黄飞，徐程，宋树桐，季志威，张锋

（中建铁路投资建设集团有限公司，北京 100000）

1 引言

目前，我国城市地铁隧道区间建设大多会使用到盾构机进行施工。然而，在市区使用盾构机施工时，难免会遇到材料供应不足、工作井不具备接收条件、征拆协调困难等问题，导致盾构机经常性长时间停机。不仅如此，若在此期间无法对盾构连续长时间停机及复推采取安全控制措施，容易发生停机区域地面塌陷、盾尾砂浆包裹、盾构复推困难、复推姿态不受控等施工风险。基于此，对盾构机长时间停机后复推的安全管控措施进行系统性分析及经验总结，符合现阶段施工需求。

2 工程概况

以某地铁隧道区间为例，该区间施工采用土压平衡盾构机。由于受征拆问题影响，土压平衡盾构机在始发后无法按原计划继续掘进，需长时间停机（停机时间大于6 个月）。针对此，项目部通过采取一系列长时间停机后复推的安全管控措施，确保了整个过程安全可控。工程具体情况如下：

1）右线土压平衡盾构机在始发掘进约358 m 后开始下穿村庄范围，下穿长度约466 m；左线土压平衡盾构机掘进约362 m 后开始下穿村庄范围，下穿长度约446 m。

2）该区间呈西北到东南向斜穿村庄，由于地铁隧道拱顶埋深深度为17.6～26.4 m，因此，土压平衡盾构机需逐渐加深掘进。鉴于该段地铁隧道施工范围内中粗砂层分布较广、地质情况较差，决定对居民进行临时迁移；但因临时迁移涉及的居民较多，征拆协调周期较长，所以，右线土压平衡盾构机在掘进完成195 环后，进入了＞6 个月的长时间停机状态。

3）该盾构机停机位置位于农田下。此处隧道拱顶埋深约15.92 m，线路纵断面处于28‰下坡段，平面处于左转弯900 m曲线段上。

3 土压平衡盾构长时间停机处理措施

针对本工程盾构机长时间停机的施工风险，项目部主要从停机前准备、停机过程控制、复推安全控制3 个阶段进行安全管控。

3.1 停机前准备

3.1.1 停机位置选取

在考虑土压平衡盾构停机对地面环境影响的基础上，要尽量避开建构筑物、交通要道、河流等敏感区域。此外，根据本工程区间详勘、补勘报告及掘进情况，决定选取掌子面自稳性强、地质情况好的位置进行停机。

3.1.2 盾构姿态控制

在土压平衡盾构机停机前，应根据地质情况确定合适的停机盾构姿态：

1）在软土地层，盾构机宜总体保持实际轴线比设计轴线略高的盾构姿态，同时设备机头部比尾部姿态略高，并保持向上抬头趋势；此外，在停止掘进前10 环，设备切口环高程宜控制在+10～+20 mm，盾尾高程控制在-20～+0 mm。

2）在上软下硬或下部岩层较硬地层，可适当保持盾构机低头趋势，以防止复推后盾构姿态上飘。

3.1.3 土压控制

在土压平衡盾构机停机前1 环的掘进过程中，应减少泡沫剂注入量与出土量：（1）调整提高泡沫剂原液比例以降低发泡率；（2）通过减小泡沫及注入流量来整体控制注入气泡仓内的气量，从而增加土仓内实土体积。

掘进完成后，在反转螺旋机后将其机内土体反压入土仓，以防止因长时间停机而出现螺旋机内土体固结现象，进而加大后期复推难度。另外，在长时间停机期间，土压平衡盾构机顶部土仓压力宜比理论压力高0.02～0.03 MPa。

需注意的是，在刚停机时，土压平衡盾构机掘进压力宜比正常掘进压力高0.03 MPa。

3.1.4 同步注浆控制

为防止在土压平衡盾构机长时间停机后出现浆液前流而引起浆液裹住盾体，应在盾构机到达停机位置前最后2 环的范围选用不含水泥的盾构机惰性浆液进行填充。

3.1.5 膨润土浆液注入

注入膨润土浆液时，应选择优质钠基膨润土；拌制时，采用膨润土∶水=1∶7 的比例。一般来说，注入膨润土浆液时分为3 步进行，第1 步注入盾尾后方，第2 步注入盾体周边，第3 步注入土仓内。

