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摘要：在盾构隧道施工中，由于地层裂缝发育，极易造成水力连通，经常会遇到断裂破碎带地层。因此，在盾构掘进过程中，存在着工作面坍塌和发生泥石流的危险。本文分析了盾构隧道的施工风险，总结了盾构隧道的相关施工控制技术要点，针对某工程的盾构施工穿越富水破碎带施工进行了简要的评价和分析，并提出了相应的施工建议。
关键词：泥水盾构；穿越；破碎带；富水；施工风险
引言
随着城市轨道交通网络在城市发展中的地位和作用越来越大，盾构机在我国地铁建设中应用更加普遍。泥水盾构更容易在工作面上形成均匀的压力，更适用于自稳性差、含水量高的软土层，特别是跨江、跨海隧道的建设施工中。然而，在水下施工过程中，盾构往往要经过一些不良地质地段，特别是裂缝破碎带。由于岩石破碎、强度和稳定性低、裂隙发育等原因，极易产生与水体的接触通道，使得盾构施工事故时有发生。
1工程概况
某工程段地质条件复杂，隧道穿越的地层主要为风化砂岩、页岩、裂隙带和石灰岩。盾构由间接控制泥浆压力的盾构机驱动。盾构隧道间歇穿过破碎带，在破碎带地层开挖前，进行试挖，掌握地层的施工规律和存在的问题。
2施工穿越破碎带的风险分析
2.1盾构掘进姿态控制困难
地层条件是造成地层轴线偏移的主要原因，盾构开挖段内层不均匀，强度差异大（砂岩、裂隙岩）。
2.2软硬岩层不均匀
盾构头部磨损受土层、刀具材料、传动参数、传动距离等多种因素的影响。在坚硬的岩层中，盾构头部工具在行驶时磨损很快，特别是在硬度和柔软度不均匀的地层破裂区，容易造成表面镀层合金脱落、缺棱缺角等异常磨损现象。
2.3工作面易失稳
由于断裂带距离远，地质条件复杂，岩层比较破碎，断裂带位于河流支流，盾构隧道在高水头下施工时，易造成水力连通和开挖失稳、储罐坍塌等事故。
3盾构施工可行性分析
3.1施工方法适应性分析
盾构施工方法具有高度的安全防护，可以保证在盾构设备安全的条件下开挖和支护，最大限度地降低突水和涌砂的风险。同时，盾构施工受外界环境影响较小，能够连续快速施工。
3.2驱动设备的功能要求
隧道具有埋深大、距离远、水压高、地质差异大的特点，因此，隧道设备应具有以下功能：
（1）可实现长距离高效掘进，有效减少单位掘进里程换刀的频次，断层破碎带及高压富水地段能够实现突水涌砂地段不确定和可能高水压环境下安全掘进。
（2）准确的地质信息是保证安全施工的基础，目前隧道的地质信息主要依靠早期的地质理钻探工作，能够在掘进过程中同时实现精确的地质探测。
（3）预先加固裂缝带和止水是一种有效的方法。针对隧道高水头、突水、涌砂的显著特点，隧道设备必须具有高效的预处理能力和良好的预处理效果。
（4）长期以来，卡机一直是隧道掘进机复杂地质施工面临的主要风险，要求驱动设备必须采取有效的技术措施，防止和控制卡机风险，并具有较强的机械排除困难的能力。
3.3衬砌防排水设计
（1）在高压富水地段，应设置分段结构，并结合二次衬砌进行防排水，分段结构应设排水孔，采取以防为主，排水为辅的排水、减压、限压排放措施。
（2）分段接缝的防水措施由外海绵橡胶条、弹性防水垫片和内外缝隙组成。
4盾构开挖控制
4.1驱动方式的选择
盾构掘进方式分为泥浆方式和气垫压力平衡方式，两种方式可通过液压闸阀切换。泥水模式更适用于浅埋、围岩不稳定、渗流量大的情况，本工程采用气垫压力平衡方式。
4.2切口泥水压力控制
在挡泥板施工过程中，泥浆罐提供的泥浆压力主要用于平衡开挖面的水压力和土压力，实现开挖面的稳定控制。目前，在计算上、下限压力时，广泛采用了静土压力公式，然后考虑水压和浮压，通过降低泥水盾构隧道水压的上下限进行理论计算。在泥水盾构施工中，切削压力应在理论计算的上下限之间。但在实际工程中，由于裂隙区水文地质条件变化复杂，开挖面与河床串联，切口压力难以准确控制。
