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摘要：本文就某铁路工程大直径泥水盾构在软硬不均地层施工管理、存在问题及技术措施，通过系统技术研究，对过程如何进行技术管控进行阐述分析，以推进大直径泥水盾构施工技术发展。
关键词：铁路隧道；泥水盾构；软硬不均
本文选择某铁路隧道作为分析对象，该隧道采用13.61米大直径泥水盾构进行掘进，隧道全长4900m，属于铁路特长隧道。盾构设计为单洞双线，隧道内径12米。
1 地质特点
土岩段隧道顶部为淤泥，底部为微风化砂岩；软硬岩段隧道顶部为强风化砂岩，底部为微风化砂岩，微风化砂岩最大侵入隧道12.9m。根据岩石抗压试验统计结果，微风化岩天然抗压强度平均值为77.7MPa，岩石RQD=78%。此段隧道埋深约24.21m～36.6m，地表环境为农田和果园，地下无管线分布。地质情况见图所示。
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图1 软硬不均地质示意图
2 技术管理思路
（1）参数管理：掘进参数以“高转速、控扭矩、适推力、保注浆、勤监测、控姿态”的思路进行控制，适当提高刀盘转速，以贯入度为基准参数，严格控制扭矩和刀盘挤压力，过程中对每一环掘进参数进行详细统计分析，便于指导后续掘进。
（2）刀具管理：值班人员和主司机时刻关注刀具旋转监测、温度检测和磨损检测，当其中任意数据发现异常，立即停机对刀具进行检查与更换，过程做好各项数据记录。
（3）泥浆管理：加强泥浆性能检测和颗粒分析，根据检测和实验数据，探索与地层相适应的泥浆性能指标，确保泥浆携渣能力和保证开挖面的稳定。
（4）注浆管理：每环注浆量以地表沉降情况动态调整，通过泵击次数和注浆压力双向控制注浆方量。
3 掘进参数管控
（1）泥仓压力：软硬不均段地面埋深为23.1～36.5m，泥水仓内压力控制和及时调整是本盾构掘进的重点，压力过低造成地表沉降，地下水流入仓内，导致液位上涨，严重这造成地表塌陷；压力过大造成地表隆起或者击穿。根据隧道覆土深度将每环的土仓压力进行了计算和明确，掘进过程中泥水仓压力每环隧道埋深上，提高0.2bar，即2.41～3.75MPa，保持均匀性，波动范围±0.1bar范围之内，防止忽高忽低。
（2）刀盘转速：刀盘转数过小导致刀具切削的泥土堆积在出渣口处，容易造成携渣口堵塞，影响出渣；转速过大会加剧刀具异常损坏。盾构设计最高刀盘转速为3.2rpm/min，在软硬不均段掘进刀盘转数基本保持在2.4rpm/min。
（3）扭矩控制：掘进过程中密切关注刀盘扭矩波动情况，通过改变刀盘转向、优化泥浆性能参数及过程中加强泥浆循环等措施，及时将刀具切削的渣循环至地表，以控制刀盘扭矩波动。
（4）推力控制：配置滚刀承受轴力有限，在掘进过程中若推力过大，使刀具受到地层的挤压力过大，导致刀轴损坏，故在掘进过程中必须时刻关注刀盘总挤压力，严格控制掘进推力。
（5）泥浆管控：软硬不均段地层为淤泥、全风化砂岩和弱风化砂岩，在此段掘进中，泥浆比重可适当提高，以提高其携渣能力，但不宜过大，以免因泥浆比重过大造成刀具、泥浆管路二次磨损及排渣困难等现象。
（6）地表沉降：地表沉降由第三方监测人员每天进行监测后，交于主机室、工程部及土木总工，工程部分析原因交付土木总工审核后对值班技术人员下达指令，对掘进参数、注浆参数进行优化调整，若地表沉降较为严重，启动管片壁后二次注浆等措施，确保沉降满足要求。
