賈劍虹

摘要：隨著地鐵建設的發(fā)展，盾構工法在地鐵建設中起到了越來越重要的作用。它的優(yōu)越性，實際上是得益于盾構機技術的發(fā)展，正所謂“工欲善其事，必先利其器”。在盾構機選型中刀具的選擇又是重中之重，要根據(jù)地質(zhì)情況選擇相匹配的盾構機，盾構機刀盤刀具布置是盾構機配置的最重要的部分。而刀具又屬于易磨損性消耗品，需要經(jīng)常進行更換，因為地質(zhì)條件客觀存在的復雜性，在實際施工過程中，若區(qū)間較長，需要進行開倉檢查刀具和換刀，確保盾構機能夠順利到達出洞，但盾構換刀時一般處于較為惡劣的環(huán)境，存在較大的安全風險。本文以實際案例廣州市軌道交通十四號線支線工程【施工5標】土建工程中盾構區(qū)間碰到的軟弱地層開倉檢查及換刀為例，對非常規(guī)開倉中的帶壓開倉法進行了介紹分析。

Abstract： With the development of subway construction， shield construction method has played an increasingly important role in subway construction. Its superiority is actually due to the development of the shield machine technology， and the so-called "workers must first sharpen their tools". In the selection of the shield machine， the choice of the tool is the most important. The matching shield machine should be selected according to the geological conditions. The cutter layout is the most important part of the shield machine configuration. The tool is also a wearable consumable and needs to be replaced frequently. Because of the objective complexity of the geological conditions， in the actual construction process， if the interval is long， it is necessary to open the warehouse to check the tool and change the tool to ensure that the shield machine can arrive the hole smoothly， but the shield tool replacing is generally in a relatively harsh environment， where there is greater security risk. In this paper， the actual case of the Guangzhou Rail Transit Line 14 branch line project [construction 5 standard] civil construction project in the shield section of the weak formation opening inspection and tool change as an example， the pressure opening method in unconventional opening in the open position was introduced and analyzed.

關鍵詞：盾構;帶壓開倉;軟弱地層;衡盾泥;穩(wěn)定保壓

Key words： shield;open position with pressure;weak stratum;balance shield mud;stable pressure holding

中圖分類號：U455.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）10-0148-04

1 ?項目概況

廣州市軌道交通十四號線支線工程【施工5標】土建工程項目造價6.748億元，施工內(nèi)容包括兩個盾構隧道區(qū)間（馬楓區(qū)間長1.87km、楓知區(qū)間長2.06km）、6個區(qū)間聯(lián)絡通道和兩個地下車站。雙線兩區(qū)間總長7.856km。如圖1所示。馬頭莊～楓下區(qū)間，起訖里程為支ZDK47+963.700～支ZDK49+834.700，區(qū)間左線全長1869m。區(qū)間掘進采用盾構法施工，采用的盾構設備為海瑞克土壓平衡式盾構機，刀盤直徑6280mm，主要配置滾刀、刮刀、齒刀。

馬～楓區(qū)間左線盾構在649環(huán)、797環(huán)、1044環(huán)已進行3次刀具更換，在1044環(huán)刀具更換后恢復掘進，目前已掘進至1228環(huán)，共掘進188環(huán)，其中通過了基巖爆破段，目前掘進處尚有部分基巖受場地條件影響未完全爆破，掘進過程中扭矩、推力逐漸變大、推進速度小，經(jīng)對土樣、掘進參數(shù)等綜合分析，因此在1228環(huán)（刀盤里程為ZDK47+982.370）處進行帶壓開倉檢查及刀具更換工作。