1）在土压平衡盾构机停机掘进完成后，先通过注浆管注入1 m3膨润土浆液并关闭盾尾，以防止浆液回流堵管；同时，要单独将浆液分别注入每根注浆管，且确保每根注浆管均能清洗干净。

2）通过土压平衡盾构机盾体的盾壳润滑系统，将2～3 m3的膨润土浆液从盾体预留径向注浆孔注入盾体周边，并设定注浆终压为0.3 MPa，要确保膨润土浆液可充分填充盾体周边间隙，从而在有效防止浆液前窜包裹住盾体的同时，还能避免土体收敛与盾体发生固结。为了避免盾构机恢复推时与土体摩擦力过大而导致推力过高、铰接被很快全部脱出，应在土压平衡盾构机停机时将铰接收至约70 mm。

3）向土压平衡盾构机刀盘前方、土仓内注入膨润土浆液，并利用刀盘旋转装置与土仓搅拌装置的搅拌功能使膨润土浆液能够与仓内渣土混合均匀。此外，应一边旋转刀盘一边注入浆液，直至土仓压力达到设定值后，方可停止。如土仓压力下降，则需向土仓内注入膨润土泥浆并旋转刀盘，从而缓慢升高土仓压力至设定值。

3.1.6 二次注浆

在盾尾、盾体周边、土仓注满膨润土浆液后，即可开始对盾尾后第3～5 环位置安装全环止水环，用于阻隔土压平衡盾构机后方地下水。二次注浆采用水泥浆和水泥水玻璃双液浆。

在压浆环节，要安排专人负责，并详细记录压入位置、压入量、压力值，同时，根据检测到的地层变形信息来及时进行调整，以确保二次注浆的施工质量。

3.1.7 盾尾与铰接的密封管理

在土压平衡盾构机停机前5 环，其盾尾油脂注入量应大于50 kg（以6 m 外径管片为例）；此外，在停机后还要额外注入盾尾油脂，且必须足量、均匀，待盾尾油脂溢出尾刷后方可终止；同时，为了停机时能够保证盾尾密封效果，需严格关注盾尾密封压力，并确保每路盾尾油脂腔静时压力应大于0.3 MPa。

在进行二次注浆前，应将盾尾油脂管或黄油管转接至铰接密封附近管路，并手动注入黄油或盾尾油脂来提前保护铰接部位，以防止铰接部位被包裹。

3.1.8 监测点布设

在本工程中，待土压平衡盾构机停机后，需在刀盘、刀盘前5 m、刀盘前15 m、盾尾、盾尾后10 m 处共布置5 个监测点，而监测点在布置完成后，应及时采集初始值，并在停机期间每天监测一次，待监测数据稳定后，可根据监测要求适当调整检测频率。

3.2 停机过程控制

3.2.1 人员安排

在人员安排方面，需注意的事项有：

1）在停机期间，地铁隧道区间一般不断电，以保障排水、通风及照明工作；若需进行断电，则应封锁入口，禁止任何人员进入；如工作人员需断电后进入隧道，要提前2 h 通风，待隧道内气体检测合格后方可进入。

2）加强监测土仓压力，在停机前3 d，每隔3 h 就要记录1次土仓及盾尾密封后压力情况，相关数值稳定后则可调整为每隔12 h 记录1 次；若土仓压力下降，则要及时向土仓内注入膨润土浆液并旋转刀盘，让其可缓慢增加至设定值。

3）值班人员每天都要巡视管片变形、管片间渗漏水、隧道涌水、盾尾漏浆、铰接渗漏等状况，并及时安排施工人员抽排地铁隧道内部与井口的积水。

4）在停机前5 d，每天要旋转1 次刀盘及螺旋机。若启动刀盘时其扭矩不大且能顺利启动，则可延长刀盘旋转频次，间隔时间通常为每5 d 旋转1 次刀盘。

5）如预计停机时间小于2 个月，则可在确保安全前提下穿插进行地铁隧道关于堵漏、洞门环梁等方面施工。如预计停机时间大于2 个月，且左右线位置都具备联络通道施工条件，则可考虑穿插进行联络通道施工，同时让施工人员和值班人员兼做应急人员。

