中铁建设投资集团有限公司广东深圳518000
摘要：在盾构掘进至锚索段时，对盾构掘进锚索段施工时掘进速度、刀盘扭矩、掘进推力等各项技术参数进行分析对比，分析各参数在掘进过程中的变化趋势，为盾构掘进锚索段施工提供依据，提高盾构掘进锚索段施工的成果率，降低施工难度。
关键词：盾构；锚索段；参数
1工程概况
深圳市南山区某盾构区间，采用盾构法施工，区间总长度右线916.737米，左线908.664米，区间最小平曲线半径R=450m，最大纵坡为25‰，竖曲线半径最小为3000m，隧道埋深约在9m~18m之间。区间隧道于ZDK-8-437.9开始进入某大厦锚索段，ZDK-8-349.0完成锚索段掘进；左线距离基坑围护最小净距分别为0.85~2.5m，隧道埋深11.8m～13.5m。该大厦围护结构采用桩锚支护，约50根锚索、21根锚杆侵入左、右线隧道。
2锚索段地质
根据详勘及补勘资料，该区间隧道洞身穿越地层为砾质粘性土，花岗岩、混合花岗岩；在某大厦锚索段洞身地质主要是砂质粘性土、中等风化碎石层、全风化混合花岗岩，隧道上部覆土主要是<1-1>杂填土、<1-3>填块石、<2-1>淤泥层、<2-2>中粗砂。区间地下水为基岩裂隙水和孔隙水，地下水稳定水位埋深为1.30～4.50m（标高1.65～4.05m），受基岩裂隙发育程度影响，孔隙水与裂隙水局部具连通性，岩石富水性和透水性在横向上及纵向上也不均匀。地下水略具承压性和腐蚀性，场地内水文地质条件属中等复杂类型。
3施工方案及加固措施
在前期计划采用以下方法进行处理锚索：人工挖空竖井+穿心千斤顶拔除方案、人工挖空竖井+旋挖钻机拔除方案、套管钻机拔除方案，但都不能有效地处理侵入隧道内的锚索，故排除，进而采取地面加固+洞内开仓处理锚索的方案。
在侵入区间隧道的西侧锚索段每隔约4根（6~8米）锚索布置一个加固区，首个加固区避开地下通道围护结构外侧2m范围的旋喷桩加固区，同时考虑到东侧锚索段有可能侵入右线隧道，在东侧和西侧锚索段末端各布置一个加固区。
图1某大厦加固区域
Fig.1Reinforcementareaofthebuilding
采用φ600@450双管旋喷进行加固，每个加固区纵向宽4m，加固深度为隧道洞身往上3m，往下1m，左右两侧各3m，左线加固区靠近某基坑一侧加固至围护结构边。
图2加固区域剖面图
Fig.2Profileofreinforcementarea
4锚索段掘进过程中各项参数变化趋势
盾构穿越锚索段掘进中，随着掘进的深入，掘进破除的锚索、锚杆越多，刀盘上缠绕的锚索、锚杆逐渐增多，开口率逐渐减少，盾构掘进各项参数均相应发生变化，导致盾构掘进困难，甚至难以掘进，并对地表及地表建筑物带来安全隐患。盾构锚索段掘进施工各项技术参数变化趋势如下：
（1）掘进推力
盾构掘进推力作为最主要的可控参数，将直接影响到其他参数，随着盾构掘进锚索段的深入，刀盘缠绕的锚索逐渐增多，刀盘开口率逐渐降低，如按照正常段既定参数进行掘进，盾构掘进将变得困难，为尽可能使盾构掘进顺利，提高掘进速度，由于速度与推力成正比的关系，应适当增加盾构掘进推力，但为保护盾构机及刀具、刀盘，降低刀盘扭矩，盾构掘进推力不应过高。
因此，随着盾构机掘进锚索段，盾构掘进锚索段施工时，掘进推力应适当提高，但不应过高，总体上与正常段掘进相差不应过大。
（2）刀盘转速
由上述可知，刀盘转速与扭矩、推进速度之间存在以下关系，
当刀盘推力一定时，刀盘扭矩与刀盘转速成反比。
推进速度与刀盘转速之比的物理意义就是刀盘每转一圈后刀具的切土深度，因此，合理的选定推进速度与刀盘转速对于确保施工的顺利进行和机器的正常使用具有重要的影响。
刀盘转速作为另一个的可控参数，应合理选择刀盘转速，提高刀盘转速可降低扭矩，但将增大对土体的扰动，且遇到锚索时极易引起速度、土压波动，因此应根据地层合理选择刀盘转速n，左线穿越锚索段掘进时刀盘转速为1.0rad/min。
（3）土仓压力
土仓压力受土仓进土量及出土量控制，可视为可控参数，由上述可知，土仓压力和扭矩呈正比关系，因此锚索段掘进时，根据掘进地层，判断是否可降低土仓压力来降低掘进扭矩。锚索段地层为全风化粗粒花岗岩，锚索段掘进时较正常段低0.2bar，在保证掘进安全的前提下尽可能降低扭矩。
（4）刀盘扭矩
刀盘扭矩直接影响到刀具磨损情况，且过大的刀盘扭矩对盾构带来极为不利的影响，因此掘进过程中应尽可能降低刀盘扭矩。
随着锚索段掘进的深入，刀盘上缠绕的锚索、锚杆越多，结泥饼也就越多，刀盘扭矩也随之上升。根据上述各参数间关系，应在保证安全的前提下降低土仓压力。并根据刀盘扭矩及掘进速度判断是否应进行开仓处理锚索施工。随着盾构机掘进锚索段，扭矩呈上升趋势。当刀盘扭矩保持在4000kn•m以上时，进行开仓处理锚索、锚杆并检查刀具磨损情况。
（5）掘进速度
掘进速度直接影响到盾构掘进进度，是直接判断盾构掘进情况最直观的因素。