①本次開倉位于馬楓區(qū)間左線隧道里程ZDK47+982.370處，隧道正上方為村道、農(nóng)田、河涌;隧道正上方無其他管線和其他建（構）筑物。開倉位置及地面管線位置如圖2所示。②根據(jù)地質(zhì)詳勘及地質(zhì)補勘資料，馬楓區(qū)間左線盾構里程ZDK47+982.370停機開倉處隧道穿越地層為<7H>強風化花崗巖層、<8H>中風化花崗巖層，隧道上部覆土自上而下為：<1>素填土層（3.00米）、<3-2>中粗砂層（1.10米）、<5H-2>花崗巖硬塑殘積土（1.70米）、<6H>全風化花崗巖層（2.30米），隧道埋深約8.10米。③根據(jù)項目工期及以往項目的施工經(jīng)驗（參照表1），經(jīng)過經(jīng)濟技術分析、比選，我們決定選取帶壓開倉檢查、換刀的方案。④根據(jù)本次盾構停機位置（ZDK47+982.370）地層及水文地質(zhì)情況以及隧道埋深條件，隧道埋深8.10米，地下穩(wěn)定水位為0.5米，故本次開倉做作業(yè)擬設定壓氣作業(yè)工作壓力為0.85～1.0bar，最高不得超過1.2bar。

開倉位置地質(zhì)鉆孔位置如圖2所示;開倉位置地質(zhì)剖面如圖3所示。

2 ?帶壓開倉存在的困難和風險

①由于本段隧道上部主要為中粗砂層、殘積土層，地層情況及不穩(wěn)定易坍塌。②盾構停機周邊環(huán)境密封性差，保壓較為困難。③如何實現(xiàn)盾尾及螺旋機的密封，因盾構機停機較久，且出于保壓的目的，需要實現(xiàn)盾尾及螺旋機的密封。④確保掌子面穩(wěn)定性密閉，一旦出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)的情況，將對倉內(nèi)人員造成安全危害，并對地面周邊造成一定的安全風險。

以上幾個問題，均與如何實現(xiàn)盾構機土倉及周邊環(huán)境的保壓問題有關，因此如何實現(xiàn)盾構機在開倉檢查及換刀過程中的壓力穩(wěn)定與平衡，是本次開倉檢查及換刀能否成功的關鍵所在。

3 ?應對措施

由于本段隧道上部主要為中粗砂層、殘積土層，地層情況不穩(wěn)定。針對這些問題，我們在開倉前采取施做泥膜護壁的方式加強土層的穩(wěn)定性，采用盾構后部管片二次注漿施做止水環(huán)，衡盾泥漿液置換倉內(nèi)渣土。具體如下：

3.1 止水環(huán)施工

盾殼止水環(huán)采用同步注漿、管片背后二次注漿和盾體徑向注漿組合注漿方式。土倉保壓后對盾體外和盾尾管片進行注漿。利用盾構徑向注漿孔向盾體與圍巖間隙之間注入衡盾泥，形成止水密封環(huán)，堵住后部來水。在脫出盾尾后5環(huán)管片中做止水環(huán)。管片二次注漿注入雙液漿，在盾體外和管片形成密封止水環(huán)，保證后部來水不進入土倉，確保土倉壓力穩(wěn)定和周邊影響范圍內(nèi)地層穩(wěn)定。

3.2 地面封堵

附近地面進行過地質(zhì)勘察鉆孔，確保鉆孔密封完整。在停機后，精確在地面放樣刀盤位置，然后土倉施壓，檢查地面是否存在漏氣情況，發(fā)現(xiàn)漏氣，用雙液注漿封堵。

3.3 盾尾及螺栓機的密封

盾尾注入盾尾油脂→壓入衡盾泥（注入量約1-2m3，注入壓力1.22.0bar）;如果出現(xiàn)盾尾或盾尾后部管片漏氣，涌水現(xiàn)象，在盾尾后倒數(shù)第3環(huán)，第4環(huán)的3，9點以上的每一個吊裝孔打開，注入雙液漿止水環(huán)（雙液漿配比：水泥漿：水玻璃溶液=1：1），注入壓力控制在1.2-2.0bar，注入量在1-2m3，因管片背后空腔難以估計，因此最終以注入壓力進行控制，確保管片背后空腔填充密實，避免水通道形成，螺旋機通過檢查閘門密封及螺旋機中留置土塞的方式保證密封。

