2.3 盾构施工技术

2.3.1 盾构施工步骤

我国南水北调穿黄工程隧洞采用2台泥水加压平衡盾构机进行开挖施工，从北岸竖井先后始发，向南推进，到达南岸竖井后对盾构机进行检修，然后再穿越邙山隧洞，最后从35m长的已经提前用矿山洞挖法施工完的隧洞处出洞。在开挖掘进的同时进行外衬管片安装，随后进行壁后注浆，外衬完成后进行防排水垫层的安装、隧洞环向预应力混凝土二次衬砌施工等。盾构法施工的主要步骤如下：

（1）在隧洞的北岸建造竖井。

（2）盾构机在北岸竖井安装就位。

（3）盾构机从北岸竖井出发。

（4）盾构机在地层中沿设计轴线向南岸推进，在推进的同时不断安装衬砌管片。

（5）在过河隧洞与邙山隧洞间修建南岸竖井。

（6）盾构机到达南岸竖井内，进行检修维护。

（7）盾构机从南岸竖井出发。

（8）完成765m长的邙山隧洞掘进施工。

（9）在邙山隧洞进口处修筑盾构机底座混凝土承台。

（10）盾构机抵达邙山隧洞进口处，完成盾构掘进施工，进入35m长的矿山洞挖法开挖的隧洞段，采取设1/3负环的方式推出洞外并拆除。

2.3.2 盾构施工措施

根据泥水平衡盾构施工特点和工况条件，制定了防冒浆、防坍塌、防管路堵塞、防上浮、防磕头等技术措施，在施工中发挥了重大作用，使盾构施工可以安全顺利地完成富水地层的掘进。

（1）防止冒浆、沉降、坍塌措施：

1）切口泥水压力波动控制。掘进过程中严格控制切口泥水压力的波动，波动为-0.3～0.1bar，以保证开挖面稳定；密切关注空压机供气系统，确保空压机连续供气，压力波动不宜大于0.5bar；气垫仓内泥水液位不宜出现较大波动，液位波动控制在20%内；必要时采取人工调整参数，以减小切口泥水压力波动。

2）主要施工参数控制。主要依据理论计算值和盾构施工现场情况，结合停机期间开挖面稳定、液位平稳无波动时切口环泥水压力数据，进行反算、优化施工参数；控制出渣量、出渣成分、进出浆流量差、比重差、注浆量、刀盘转速、推进速度、刀盘扭矩变化等；加强地层监测，确保盾构顺利安全通过富水地层段。

（2）预防管路及仓内底部吸口堵塞措施。多注意管路压力、流量、泥浆泵压力、负载及仓内泥水液位的波动，加强各管路、仓内底部吸口冲洗；掘进过程中尽量保持匀速，保持开挖面泥水压力的平稳；视地质条件，每掘进半环左右停机出渣、冲洗一次管路，必要时单独开启每根管路慢慢加大流量憋压疏通；正、反转刀盘，以达到仓内大块渣土搅拌均匀；及时调整泥水参数，确保泥膜的良好形成，以使刀盘切削土体始终处于良性循环状态。

（3）管路及仓内底部吸口堵塞治理方法。若管路及仓内底部吸口堵塞轻微，则可在旁通模式下转反循环模式，按照技术要求进行反冲洗。如管路及仓内底部吸口堵塞严重，则采取高黏度、高质量泥浆循环，使开挖面形成高质量的泥膜后，关闭碎石机和泥浆门，抽排气垫仓内泥水，梯度卸载气垫仓压力至0；土仓切口泥水压力稳定后，在确保安全的情况下及时组织工人进入气垫仓，清理底部沉积物和疏通管路。如人工清理和循环、反冲洗还无法将土仓底部沉渣清理干净，则可调整施工参数，相应降低掘进速度，推进至地质条件较好处，向土仓注入高黏度、高质量泥浆，使开挖面形成高质量的泥膜后，转为气垫模式，在专业医生的操舱和潜水员的陪舱下，组织人员带压进入土仓，快速清理底部沉渣。

（4）控制盾构机姿态。盾构机过量的蛇形运动必然造成频繁的纠偏，纠偏的过程就是管片环面受力不均的过程。所以在掘进过程中必须要控制好盾构机的姿态，尽可能地使其沿隧道轴线作小量的蛇形运动。按规范要求，盾构掘进中，拼装管片中心轴线的平面位置和高程允许偏差为±50mm。发现偏差时应逐步纠正，避免突纠，以免人为造成管片环面受力严重不均。

（5）控制掘进速度。如果在同步注浆过程中浆液不能及时有效地固结和稳定管片，应适当控制盾构掘进速度，一般以缓推为宜，推进速度不大于30mm/min。确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。