4.3掘进速度控制
由于裂隙区围岩稳定性差，随着裂隙发育，易造成泥浆流失。当距断层30米时，应对盾构进行检查，更换切刀，及时进行二次灌浆，防止裂缝，切断隧道与水体的连接。在盾构施工中，必须严格控制每环产生的渣量。根据渣量判断盾构掘进速度，当出渣量突然增加时，应立即检查泥浆水质和切口压力，及时进行土质滑坡调查调整，确保开挖面稳定。
4.4进出料流量及压力控制
在盾构隧道施工过程中，泥浆量的平衡会暂时引起空气缓冲罐液位的波动，对开挖的稳定性产生一定的影响。气垫舱的空气位调节主要受进料浆流量和驱动速度的控制，进料浆流量调节主要通过控制进料浆泵的转速来实现。根据盾构隧道的速度调整进、出浆量，在开挖速度快、裂隙破碎带岩层较大时，应选择较大的泥浆进出量，以满足道碴的排出，当开挖速度较慢时，应适当减少泥浆进出量。
4.5驱动推力和扭矩控制
盾构进出破碎带前，应立即停止挖掘，并向刀盘内注入高粘度膨润土，挖土时再打开，控制进出泥浆量。
4.6盾体保压及密封控制
由于断裂带核心断裂，裂隙发育，渗透性好，在高水压等条件下极易造成盾构密封失效。因此，需要采取合理的保压措施：
（1）气垫舱的气压通过更换优质泥浆来调节，促进优质泥浆渗入地层，形成封闭的泥膜保护层。
（2）增加盾构尾部和管段的注浆量。必要时，在盾尾封闭后补上3-5环段的泥浆，以堵住盾尾后部与盾壳之间的间隙。同时，增加喷入护盾尾部的润滑脂量，增加润滑脂腔的压力，使护盾体与隧道表面形成一个完全封闭的空腔。
4.7灌浆同步及二次灌浆控制
现场同步灌浆主要采用上、下部各两个灌浆孔进行灌浆。同时，根据现场实际情况和监测结果，及时进行二次灌浆，以弥补同步灌浆的不足。
4.7.1同步灌浆
同步灌浆是减少填补围岩与断面环缝后期变形的主要方法，也是盾构施工的重要环节。考虑到工作面或岩层局部坍塌造成的缺口，同步灌浆应及时、均匀、充分，尽量减少段间偏差，防止段间间接接缝渗漏。
4.7.2二次灌浆
盾构穿越裂隙破碎带时，同步注浆所填补的空隙可能会穿透岩石裂隙，但仍有一定的空隙，而且由于泥浆的收缩也可能形成地表变形，隐伏土层的侧向位移。因此，根据实际工作情况，第二次注浆前的前20环盾构需要进入断层带，后20环通过断层带形成止水环，保证地下水不被输入，防止隧道上浮。二次灌浆浆液可与水泥水玻璃混合，使液浆快速凝固。
5结论与建议
结合现场实际掘进参数统计数据，对本工程盾构施工进行简要分析，得出以下结论和建议：
（1）盾构掘进过程中，应严格控制隧道轴线偏差，盾构掘进机的方向由转向系统控制，同时进行人工测量和复核。如果发现轴线偏差过大，应根据偏差方向的变化趋势调整掘进参数。
（2）根据实际开挖情况，对盾构机的盾构头进行调整。当地面软硬时，刀盘应具有较强的抗冲击性和耐磨性。同时，在易磨损零件上镀合金层或耐磨板，可减缓刀盘的磨损速度。
（3）盾构机进入破碎区前，应安装止水环，沿破碎区每隔20-30环设置一个止水环，密封断面壁并进行液压连接。同时，根据现场实际情况和监测结果，及时进行二次灌浆，以弥补同步灌浆的不足。
（4）当发现隧道面临塌方或河床分解时，应立即降低切口水压，提高接近隧道裂缝面的砂浆质量，疏通排泥管，清理孵育时间，然后低速掘进。盾构通过后，及时同步注浆，增加注浆量。
（5）盾构掘进过程中，必须严格控制每环出渣量。当排渣量突然增加时，应立即检查泥浆水质和含水量。同时，要及时调查塌方情况，调整开挖参数，确保开挖面稳定。
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