4 存在的问题
（1）低速掘进
盾构进入软硬不均段前期，掘进速度由20mm/min降至7mm/min，每环平均用时7h，后期采取一些措施，但速度仍保持在12mm/min，严重影响施工进度，施工风险较大。
（2）仓内滞排
盾构在掘进过程中出现扭矩持续上升，仓内液位急剧上涨，每环必须多次停止掘进进行换向循环出渣5～10min，增加了掘进时间。
（3）刀具磨损严重
盾构在软硬不均段刀具磨损严重，最大磨损量达30mm，过程常压检查、更换刀具累计近200把，严重影响施工进度。
5 掘进分析及对策
（1）提高转速，碴土快速通过出碴口
刀盘设计最高转速3.2rpm/min，逐步将刀盘转数由1.4 rpm/min提高至2.4 rpm/min，通过提高刀盘转速及后退刀盘，促使碴土快速搅拌，使其在开挖仓中尽可能呈悬浮状态，减少底部积碴和碴位过高的风险，促使碴土快速通过出碴口。
（2）优化泥浆性能，提高泥浆携渣能力
软硬不均段主要地层为强风化和微风化的泥质砂岩，若进浆比重过大，加剧泥浆泵的负荷，排浆流速减小，导致泥浆携碴能力降低；通过适当减小泥浆比重，既能减小泥浆对管路磨损又能减小泵的荷载，减少大颗粒石块沉积，有利于携碴、排碴。
（3）加大刀盘面板冲刷
刀盘在制造过程中，分别在面板中心、刀盘主壁及携渣口位置共设计了27个冲刷孔，为了防止卸渣槽再次堵塞，在掘进过程不间断循环进行面板冲刷。
（4）加强换刀培训及演练
针对频繁常压检查与更换刀具，每班组建换刀小组并购置常压更换刀具训练仓，继续组织人员培训与实际换刀演练。通过过程中的培训和实战演练，换刀技术已相对比较娴熟，提高了整个换刀效率。同时利用设备维修时间，对将要检查与更换的刀具进常压检查。
（5）进仓检查，准确判断掘进状态
为进一步掌握实际情况，进行了带压进仓作业，主要对掌子面地层、卸渣槽积渣情况、刀具磨损监测装置、刀具、管路、传感器、破碎机、格栅等进行了检查。检查发现携渣孔多处被沉渣堵塞，导致刀具切削下的渣土被堵在泥水仓内，大量渣土无法到达出渣口，致使刀盘扭矩逐渐增大。
经过开仓对携渣槽清理后，需换向出渣次数明显减少，刀盘扭矩明显下降，速度基本保持12mm/min左右，扭矩由9000KNm降低为4900KNm，仓内滞排现象基本得到解决，掘进状态的明显好转。
（6）加强设备维修与保养
为了确保盾构机及配套设备处于正常运转状态，减少因设备故障而紧急停机频率，项目实行以日常保养为主，定期维修保养为辅，充分利用常压检查及更换刀具时间对设备进行维修与保养。
盾构维修保养，遵循“养修并重，预防为主”原则。依开展设备诊断及监测状态为基础，采取日常保养、停机检查刀具期间、定期保养及强制保养结合方式进行。维保工程师及盾构主司机每天对设备运转情况进行巡检，及时发现故障隐患，做好防预性保养。在维修与保养过程中，相关人员必须做好记录。
结论
大直径泥水盾构在大埋深、高水压、强透水复合地层中施工，需根据实际遇到问题采取不同措施，以保证盾构安全平稳推进。
在软硬不均段掘进时，推力和转速不易过大，“保护刀具完好和控制地表沉降”是掘进管理的重点。加强设备保养及工序衔接管理工作；对于过程中异常问题要由准确的判断，并及时的进行处理，不能盲目掘进，盾构施工必须求稳。
大直径泥水盾构掘进是未来地下工程的一种趋势，因安全风险高、施工难度大、地质复杂，施工工艺不具备复制性，施工技术体系需进一步完善，探索大直径盾构施工技术任重而道远。