張虎 于興國(guó)

1中國(guó)建筑第八工程局有限公司 江蘇 南京 210000 2中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018

0 引言

由于我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，盾構(gòu)受困問題始終伴隨著盾構(gòu)施工，如何快速、安全、經(jīng)濟(jì)地事先盾構(gòu)脫困，一直是盾構(gòu)隧道施工研究探討的重要問題。以軌道交通區(qū)間盾構(gòu)隧道為例，經(jīng)常發(fā)生臨近端頭加固區(qū)發(fā)生盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩過大、發(fā)生跳停，刀具磨損嚴(yán)重，急需進(jìn)行換刀作業(yè)現(xiàn)象。特別是在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地下水豐富的區(qū)域，給換刀作業(yè)帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響作業(yè)人員的人身安全。黃平華針對(duì)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中發(fā)生地質(zhì)突變，刀盤被黏土糊住，通過帶壓開倉(cāng)進(jìn)行清理方式解決。賈璐等人通過理論計(jì)算得出盾構(gòu)脫困所需的最小阻力，并在盾體超前注漿和盾體外注入優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土方式解決盾構(gòu)機(jī)脫困問題。但并沒有在周邊地下環(huán)境復(fù)雜的地方脫困的案例，本文針對(duì)南寧軌道交通1號(hào)線白蒼嶺站～火車站區(qū)間泥水盾構(gòu)機(jī)在臨近端頭切削地連墻時(shí)發(fā)生刀盤跳停，掘進(jìn)速度幾乎為零現(xiàn)象，從而造成盾構(gòu)機(jī)被迫停機(jī)一個(gè)月，著重從設(shè)備、地質(zhì)及地下周邊環(huán)境和爆破脫困等方面介紹了脫困技術(shù)。

1 工程概況

南寧軌道交通1號(hào)線白蒼嶺站～火車站區(qū)間長(zhǎng)度為1200m，沿途下穿南寧老城區(qū)密集老舊建構(gòu)筑物、南寧鐵路14條股道及站房。根據(jù)區(qū)間地質(zhì)勘查報(bào)告，火車站盾構(gòu)到達(dá)端頭地質(zhì)從上至下為素填土、粉質(zhì)粘土、粉土、卵石、圓礫、泥巖等地層，隧道斷面上部為粉細(xì)砂地層，下部為圓礫透水層。地下水主要賦存于圓礫、卵石及砂土層中，屬孔隙松散巖類水，水量豐富。

隧道埋深約16m，脫困處頂部存在人防工程，人防工程結(jié)構(gòu)頂板厚度為500mm，覆土厚度1200m，盾構(gòu)機(jī)接收采用鋼套筒密閉接收。

盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)至切口里程ZSK15+555.392，對(duì)應(yīng)刀盤里程ZSK15+556.172（此時(shí)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)802環(huán)，油缸伸長(zhǎng)量550mm，刀盤刀具已嵌入車站連續(xù)墻300mm）處時(shí)，刀盤扭矩增大至5MNm，速度為1mm/min以內(nèi)，連續(xù)推進(jìn)4日，平均每班推進(jìn)僅為10mm左右。盾構(gòu)機(jī)被迫停機(jī)。停機(jī)處連續(xù)墻設(shè)計(jì)采用標(biāo)號(hào)C35混凝土，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土為46MPa。連續(xù)墻厚1000mm，安裝接收鋼套筒前將連續(xù)墻洞門鑿除約300mm，剩余連續(xù)墻厚度約700mm靠盾構(gòu)刀盤磨通，目前盾構(gòu)刀盤已磨掉300mm，剩余約400mm。連續(xù)墻的另外一側(cè)已經(jīng)安裝接收鋼套筒，并填滿水和砂，進(jìn)行了密閉實(shí)驗(yàn)，均達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。平縱面位置見下圖：

圖1 盾構(gòu)機(jī)刀盤與連續(xù)墻位置關(guān)系圖

2 原因分析

由于該區(qū)間存在半數(shù)以上里程盾構(gòu)機(jī)穿越區(qū)域?yàn)槟鄮r地層，勢(shì)必對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具造成一定的磨損。此前其他標(biāo)段事先發(fā)生類似現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)判斷，部分刀具磨損嚴(yán)重功能失效，特別是線速度大的周邊刀具，決定開倉(cāng)檢查和更換刀具。

3 開倉(cāng)方案

為檢修及更換受損刀具，使盾構(gòu)機(jī)能夠順利出洞接收，綜合考慮開倉(cāng)點(diǎn)掌子面情況、地質(zhì)條件、地面施工場(chǎng)地限制及工期要求，決定采取開倉(cāng)檢查換刀。

3.1 方案推薦

考慮到盾構(gòu)機(jī)所在位置上方存在人防工程，該人防工程室內(nèi)凈高3.9m頂板厚500mm，底板厚400mm，實(shí)際調(diào)查過程中揭露地板厚度大于400mm，甚至達(dá)到1500mm。給降水井的施工帶來(lái)很大施工難度，同時(shí)降水井周邊環(huán)境較為復(fù)雜，緊鄰南寧火車站及多處老舊建構(gòu)筑物，采用降水施工可能會(huì)產(chǎn)生建筑物沉降產(chǎn)生開裂，從而致使施工工期較長(zhǎng)。

