盾构施工风险控制与实时监控系统的应用

1盾构施工风险控制

历时近3个月的盾构机组装与调试，天津西站至天津站地下直径线工程（简称天津地下直径线）的盾构机于2010年8月23日成功始发。在盾构机推进过程中，采用了严格控制盾构机掘进参数、泥浆指标、地面监测及机械设备维护与保养等主要措施，成功穿越了李叔同故居、海河、狮子林桥、金刚桥、滨水饭店、南运河、引滦入津纪念碑、明珠泵站、工业博物馆、语堂咖啡屋、慈海桥、35kV高压电缆，共计12个不同等级的风险点。其中穿越海河是极高风险点，盾构机开挖面的有效覆土仅为4m，开创了国内大直径泥水盾构施工的先河。

1.1盾构成功始发

盾构始发成功与否，将直接制约盾构的后续施工。在盾构始发前，相关部门组织技术人员讨论和制定施工方案，并召开了盾构始发专家会议，经过多方分析和论证，最终制定了全面、细致的盾构始发施工技术方案，内容涵盖始发端头加固、托架定位与安装、反力架及支撑系统的定位与安装、洞门密封装置安装、盾构机调试、负环管片安装、洞门凿除、盾构机始发推进、洞门防水施作及应急预案等施工技术措施。为力保盾构机成功始发，在端头加固中采用了全国史无前例的大直径硬咬合桩加固，为盾构机顺利始发及后续正常掘进奠定了坚实基础。

1.2盾构机掘进参数控制

在穿越风险点时，必须有效控制掘进参数，才能使盾构机平稳、安全地向前推进。经过综合分析和论证，盾构机穿越风险点时，刀盘转速控制在1.10rad/min左右，推进速度控制在18~24mm/min，同时通过控制推进系统的分区油压来准确调整盾构机姿态与设计轴线的偏差，并根据开挖面的覆土厚度准确地设置开挖仓压力值。

1.3泥浆指标控制

天津地下直径线隧道地层以黏土、粉质黏土为主，盾构机在黏土、粉质黏土地层中施工对泥浆指标要求很高。一旦泥浆的黏度及比重很大时，盾构机无法保证正常掘进速度，且掘进时间较长，刀盘扭矩过大，负荷过重，导致主驱动变频电机频繁跳闸，还会引起泥浆管堵塞等其他机械设备频繁故障。

在盾构机穿越风险点时，必须要制备出泥浆指标最好的浆液以满足盾构机正常推进。经分析研究，穿越风险点时，泥浆黏度控制为21-30s、比重控制为1.05-1.10g/cm3时，最适宜盾构机掘进，且施工效率高，设备故障率低。

1.4地面监测

盾构机通过风险点时，应增加每天地面监测频次和监测点数量，地面实时监测数据能反映盾构机在掘进过程中掌子面上方地面的沉降和冗起情况。盾构司机及时掌握地面监测信息后，可快速作出分析并调整掘进参数，最终达到控制施工风险的目的。

1.5机械设备维护和保养

天津地下直径线泥水盾构施工涉及的机械设备种类繁多，泥水盾构比土压盾构多了一套庞大的泥水处理系统和废浆处理系统。因此，施工中对这些机械设备进行定时定期的维护和保养是一项至关重要的工作，任何一台设备或一条线路出现故障，都会影响盾构正常施工，并导致一定的风险。在日常工作中，加强对机械设备的巡查和维护，把一切隐患消灭在萌芽状态，从而保证盾构穿越重大风险点时，将机械设备故障率降至最低。

2实时监控系统的应用

2.1实时视频监控系统

盾构隧道施工过程中，在多个重点风险源采用了实时监控措施，这些监控视频画面能实时传送到盾构机主控室及地面监控室，盾构司机和地面观察员可以对监控画面内的机械设备运行状况了如指掌。一旦在监控画面内发现设备故障，盾构司机能迅速作出反应，把设备损坏程度降至最低，并立即安排人员进行检修，以尽快恢复设备运转，提高盾构机掘进效率。

2.2实时数据监控系统

盾构机操作室安装了实时数据监控系统，盾构司机能通过数据监控系统浏览到盾构机掘进过程中的各项技术参数变化状况，包括刀盘转速、刀盘扭矩、主驱动功率、推进速度、推力、推进长度、泥水循环设备状态及注浆、注脂等各项技术参数。盾构司机根据这些参数的变化，可以分析出设备的运行情况，并进行实时调整，保证精准、稳定、安全地进行盾构掘进施工。

3结束语

天津地下直径线对盾构施工风险点进行了严格的控制，层层把关，在施工过程中认真研究各项技术参数，力求做到控制精确；实时监控系统的应用指导了盾构的顺利施工，为隧道贯通铺平了道路。