减小的方式以减少土体对盾体的摩擦。以中铁装备190土压平衡盾构机为例，盾构机刀盘开挖直径为6280mm，前盾外径为6250mm，中盾外径为6240mm，尾盾外径为6230mm，盾构管片外径为6000mm。

受盾构机设计原理限制，盾构机掘进施工完成后，在刀盘与盾体，盾体与管片之间必然存在一定的间隙，在不考虑刀盘开挖的扩孔系数及周围土体部分塌陷的情况下，最终在管片周围存在一个至少14cm的间隙。

为避免盾构掘进过程中施工区域地表沉降，同时提高隧道的防水性，盾构机掘进的同时，通过同步注浆系统将浆液同步注入管片和开挖洞身之间的环形间隙之中，通过同步注浆，最大限度的最快充填环形间隙，使管片尽快同周围地层形成一个整体，对周围土体起到支撑作用，防止地面变形过大引起塌陷或危及周围构作物。另一方面，由于充填及时，对刚拼好的几环管片的支撑和承托作用加强，减小了管片移动的可能性，从而减少管片在推力作用下开裂和错台的可能。同步注浆一般采用4个孔同时注浆，分别为位于1点、4点、8点及11点方向，在盾构推进过程中进行同步注入。理想状态下，同步注浆应完全充填管片与掘进通道之间的间隙。浆液同周围土体结合并凝结为一个整体，为后续盾构掘进提供反力。由于管片拼装完成后处于封闭状态，盾构掘进过程中，在管片拖出盾尾的情况下，管片因受到周围同步注浆浆液的浮力影响，承受较大的上浮力，仅靠管片螺栓连接将盾体内正在拼装的管片以及已成环且同步注浆浆液已固结的管片共同锁定管片，确保浆液凝结前管片位置相对稳定，管片形态控制在规范允许范围内，直至浆液固结，届时盾构管片则与周围土体连成一个整体，盾构隧道将处于稳定状态。

在地下水发育的沿海地段进行盾构施工时，为确保施工顺利进行，在盾构土仓内需建立土压平衡，土压平衡盾构掘进机就是利用切削刀盘，将正面土体切削下来，进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动。当泥土仓和螺旋输送机中的渣土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。在盾构掘进过程中，由于土仓内通过不断注入空气确保土仓内一直存在相对稳定的压力。此时，土仓内的土体和地下水因此压力的存在而无法泌出，随着刀盘的不断掘进，盾体同周围切削面因自身尺寸变小导致盾体与周围土体之间的空腔的变大，此时，因部分土仓压力传导可能部分存在一定的压力，当刀盘逐步掘进而无法平衡周围土体水位自身产生的压强时，则周围土体开始向盾体周围间隙内泌水，并在重力的作用下主要存在于盾体下半部分。随着盾构的进一步掘进，当盾构管片推出盾尾后，因管片直径仅为6000mm，较盾体进一步缩小，导致一旦管片拖出盾尾前期在盾尾泌出水流及前期管片周围泌出的水流立即充实在管片底部。根据盾构施工工艺基本情况，在盾构始发时，必须要等到整个盾体全部进入隧道内后，方可在盾构管片拼装完成一环后方可同步注浆，理论上可认为此时管片底部及盾体周围已存在不同层度的泌水现象，虽在施工过程中部分考虑了进行端头降水措施，但受降水范围限制，掘进端头仍存在少量泌水现象，导致盾构施工全过程中均存在一条相对完整的渗水通道条件。当盾构掘进过程中，管片拖出盾体后，此时在管片周围进行同步注浆，由于盾构设备自身设计结构，仅在1点、4点、8点及11点方向存在注浆口，其中4点、8点方向进行注浆时，由于为两侧注浆，无法保证浆液将底部水流排出，同时受盾构设备盾尾刷击穿强度的限制，无法采用大压力注浆，快速将管片底部水流快速压至周围土体以内。导致笔者盾构实施过程中，发现多数情况下盾构施工结束以后存在如下现象：当地下水位丰富时，盾构掘进过程中，管片洞门止水帘布无渗水现象，当盾构一旦停机或暂停施工时，帘布端下部会存在不同程度的渗水，帘布止水未发挥完全止水效果段尤为明显。区间在两端洞门封闭成型后，盾构掘进轴线存在2-3cm不同程度抬动现象，具备最大能达到5-8cm。

由于盾构隧道成型后的抬动现象长期存在，且抬动高度存在较大不确定性，不利于盾构掘进线型的有效控制及隧道本身的长期结构安全。故笔者根据自身观察到的现象，对渗水通道及抬动现象原因初步分析如下：

由于地下水位较高，在盾构掘进过程中，土仓中存在土压力，用于平衡刀盘掌子面土压力及水压力，在盾构掘进过程中掌子面渗水可得到有效抑制，但由于刀盘切口直径大于盾体直径3cm，导致土仓压力在传导至盾体时存在一定的压力降，依次类推，管片直径较刀盘直径小14cm，则管片周围压力则进一步降低，且管片距离单盘距离约10m，管片周围压力降无法得到有效的补充，当此时的压力不足以平衡周围水压力时，周围地下水析出，并迅速沿管片周围通道存于管片底部，导致管片同步注浆时由于为4点、8点同步平衡注入浆液，无法完全排出水体，虽盾构机埋设了一定数量的监控原件，但无法完全确定管片外围是否完全充填密实，随着盾构掘进的不断进行，管片外围渗水通道则永久存在并随着盾构的掘进逐步形成一个渗水通道；由于4点及6点方向注浆时，注浆通道无法完全对称，故渗水通道的位置存在较大的随机性，而管片二次注浆仅能通过固定的注浆孔，位置相对固定，故二次注浆亦无法全面阻断并填充渗水通道。由于渗水通道的存在，导致管片两端洞门一旦封闭，地下水位重新恢复到原始高程，水的浮力将导致管片整体上浮，而同步注浆的注入的水泥浆液，在凝结过程中在自身重力和管片浮力的反作用力下，部分渗入底部及周围土体，导致管片顶部存在一定的空洞；盾构注浆浆液凝结后自身的体积收缩，也同样导致管片顶部存在一定的空洞。盾构施工工艺在两端洞门封闭完成后由于地下水位重新沿渗水通道作用在管片上，导致管片上浮，造成盾构隧道成型后的整体抬动现象。同时通过在施工的部分盾构区间通过在土仓内抛投颜料的方式，已验证了部分区间渗水通道的连通性。

可能存在的隐患：由于渗水通道的存在，在部分盾构区间刚好位于地下水位线的砂土粉土地质的地铁段落，由于受地铁运行时震动产生的扰动下，导致土体重黏性物资同砂质分离并随着地下水位的升降而产生流动，导致周边土体空洞加大，承载力下降，导致该段落后期沉降影响乘车舒适性及结构安全。

目前受已有设备工况限制，无法进行进一步研究，仅提出几点构想：改进盾构设备，在同步注浆过程中在管片利用部分管道作为空隙内负压真空管，在注浆的同时进行负压排气，确保管片同步注浆充填密实；改进设备，在盾尾底部增加一个排水管，在同步注浆时同时对管片底部进行抽排水，直至抽出水体见同步注浆浆液，从下排出全部水体；在底部管片段增加埋设二次注浆孔，封闭洞门前从纵坡底部向顶部进行一次二次注浆，确保浆液充填密实。

结语

由于目前渗水通道无法解决，现场实施过程中仍为一个忽略的部位。本文基于笔者了解的现场实际情况及本人的思考提出的个人观点，可能存在一定的片面性或不足之处。希望在后续的过程中大家相互学习沟通。