3.4 掌子面穩(wěn)定性密閉

掌子面密閉效果是直接關系到在本地層中帶壓開倉成敗的關鍵，本次主要采用衡盾泥制作泥膜護壁的方式進行掌子面的穩(wěn)定性密閉，泥膜護壁施工工藝及流程如下：

3.4.1 泥漿制作材料

泥膜護壁工法采用衡盾泥作為回填材料。衡盾泥具有如下特點：衡盾泥是一種以無機粘土為主要材料，通過改性后與增粘劑反應形成一種高粘度的觸變泥漿，具有良好的和易性和粘附性，在水中不易被稀釋帶走，成膜穩(wěn)定，附著力好。衡盾泥漿體泥膜護壁具有較好的時效耐用性，封閉保壓效果穩(wěn)定，能滿足保壓開倉作業(yè)的需要。

3.4.2 衡盾泥泥膜護壁工藝

①衡盾泥配制。

1）根據(jù)地層的地質(zhì)條件和掘進要求，選用適當粘度的衡盾泥漿體配比;

2）配制流程：稱重A組份→加入需用的水量→充分攪拌均勻（要求無結團微粒）→B組份與A組份漿體中按配比混合→泵送至土倉

A組份：水=1：2.0（漿體）;A組份：B組份=15：1

3）A液制作。衡盾泥A液泥漿可以在地面制作，也可以在隧道內(nèi)制作，攪拌均勻無顆粒狀，無干粉狀，無塊狀。

4）A液與B液混合。通過臺車上同步注漿罐，將A液與B液倒入臥式攪拌槽內(nèi)進行混合，A液放量不能超過臥式攪拌葉片的2/3高度，每次1-2m3，2min后目測達到效果。

②洗倉。

注入位置利用土倉隔板上部觀察孔，2點-10點以上孔位;當土倉內(nèi)填充飽滿后，亦可從超前注漿口和盾體徑向口進行補充注漿。

置換過程中，注入壓力設定為1.2bar，密切觀察土倉上部壓力變化，動態(tài)控制倉內(nèi)壓力，要求如下：

1）控制土倉上部壓力在1.2-1.5bar范圍內(nèi)，避免壓力過度波動擾動地層。2）當壓力超過1.5bar時，應暫停注入30min，觀察壓力變化，如30min內(nèi)壓力下降至1.2bar恢復壓漿。3）注入進行至一定程度后，土倉壓力基本穩(wěn)定，壓降較小，應打開螺旋機閘門適當排土，但應保證排土量與注入量基本平衡，并做好記錄。4）當螺旋機排土中，出現(xiàn)衡盾泥成分時，可慢速（0.1rpm）旋轉(zhuǎn)刀盤15-20°，再繼續(xù)壓漿。可以根據(jù)注入點位與出土口的相對位置關系自由選擇刀盤正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，刀盤旋轉(zhuǎn)方向，應保持該方向旋轉(zhuǎn)，直至土倉置換完成。5）當?shù)侗P旋轉(zhuǎn)一周后，且螺旋機出土連續(xù)為衡盾泥時，停止注入。6）注入過程中，如遇土倉壓力停止上升或者反降情況，或者注漿流量異常時，應低速轉(zhuǎn)動刀盤，促使衡盾泥與渣土混合，將大粒徑顆粒懸浮、裹攜、置換出來。7）置換完成后，可回縮推進千斤頂使盾構機后退5cm，便于更換刀具及在刀盤與掌子面之間建立5cm左右的泥膜。應控制刀盤的低速旋轉(zhuǎn)（刀盤轉(zhuǎn)速0.1r/min），在控制壓力穩(wěn)定的情況下，邊后退邊注入衡盾泥，促使加厚了刀盤前方的衡盾泥厚度及均勻度，形成“泥墻”。