3.2.2 设备保养

为了更好地保养设备，需注意的事项有：

1）在停机期间，维保人员应定期检查和保养设备并做好相关记录。其中，要重点检查盾尾油脂密封系统是否正常运行。前期每2 d 要加注1 次盾尾油脂及各部位润滑油脂，后期调整为每7 d 加注1 次，确保盾尾油脂和各部位润滑油脂能够始终处于饱满状态。另外，要对螺旋机、主驱动、皮带等各个地方加注黄油，并以注入口溢出黄油为标准。

2）停机期间要用夹轨器锁死龙门吊等设备，并做好防风措施以确保设备已被妥善安置。

3.2.3 安全巡视

为了进一步保障土压平衡盾构机在停机期间的安全控制，可适当安排人员进行巡视：

1）在土压平衡盾构机正上方地面设置警示标志及标注相关施工人员联系方式，并安排专职安全人员每日巡视停机位置地面周边环境，以避免在这一区域未经确认便进行挖掘、钻孔、堆载、降水等施工[1]。

2）为妥善处理停机期间土压平衡盾构机可能出现的安全风险，应提前准备好应急抢险物资以备急用。

3.3 复推安全控制

3.3.1 盾构机复推前期准备措施

1）机电部门组织维保人员在对照盾构机调试验收大纲基础上，对盾构机各系统功能进行一次全方位验收，以确保各系统运行正常。其中，要重点确保超挖刀系统功能正常。

2）测量部门对盾构机导向系统进行全面检查，并复核测量控制点、洞内控制点、检查监测点，以确保监测数据的有效性和连续性。

3）检查部门应对注浆管及油脂管进行全面检查，并额外注入10 kg 盾尾油脂，以确认各管路的通畅。需特别关注的是，要保证泡沫管、注浆管、油脂管、预留管的通畅性。

3.3.2 盾构机复推过程采取的安全控制措

1）如地层自稳性较好，且地面无建构筑物影响时，复推第一环则开始同步注浆浆液，此时可采用高浓度膨润土浆液作为同步注浆浆液。

2)盾构机掘进时，可同步利用盾壳软化系统向盾体周边注入膨润土浆液，并利用膨润土的润滑作用来降低盾体周边摩擦力，从而减小盾构机复推阻力。此外，后续在注入膨润土浆液位置要进行二次注浆来补充。

3）考虑到复推时盾构机盾体周边会因被不同程度的包裹，而导致复推阻力较大、铰接压力较高，因此，在盾构机掘进过程中可在铰接压力较高或向外拉时主动收起铰接，并给铰接辅助力，以防止铰接被完全拉出。

4）如果铰接压力已达到最大值而导致铰接被全部拉出，且此时盾构机复推阻力依然很大，那么可将此判断为属于盾体被包裹较严重情况。因此，为了避免铰接油缸断裂而产生安全风险，应停止盾构机掘进。针对这一情况，可在盾构机盾尾与铰接连接位置焊接3 cm 钢板，从而将盾尾与中盾固定成整体，从而让盾构机恢复掘进。待阻力下降、盾体脱困后，即可取掉钢板，并逐步收回铰接。

5）复推前2 环应严格控制掘进速度。这是因为，复推后盾构姿态往往难以控制，所以，此时应将推进速度应控制在20～30 mm/min，即慢速、匀速地掘进。

4 结语

土压平衡盾构机的长时间停机，会在一定程度上造成盾体周边被包裹、盾体与土体间隙缩小等问题，从而导致盾构机复推时因盾构姿态不受控制，出现上飘或栽头现象，所以，必须要对其进行安全控制。盾构机复推时，在提高刀盘旋转速度、增大扩挖能力的同时，更有利于控制盾构姿态。总而言之，为了确保土压平衡盾构机在长时间停机后复推的安全性，必须要采取对应的安全措施。