魏兵超

（北京安捷工程咨询有限公司，北京 100037）

在现代城市轨道交通隧道施工中，盾构施工工法应用广泛，但是盾构机在施工过程中，往往由于不良地质、不当操作、机械故障等原因造咸盾构机被困甚至姿态严重超限而被迫停工，因此，正确的分析和处理是盾构顺利推进的关键。目前，土压平衡盾构脱困技术的研究主要集中在硬岩地质、土体加固段及富水砂层等特殊地质，如黄平华通过工程实例分析了盾构被困的常见原因并总结了相应的脱困措施；贾璐等以具体工程项目为对象，分析了刀盘、前盾、中盾的被困因素，提出了在具体项目部条件下依靠盾构自身脱困的技术措施；李文峰、商啸旻、王良等对盾构穿越含大粒径漂石的富水卵漂石时被困的情况对盾构参数和地层状况进行分析，通过对参数的调整和对刀盘、刀具的布置及掌子面进行特殊技术处理，达到脱困的目的。但是上述研究大部分是通过盾构机自身的调整和洞内处理措施即可实现盾构机脱困，对于该两项措施收效不明显的处理措施的研究则相对偏少。

1 工程概况

合肥地铁5 号线北一环路→～蒙城路→区间线路左线隧道长度为837.054m(含短链6.925m)。最小平面转弯半径R-2000m 曲线，线路为单向坡，最大纵坡20‰，隧道顶覆土深度17.5～27m。区间采用土压平衡盾构机施工。

盾构机被困停机点地质情况：左线盾构被困停机位置地质从地面至隧道顶部依次为：1.8m 厚的杂填土层，5.2m 厚粘土层，3.5m 厚粉质粘土层，7m 厚粉质粘土层，1.4m 厚全风化泥质砂岩，中风化泥质砂岩层该层未击穿。

图1 盾构停机位置地质图

2 盾构被困过程

2.1 盾构被困过程参数及姿态异常情况

北一环路→～蒙城路→区间左线前期盾构机掘进正常，姿态偏差等在规范和设计范围内，但是在后续施工中由于渣土外运困难、机械设备故障等问题，导致盾构施工经常出现停机情况，造成施工不连续，加上注浆等原因，逐步出现盾构施工参数异常、姿态难以调整等情况，具体如表1-2 所示。

表1 盾构掘进参数异常情况表

表2 盾构机掘进姿态偏差表

2.2 盾构被困情况探查及原因分析

经过盾构施工现场实际情况及各项参数异常情况，判断盾构可以被凝固浆液包裹，造成盾构机被困，但具体被困的程度和部位仍需要实际探查验证，探查过程及结果如下：

利用中盾上的径向孔进行外部探查，在2 点位插入钢筋发现疑似浆液包裹情况；在盾尾1 点，9 点，3 点位置开孔探查，开孔尺寸为10cm，在外部掏出部分浆液凝结块；地面在前盾和盾尾位置进行地勘钻孔，在盾尾位置取芯底部有同步注浆浆液；利用高压水枪和液压油在开孔位置向外进行冲洗和加压，高压水枪冲洗效果不佳，液压油打入后在10MPa 压力以下就从其余开孔位置流出。

图2 盾尾位置开孔探查浆液凝结块情况

图3 盾尾底部位置取芯存在同步注浆浆液

通过探查及掘进过程资料分析，得出如下结论：前期掘进过程中为了控制地面沉降，在84 环开始加大了同步注浆量，综合分析判断盾体和盾尾被浆液包裹，88 环掘进后停机3 天，89 环掘进停机两天，浆液已经凝结形成浆块包裹盾体。

3 洞内盾构脱困措施

根据探查和分析结果，针对目前盾构机被困情况，决定优先采用洞内处理措施，以期达到脱困和纠偏的目的。

3.1 洞内处理具体措施

3.1.1 增加后部配重，在螺机位置增加两块管片配重，拼装机抓举一块管片，双轨梁吊一块管片，在螺机位置焊接支座，用50t 机械千斤顶向上顶住管片，对螺机形成向下压力，随盾构推进更换位置保持压力。

3.1.2 将3，9 点位铰接更换为定制钢板，3/9 点位及5/7 点位各增加1 组200t 辅助油缸顶伸铰接支座，分担盾尾包裹力。

3.1.3 维修推进油缸内泄情况精确控制上下油压差，下部油压控制在330bar，上部油压减至最小，左右油压在300bar 左右，使得总推力达到3000t，上下油压达到280bar 左右。

3.1.4 继续采用其他辅助措施，如增加辅助油缸、将2点和10 点位置铰接拆除更换为定制钢板锁死，将3 点和9 点位置的钢板螺栓孔加长提供铰接活动区间，将下部铰接拉长，推进过程中减少上部4 根油等，但总体效果不明显，盾构机姿态偏差始终无法调整，盾构无法摆脱被困情况。

3.2 洞内处理措施实施效果分析

在采取上述措施后，并未达到原计划的目的，盾构机始终处于被浆液包裹被困的状态，进一步探查采取洞内处理措施后盾构被凝固浆液包括的情况：继续在盾尾右上采用气刨枪开200mm×400mm 的方形孔进行外部浆块探查和清理，清理出的浆块情况如图4 所示。

