杜廣召

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

1 工程概況

廈門軌道交通2號線2標(biāo)一工區(qū)建湖區(qū)間隧道范圍內(nèi)在掘進(jìn)中遇到孤石，在盾構(gòu)下井施工前已采用地面爆破預(yù)處理方案進(jìn)行提前處理，但由于地面條件限制和其它原因造成部分孤石沒有處理徹底。此前，國內(nèi)尚無土壓平衡盾構(gòu)在上軟下硬地層遇到孤石直接通過的施工經(jīng)驗，均采取地面爆破或開倉人工處理方式，而地面爆破和開倉處理孤石因其施工條件限制，耗時長、經(jīng)濟(jì)效益極低，且無法確保孤石處理的施工安全。施工措施采用土壓平衡盾構(gòu)在軟土地層遇到孤石的盾構(gòu)施工，對地鐵施工起到了重要保障，盾構(gòu)掘進(jìn)突遇孤石如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)掘進(jìn)突遇孤石

2 工法施工工藝特點分析

（1）采用衡盾泥護(hù)壁氣壓開倉技術(shù)，可降低施工安全風(fēng)險，保障地面建筑物安全。

（2）根據(jù)掘進(jìn)地質(zhì)的性質(zhì)及刀具鋼材的性能針對性的優(yōu)化刀具配置，更換新型鑲嵌合金刀可提高破巖滾刀抗沖擊能力提高刀具具強度，有利于加強盾構(gòu)機(jī)刀具沖擊破巖效果。

（3）盾構(gòu)可直接通過孤石段，無需花費大量人力物力借助輔助措施去處理基巖凸起及孤石。

（4）優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)參數(shù)，可降低刀盤磨損，利于盾構(gòu)順利掘進(jìn)。

（5）工藝原理。

盾泥護(hù)壁氣壓開倉技術(shù)通過向盾構(gòu)機(jī)土倉內(nèi)逐級壓注通過向土倉采用分級加壓壓注提高了盾構(gòu)帶壓開倉的安全性能保證氣壓開倉作業(yè)安全。根據(jù)掘進(jìn)地質(zhì)的性質(zhì)及刀具鋼材的性能針對性的優(yōu)化刀具配置，更換新型鑲嵌合金刀可提高破巖滾刀抗沖擊能力提高刀具強度，有利于加強盾構(gòu)機(jī)刀具沖擊破巖效果。通過采用鑲嵌楔形合金刀切削沖擊破碎孤石。

3 盾構(gòu)掘進(jìn)突遇孤石問題分析

3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)突遇孤石

孤石區(qū)占49%，巖石強度為120～180MPa，建湖區(qū)間盾構(gòu)進(jìn)入孤石區(qū)前，破巖滾刀主要選取的是進(jìn)口龐萬力制造的原裝盤形滾刀，刀具全部被孤石磕碰缺口、刀圈斷裂、刀具軸承損壞及刀具偏磨，此時就必須拆除更換。

3.2 刀圈斷裂刀具偏磨

后期經(jīng)過討論與實驗，選用鑲齒滾刀后，刀具順利通過了孤石區(qū)、上軟下硬地區(qū)。特別是在盾構(gòu)掘進(jìn)314環(huán)處時盾構(gòu)開倉發(fā)現(xiàn)了前方存在一直徑約2～3m的孤石，通過采用鑲嵌合金齒滾刀順利通過該處，后期孤石區(qū)掘進(jìn)完成后開倉檢查發(fā)現(xiàn)整盤刀具除局部均磨外無其他磕碰損壞現(xiàn)象。

4 楔形合金齒刀特點和原理

4.1 楔形合金刀特點

在切削巖石強度差異較大的孤石掌子面時，刀圈易碎裂孤石，貫入至孤石體內(nèi)，和相鄰刀具刀圈作用通過刀具荷載和轉(zhuǎn)動力使孤石龜裂，而不至于同僅安裝普通刀具的刀盤一樣在孤石表面摩擦帶動孤石在土倉內(nèi)旋轉(zhuǎn)，楔形合金齒刀擠壓壓破巖狀況滾刀破巖原理示意圖如圖2所示。

圖2 楔形合金齒刀擠壓壓破巖狀況滾刀破巖原理

4.2 壓柱式楔形合金刀特點

建湖區(qū)間孤石區(qū)掘進(jìn)刀圈崩裂脫落、刀具缺口、采用楔形鑲齒刀圈，足夠高的硬度，增加耐磨性，減少刀圈磨損增大了滾刀附著力，減少滾刀偏磨；其壽命是鋼刀圈的3～5倍。