綜合考慮采用帶壓開倉(cāng)方案。

3.2 帶壓開倉(cāng)風(fēng)險(xiǎn)分析

由于已經(jīng)嵌入接收端頭連續(xù)墻300mm，前方掌子面相對(duì)比較安全，主要風(fēng)險(xiǎn)位置是前盾切口環(huán)與刀盤剩余部分（未嵌入連續(xù)墻部分）形成的與外界土體直接接觸的環(huán)形區(qū)域。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，此位置地層穩(wěn)定性較差，透水性強(qiáng)，開倉(cāng)后存在一定的危險(xiǎn)。主要風(fēng)險(xiǎn)有如下幾點(diǎn)：

1）切口環(huán)及刀盤側(cè)面產(chǎn)生涌水涌砂導(dǎo)致土體坍塌風(fēng)險(xiǎn)

2）泥膜護(hù)壁失效，造成倉(cāng)內(nèi)失壓

3.3 開倉(cāng)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

1）采用優(yōu)質(zhì)泥漿分批次建立有效的泥膜，并進(jìn)行保壓試驗(yàn)，保壓時(shí)間符合規(guī)范要求，確保盾構(gòu)機(jī)上方土體穩(wěn)定，不發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象。

2）有效的建立泥膜，同時(shí)采用無(wú)油空壓機(jī)往倉(cāng)內(nèi)輸送空氣，確保開挖倉(cāng)氣壓穩(wěn)定。

3）在793～799環(huán)通過同步注漿系統(tǒng)補(bǔ)充注漿，在盾尾795～799環(huán)范圍內(nèi)通過管片注漿孔二次補(bǔ)漿，保證填充密實(shí)，確保隧道后方的的水不再流向開挖倉(cāng)內(nèi)。

4）人員進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)先對(duì)刀盤上方環(huán)形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行臨時(shí)封堵，確保掉落的渣土不會(huì)直接接觸到倉(cāng)內(nèi)作業(yè)人員身體。

4 刀具檢查及換刀

4.1 刀具布置

刀盤刀具由16把單刃滾刀、24把撕裂刀、46把刮刀（含8把邊緣刮刀）、16把焊接撕裂刀組成。

4.2 刀具檢查

進(jìn)倉(cāng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具進(jìn)行了全面的檢查發(fā)現(xiàn)：刀盤周圈約30cm寬區(qū)域內(nèi)的刀具及刀座磨損嚴(yán)重，刀具更換困難，主要集中在#28～#32滾刀軌跡上。

同時(shí)，在此部位的連續(xù)墻上形成了半圓柱狀環(huán)向混凝土凸起，寬約300mm，高約200mm。其中一刮刀具磨損如下圖所示：

圖2 ：邊刮刀磨損情況

圖3 刀盤與連續(xù)墻平面位置關(guān)系圖（凸起為混凝土半圓柱）

5 對(duì)突起混凝土處理措施

5.1 鉆孔

作業(yè)人員進(jìn)入開挖倉(cāng)后，在不轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤的情況下，采用風(fēng)鉆在-1m液位以上刀盤幅臂空擋的混凝土凸起上鉆孔，先鉆腰部部分，再鉆頂部部分。

5.2 布孔形式

鉆孔形式：孔徑42mm，沿凸起部位環(huán)向布置兩排鉆孔，孔間距200mm，排距為1/3柱寬，孔深300mm，里外兩排孔呈梅花形布置。

5.3 鉆孔中塞入膨脹劑進(jìn)行爆破

配制好膨脹劑，預(yù)先在倉(cāng)外模擬試驗(yàn)，將膨脹時(shí)間控制在8～10小時(shí)。全部鉆孔完成后，將膨脹劑裝入防水條狀塑料袋，之后將裝有膨脹劑的塑料袋，由腰部至上端逐條塞入鉆孔。

6 結(jié)論與建議

1）泥水盾構(gòu)機(jī)在切削地下連續(xù)墻的過程中，主要是由于邊緣刮刀形成凹槽，在地下連續(xù)墻上形成凸起，造成盾構(gòu)機(jī)其余刀具進(jìn)行空轉(zhuǎn)，無(wú)法向前推進(jìn)。建議停機(jī)檢查刀具并進(jìn)行更換。

2）刀盤已經(jīng)嵌入地連墻300mm，盾構(gòu)機(jī)頂部存在人防工程，且臨近南寧火車站站房，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，采用降水施工加常壓開倉(cāng)難度較大，且周期較長(zhǎng)。建議采用帶壓開倉(cāng)。

3）凸起混凝土的處理采用鑿除的方法在有限空間內(nèi)操作難度大，建議采用膨脹劑爆破的方式。

4）通過帶壓開倉(cāng)，在更換邊刮刀的同時(shí)，也更換了8把滾刀、2把撕裂刀，按照低扭矩及低轉(zhuǎn)速，慢速掘進(jìn)。