③分級加壓。

為了使衡盾泥能更加有效的填充滲透，在排土壓氣前進行衡盾泥梯級加壓試驗。

1）本次衡盾泥壓入從1.2bar壓至1.8bar，共分四個梯次壓入，每個梯次的壓力為0.2bar，即1.0-1.2、1.2-1.4、1.4-1.6，1.6-1.8，每個梯級共兩個小時的動態(tài)注入，在每個梯級動態(tài)注入過程中刀盤要三次低速轉(zhuǎn)動（0.1轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)半圈），以保證注入和滲透的均勻性。2）當注入壓力達到1.8bar梯級的時候，進行12個小時的動態(tài)保壓（1.8bar）注入試驗，至少維持二個小時壓力不出現(xiàn)明顯下降（≤0.2bar），方可進行排土壓氣過程，注入過程中要記錄壓力變化情況及每次補注的時間與注入量。3）開倉作業(yè)前，應通過盾構機中前體之間的徑向孔及超前注漿孔再次補注衡盾泥材料，進一步填充施工間隙及加強衡盾泥滲透性，確保泥膜質(zhì)量。

3.5 保壓試驗及檢查措施

①保壓：止水環(huán)施工、地面封堵、盾尾及螺栓機的密封、掌子面穩(wěn)定性密閉泥膜施做完成后。對土倉進行保壓試驗：對土倉進行保壓試驗，保壓試驗8-12小時。試驗過程做好壓力變化記錄，壓力變化值20-30分鐘記錄一次，保壓全過程壓力變化應小于0.8bar。當出現(xiàn)大于0.8bar時必須重新施做泥膜，泥膜施做完成后，再次進行保壓試驗，直至保壓在穩(wěn)定的范圍止。

②在保壓過程中加強地面監(jiān)測和地面管線監(jiān)測。地面監(jiān)測范圍為開倉位置前后30米。保壓期間安排測量人員對刀盤所在的位置地面進行監(jiān)測，如刀盤正上方?jīng)]有監(jiān)測點，則進行布設加密監(jiān)測點，在刀盤正上方布設一個斷面的監(jiān)測點，前后每間隔5米加密一個斷面監(jiān)測點，并利用最近的地表監(jiān)測點進行監(jiān)測，監(jiān)測頻率由高至低，保壓時的監(jiān)測頻率為每小時兩次，4次的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化速率小于3mm時監(jiān)測頻率改為每小時一次，每個頻率的4次監(jiān)測數(shù)據(jù)變化速率小于3mm時，監(jiān)測頻率改為2小時一次。

保壓期間對地面和周邊情況加強巡視工作，檢查地面是否有漏氣現(xiàn)象，如有漏氣則進行注漿封閉。保壓期間對地面進行全時段巡視檢查，直至保壓試驗完成為止。

③地質(zhì)鉆探孔監(jiān)控及防護措施。在加壓、保壓施工過程中加強對地質(zhì)鉆孔進行監(jiān)控，檢查是否出現(xiàn)冒漿，是否出現(xiàn)漏氣，每30分鐘檢查一次，如出現(xiàn)冒漿、漏氣現(xiàn)象立即采取措施。如出現(xiàn)冒漿情況，保證土倉壓力，停止注漿，采取地面注雙液漿加固方式對鉆孔位置進行加固。完成后再加壓檢查。如出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，采用盾體注入衡盾泥進行封堵，封堵完成后，土倉加壓檢查是否還漏氣，如還是漏氣，采用地面注雙液漿方式對該孔位置進行加固。完成后再加壓檢查是否漏氣。

通過以上措施的實施，在盾構開倉檢查及換刀的過程中，盾構土倉的壓力始終穩(wěn)定的保持在1.2～1.5bar范圍內(nèi)，確保了周邊地層的穩(wěn)定，實現(xiàn)了安全順利的檢查及換刀工作。

4 ?本文小結

本文以廣州十四號線支線5標盾構區(qū)間施工為工程背景，對非常規(guī)開倉檢查、換刀中的帶壓開倉檢查及換刀進行分析，并認為如何實現(xiàn)盾構機土倉壓力的穩(wěn)定保壓是帶壓開倉能否成功的關鍵環(huán)節(jié)。因此本文重點對如何實現(xiàn)穩(wěn)定保壓的措施進行了介紹與分析，并重點介紹了衡盾泥的使用，并提出了自己的觀點，對同類施工有一定的借鑒作用。

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