随着锚索段掘进的深入，刀盘扭矩逐渐上升，掘进速度随之逐渐下降。综合刀盘扭矩及掘进速度判断是否应进行开仓处理锚索施工。当掘进速度保持在10mm/min以下时，进行开仓处理锚索、锚杆并检查刀具磨损情况。
5开仓流程
该盾构区间在锚索段在掘进过程中由于锚索的存在，致使推力和扭矩增大，掘进速度减小，无法正常掘进，故在其左、右线各开仓3次。
（1）确定开仓位置里程
盾构掘进至加固体后，开仓位置选择在刀盘前端距离加固体边缘1米位置。
（2）清仓及常压闭水试验
开仓申请上报监理审批后，进行清仓工作，确保土仓内渣土清空后，进行常压闭水试验。
（3）仓内空气置换及打开仓门
常压闭水试验完成后，进行仓内空气置换，采用送排气体，对气仓和土仓进行换气半小时以上，并用毒气检测仪检测仓内排出气体是否符合要求，直达气体满足开仓要求。然后各相关责任人签字确认后可打开仓门。
（4）检查仓内工况及开仓降温
打开仓门后，土建工程师进仓鉴定仓内的工作状况。判断安全后，由于仓内温度过高，使用冰块进行降温处理。
（5）冲洗刀盘，检查仓内情况
降温后，用高压水枪对刀盘进行冲洗。冲洗完成后，进仓检查结泥饼、锚索缠绕及刀具磨损情况，并做好记录。
（6）清除泥饼
开仓刀盘开口处结泥饼情况均较严重，刀盘四周开口处用高压水枪清除泥饼，中心开口位置用铁钎进行清除。
（7）锚索、锚杆处理
先将刀盘转到合适位置，暴露锚索，对锚索、锚杆进行处理，取出已截断的锚索，并做好记录。清除完该位置锚索后，人员退出土仓，转动刀盘，处理下个位置的锚索、锚杆。
（8）开仓刀具磨损检查及刀具更换
处理锚索及锚杆完成后，进行刀具磨损的检查。为确保盾构刀盘刀具工况满足后续掘进施工要求，对磨损量大于5mm的刀具进行统计并更换。
（9）仓内检查及仓门关闭
处理完毕后，对土仓及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂物遗留在内，确认没有问题后关闭仓门。
6施工中的难点
在施工过程中，当盾构机掘进至锚索段时，由于侵入到左线隧道的锚索较多，且缠绕到刀盘的锚索不易被刀具磨断，以至于掘进过程中刀盘切削掉的土不易被螺旋输送机运出，而导致出现结泥饼现象，致使掘进速度较慢。由于侵入隧道的锚索较粗，且韧性较大，加之该掘进地层为中等风化的花岗岩，在刀具切削的过程中对刀具的磨损较大，必须进行开仓取出锚索和换刀工作，加大了施工难度。
图4侵入隧道的钢筋、锚索
Fig.4Reinforcementofreinforcedsteelbarsandanchors
7注意事项
（1）在锚索段掘进过程中，由于上部土压较正常段较低，为避免出现地表隆陷现象，每天加大刀盘位置周围巡查力度，并做好日常监测；
（2）锚索段穿越中等风化碎石层，为防止掌子面坍塌、产生泥饼等现象，施工采取分别向刀盘面注入泡沫和土仓内注入水的方法进行渣土改良，为此需要改善粘土的流塑性，从而达到保持土仓内的压力平衡及开挖土的流动性，同时进行充分的搅拌来改善渣土；
（3）施工过程中，及时采集每环的渣土样品，且进行分析，准确掌握土层信息，并以此初步判断刀盘的磨损情况，为开仓换刀做好相应的刀具准备情况提供依据；
（4）对螺旋输送机绞出来的锚索及钢筋进行收集，并进行切割试验，以准确准备开仓后所需的有效切割工具。
8结论
通过对盾构掘进锚索段的各参数的变化趋势分析，得到以下结论：
（1）选择合适的掘进推力不应偏大或者偏小，既要保证掘进速度又要确保刀盘扭矩不会过大；
（2）选择适中的刀盘转速，减小遇到锚索时速度、土压的波动；
（3）在确保掘进安全的前提下，尽可能降低土仓压力，确保足够的掘进速度，降低刀盘扭矩；
（4）掘进过程中控制好出土量，超挖欠挖现象，保证了地表及地表建筑物安全。
参考文献：
[1]徐前卫，朱合华丁文其吴祥松于宁.均质地层中土压平衡盾构施工刀盘切削扭矩分析，《岩土工程学报》，2010（1）：47-54（XUQian-wei，ZHUHe-hua，DINGWen-qi，WUXiang-song，YUNing.Cuttingtorqueduringtunnellingprocessofearthpressurebalanceshieldmachineinhomogeneousground）
[2]凌京蕾，樊丽珍.盾构技术及其在广州地铁的应用[J].广重科技，2000：25–32.（LINGJing-lei，FANLi-zhen，ShieldTechnologyandTheApplicationinGuangzhouMetro）
[3]于颖，徐宝富，奚鹰，宋木生.软土地基土压平衡盾构切削刀盘扭矩的计算[J].中国工程机械学报，2004，2（3）：314–318.（YUYing，XUBao-fu，XIYing，SONGMu-sheng，TorqueMomentAnalysisofEarthPressureBalancedShieldCutterHeadunderSoftFoundation）