4.3 施工材料

主要施工材料見表1。

4.4 質(zhì)量保證措施和盾構(gòu)施工安全保證

4.4.1 質(zhì)量保證措施

滾刀刀圈硬度選擇為鎢鈷硬質(zhì)合金，刀體硬度HRA85-88之間，厚度在19～22mm的圓弧刀刃，刀刃采用鑲嵌式的合金齒。

表1 主要施工材料

刀具更換完成后采用風(fēng)動扳手復(fù)緊使刀具螺栓擰緊度達(dá)到要求，必要時人工使用敲起板手緊人工復(fù)緊監(jiān)測。

4.4.2 構(gòu)施工安全保證

（1）作業(yè)人員必須清楚了解隧道內(nèi)施工全過程。

（2）對盾構(gòu)機(jī)定期進(jìn)行保養(yǎng)，對電瓶車、盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)定期進(jìn)行檢查，保證設(shè)備安全性。

（3）對隧道內(nèi)運輸作業(yè)進(jìn)行專門交底，制定專門運輸管理規(guī)定和應(yīng)急預(yù)案，定崗定責(zé)，加強隧道內(nèi)施工管理。運輸作業(yè)嚴(yán)格按方案中速度行駛，不得緊急制動。

（4）晚間作業(yè)，要有充足的燈光，監(jiān)護(hù)人員要密切注意作業(yè)全過程。

（5）按頻率嚴(yán)格進(jìn)行地面監(jiān)控測量，隨時反饋監(jiān)控信息，控制地面沉降，保證地面建筑物安全。

4.4.3 環(huán)保措施

自然環(huán)境保護(hù)、環(huán)境衛(wèi)生。對施工場地進(jìn)行詳細(xì)測量，編制出詳細(xì)的地表監(jiān)測布置圖，盡量不破壞原有的植被、管線，保護(hù)自然環(huán)境。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

采用楔形合金刀穿越孤石區(qū)施工工法施工工藝既保證了工程質(zhì)量和施工安全，同時降低了刀具消耗，最大程度上縮短的孤石處理時間加快了施工進(jìn)度，建湖區(qū)間提前1個月完成隧道貫通，直接降低成本約200萬元（孤石處理費用）。主要經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

廈門地鐵2號線1標(biāo)一工區(qū)建湖區(qū)間節(jié)支總額約200萬元（節(jié)約帶壓人工費60萬元，節(jié)帶壓約料費20萬元，刀具材料費100萬元，節(jié)約交通協(xié)調(diào)費20萬元），新增利潤200×0.85=170萬元，新增稅收200×0.15=30萬元。

工法施工工藝施工工藝在廈門市地鐵施工中的成功應(yīng)用，實現(xiàn)了盾構(gòu)在密集孤石地層中的首次突破，對廈門市地鐵線路設(shè)計優(yōu)化有重大的指導(dǎo)意義，因其而產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。

5.2 社會效益

在廈門地鐵2號線各標(biāo)段盾構(gòu)掘進(jìn)施工中其他單位在類似孤石地段頻繁更換刀具、大量投入人力物力進(jìn)行孤石處理，本項目憑借這一技術(shù)，盾構(gòu)機(jī)安全、快速的通過了密集孤石地層，獲得業(yè)內(nèi)人士的高度評價，該技術(shù)已被廣泛推薦使用，并為類似地層條件下盾構(gòu)施工提供了借鑒和參考。

6 應(yīng)用案例

6.1 廈門地鐵2號線建-湖區(qū)間

該工法施工工藝主要用于孤石區(qū)占49%巖石強度為120～180MPa，通過采用工法施工工藝施工工藝妥善解決了盾構(gòu)在富水密集孤石地層掘進(jìn)過程中刀具極易損壞開倉換刀頻繁的難題，順利完成了盾構(gòu)在密集孤石群下的穿越，縮短施工周期近1個月。

6.2 廈門地鐵2號線育-呂區(qū)間

廈門地鐵2號線育呂區(qū)間位于于廈門市中心城區(qū)，盾構(gòu)區(qū)間穿越地層孤石占比量高、項目自盾構(gòu)施工以來頻繁更換刀具，盾構(gòu)掘進(jìn)困難，多次遇見地層不穩(wěn)定開倉難的難題。2018年8月，經(jīng)研究，該項目采用了工法施工工藝施工工藝的關(guān)鍵技術(shù)目前盾構(gòu)左線已安全順利到達(dá)，右線剩余150環(huán)貫通。期間盾構(gòu)順利穿越孤石區(qū)20處確保了施工工期和施工質(zhì)量，產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)束語

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)采用楔形合金刀穿越孤石區(qū)施工工法施工工藝既妥善解決了盾構(gòu)掘進(jìn)過程中刀具易損壞開倉頻繁的難題，并有效增大了刀具的使用里程，最大限度的降低了施工中換刀作業(yè)的風(fēng)險，縮短施工周期，推廣應(yīng)用會產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。