图4 盾尾右上方形孔清理出的浆块情况

4 钢板桩地面振动脱困措施

通过前述分析与探查，盾尾外部尤其是上部10 点至2 点位置浆液包裹严重，清除20cm 仍未发现浆液和土体的滑移面，并且目前采取洞内措施不能进行盾构纠偏，判定盾体尤其是中盾上也存在大量的浆液包裹体。在洞内采取多种措施尝试无效后，经专家咨询研究，决定对左线盾构脱困采取振锤振动脱困，采用打桩机夹住Ⅳ新拉森钢板桩振动筒体，疏松筒体外的砂浆结块及土体，以达到盾构机脱困目的。并采取相应的辅助措施，确保盾构和管片的安全。

4.1 主要施工工艺流程

测量定位→路面破除探挖管线→确定振动位置→引孔确定标高→径向孔注惰性浆→钢板桩下沉、振动（完成后提起5～10cm）→盾构机往前推（约10cm）→钢板桩下沉、振动（完成后提起5～10cm）→循环至盾尾脱出。（精确测量振动需避开铰接位置，铰接前后共1.4m 范围内严禁振动）。

4.2 钢板桩振动方法及顺序

因钢板桩直接打设至盾构壳体位置处，且需要和盾构机的掘进施工相匹配，所以其振动方法和顺序必须精确，以防损坏盾构壳体或起不到振动破碎凝固浆液的目的。(图5)钢板桩振动：所有钢板桩插入完成后先按照盾尾至中盾至前盾从后到前，单排先中间后两侧的顺序每个孔振动20 秒，振动前先将记号笔固定在液压振动锤弹簧位置，通过振动在白纸上记录振幅，振动原则为振动11 点和1 点范围内位置孔位将钢板桩底部放在盾体上振动，振动11 点和1 点更外侧点位孔位时，打桩机向下加力振动使得钢板桩沿盾体向外侧滑动清除盾体包裹砂浆体，按照每10cm 一个循环以上述振动顺序和振动方式对所有孔位钢板桩进行循环振动清除所有盾体包裹砂浆。具体如下：

图5 钢板桩位置布置图

4.2.1 振动顺序

整体施工顺序为：振动一个循环-推进10cm（掘进中1-2/3-4/11-12/13-14 钢板桩振动）-停机振动第二个循环-推进10cm（掘进中1-2/3-4/11-12/13-14 钢板桩振动）.....

尾盾：1-2；

中盾：3-4-5-6-7-8-9-10；

前盾：13-14-15-16-17。

图6 地面钢板桩振动现场实图

4.2.2 振动方法

打设的钢板桩在掘进过程中循环振动，具体方法如下：

（1）钢板桩振动打入近盾壳顶——停止；（2）钢板桩打入弱振动打入20 秒或20-50cm（见逐根打入深度表）——拔出高于盾体3cm；（3）盾构掘进10cm——打入并弱振动20 秒或20-80cm（深度控制）——拔出高于盾体3cm（见逐根打入深度表）；（4）盾构机前进0.4m（13-17号桩抵近铰接位置40cm）——拔出高于盾体3cm——弱振动20 秒——盾构机前进0.8m；（5）盾构机前进1.8m（11-12 号桩抵近盾尾刷钢环位置）——拔出3cm——停打弱振动20 秒——盾构机前进——盾尾通过拔出；（6）盾构机前进3.3m（3-19 号桩抵近盾尾刷钢环位置）——8-15 号桩拔出3cm——停打弱振动20 秒——盾构机前进——盾尾通过拔出；（7）盾构机前进3.98m（1-2 号桩抵近铰接位置40cm）——19-28 号桩拔出3cm——停打弱振动20 秒——盾构机前进0.8m；（8）盾构机前进6.89m（1-2 号桩抵近盾尾刷钢环位置）——1-2 号桩拔出3cm——盾构机前进——盾尾通过拔出。

5 脱困后主要纠偏措施

5.1 盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作，务必做到勤量测、勤纠偏以及小纠偏，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。垂直方向单环纠偏量控制在6mm 以内，防止纠偏过急影响，造成管片大面积破损甚至后期运营线路调整。

5.2 盾构机脱困后，合理确定盾构超越期间各项施工参数，过程中严格控制盾构掘进姿态和各项参数，保证盾构平稳掘进。

5.3 取消盾构机辅助油顶及钢板铰接，保证盾构尾灵活，为盾构纠偏提供保障。

6 结论

在本案例中，由于盾构停机和注浆等原因导致壳体被凝固浆液裹住直至困死，在仅依靠盾构机的调整和洞内处理措施收效不是很明显的情况下，可采取钢板桩地面振动使盾构机周围包裹的凝固浆液破碎，并随着振动和盾构机的掘进顺利脱离盾构表面，盾构脱困后按措施纠偏即可。盾构法隧道施工给城市轨道交通建设带来了极大的便利，但是由于盾构施工是在壳体的保护下进行的且注浆作为其中一项重要的施工工序，因此浆液包裹壳体的情况时有发生，必须重视参数和姿态的变化，通过各项掘进数据的比对，实地的探查，查找浆液包裹的程度和部位，采用合理的措施及时予以处理。在本案例中尤其是地面钢板桩振动的措施，地层适应范围较广，在以后其他类似盾构被困事故的解决中具有良好的借鉴和推广意义。