劉 光， 徐萬春， 金 平

(1.中鐵四局集團(tuán)有限公司, 安徽合肥 230000; 2.中鐵四局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司, 安徽合肥 230022)

地鐵盾構(gòu)隧道施工中，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，尤其是卵石含量高、粒徑大的地層、軟硬相間混合地層中掘進(jìn)，易造成刀盤磨損，從而出現(xiàn)推力大、扭矩大、渣溫高、螺旋機(jī)出土不暢等狀況，需采取停機(jī)開倉檢查及更換刀具作業(yè)。盾構(gòu)開倉檢查及更換刀具的方式主要有常壓開倉和帶壓開倉兩種，常壓開倉一般都是在地層自穩(wěn)性非常好、地層滲透性小的環(huán)境下進(jìn)行；帶壓開倉一般是針對地層自穩(wěn)性較差、地層滲透性較大的復(fù)雜地層環(huán)境下進(jìn)行，類似全斷面砂層、富水?dāng)鄬悠扑閹А⒌[卵石地層、裂隙發(fā)育巖層、上軟下硬地層或地表環(huán)境復(fù)雜的敏感地帶等。目前類似工程領(lǐng)域建立泥膜主要采用的措施有土倉注入膨潤土形成泥膜法和采用衡盾泥建立泥膜法，但這些方法的使用針對復(fù)雜地層和敏感地表環(huán)境仍具有局限性：比如土倉注入膨潤土受限于泥膜的成膜性、強(qiáng)度、持久性及防水性；衡盾泥建立泥膜法受限工期及經(jīng)濟(jì)性。

因此為解決在強(qiáng)透氣、透水地層和敏感地表環(huán)境下，盾構(gòu)帶壓開倉保壓的安全、穩(wěn)定、持久且經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)新性研制出一種采用復(fù)合黏土混合漿液建立泥膜保壓盾構(gòu)帶壓開倉的方法。

1 工程概況

廣深地區(qū)盾構(gòu)隧道穿越地層復(fù)雜、多變、混合等變異性特點(diǎn)，易造成滯排、噴涌、結(jié)泥餅、刀具磨損等困境，需進(jìn)行常壓或帶壓開倉處理。

深圳地鐵10號線福田口岸站—福民站區(qū)間雙沿線920 m長度范圍，涉及上跨運(yùn)營線路、下穿運(yùn)營車站，下穿兩座居民小區(qū)4棟高層住宅樓，下穿兩處需進(jìn)行11次樁基托換的運(yùn)營高速公路橋(圖1)；穿越斷面地層主要分為四大類：I類為上半部為中粗砂、下半部為卵石土；Ⅱ類為上半部為卵石土、下半部為中、微風(fēng)化花崗巖；III類為上半部為全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，下半部為中、微風(fēng)化花崗巖；IV類為全斷面中、微風(fēng)化花崗巖(圖2)。

針對此復(fù)雜區(qū)間，項(xiàng)目部將進(jìn)行十余次的帶壓開倉作業(yè)，更換四百余把刀具，多次清理泥餅等工作。

圖1 福田口岸站—福民站區(qū)間線路平面示意

圖2 福田口岸站—福民站區(qū)間地質(zhì)縱斷面

2 施工技術(shù)原理

采用復(fù)合黏土混合漿液建立泥膜,選用膨潤土、高鈣材料(如消石灰)、復(fù)合黏土穩(wěn)定劑(如甲基纖維素)、水玻璃材料，按特定配合比(表1)拌制成的混合漿液，通過材料制作設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、盾構(gòu)機(jī)同步注漿系統(tǒng)、二次注漿設(shè)備、按照一定的工藝流程，將拌制物注入到盾構(gòu)機(jī)土倉，通過注入填充及擠壓、置換渣土、轉(zhuǎn)動刀盤攪拌及擠壓、逐級后退刀盤在盾體外壁和盾構(gòu)開挖掌子面前方建立有一定厚度、強(qiáng)度、防水性、持久性的保壓泥膜(圖3)。拌制及注入土倉過程，漿液具有良好的和易性和粘附性，通過往土倉中補(bǔ)充添加一定量的水玻璃經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬?，會形成一定稠度、粘附性、防水性的?fù)合黏土，通過開啟保壓系統(tǒng)，逐步排除倉內(nèi)復(fù)合黏土至便于人員進(jìn)倉作業(yè)為止。在倉內(nèi)空氣條件下，泥膜能持續(xù)發(fā)展強(qiáng)度。合格的復(fù)合黏土反應(yīng)時(shí)間為3～5 s，拌好后粘度高，揉捏無裂縫，遇水不散，水浸泡24 h后，水體微濁。

表1 復(fù)合黏土配合比與費(fèi)用

圖3 復(fù)合黏土用于泥膜護(hù)壁工藝效果

3 施工操作要點(diǎn)

施工工藝流程見圖4，具體分步說明不作詳細(xì)展開，施工操作過程中需要把握以下要點(diǎn)：

圖4 工藝流程

(1)計(jì)劃盾構(gòu)停機(jī)帶壓開倉前1～3環(huán)逐步釋放鉸接，將鉸接長度伸出100～150 mm，為后續(xù)刀盤后退形成泥膜預(yù)留空間。

(2)利用地面砂漿攪拌站制作膨潤土漿液(含有鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、消石灰、纖維素)，每次制作量6 m3通過隧道電瓶車漿車運(yùn)至隧道內(nèi)，漿液進(jìn)隧道后在電瓶車漿車內(nèi)攪拌3 min，然后利用電瓶車漿車砂漿泵抽3 m3至盾構(gòu)機(jī)砂漿罐中，防止空間不夠，攪拌不均。在盾構(gòu)機(jī)同步注漿箱中添加設(shè)計(jì)量1/3體積的水玻璃，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆蛐纬沙噬哉吵砀酄畹呐驖櫷粱旌蠞{液(圖5)。

圖5 同步注漿系統(tǒng)及攪拌液狀態(tài)

(3)根據(jù)注入土倉膨潤土混合漿液總量，核算需補(bǔ)充注入剩余2/3體積的水玻璃用量，采取二次注漿機(jī)間歇性補(bǔ)充注入水玻璃形成復(fù)合黏土混合漿液；觀察土倉壓力變化，扭矩波動情況；如若土倉壓力和扭矩相對穩(wěn)定，維持時(shí)間不少于1 h，即可啟動螺旋輸送機(jī)排出少量復(fù)合黏土混合漿液，取樣檢測性狀，如符合要求則進(jìn)行下一道工序，如不符合則重復(fù)上步操作(圖6)。

圖6 復(fù)合黏土混合漿液

(4)盾構(gòu)機(jī)砂漿罐內(nèi)儲備膨潤土混合漿液4 m3，開啟保壓系統(tǒng)，逐級退刀盤(每次控制在3～4 cm)，邊退刀盤邊注入膨潤土混合漿液和設(shè)定配比剩余2/3體積的水玻璃。每級退刀盤完成后啟動刀盤，刀盤轉(zhuǎn)速0.5 r/min，刀盤同方向轉(zhuǎn)動2 h，形成一級保壓泥膜，停機(jī)1 h觀察土壓壓力變化速率，相對穩(wěn)定(盾構(gòu)開倉設(shè)定壓力上下波動幅度控制在0.04 MPa/h)后即可進(jìn)入下級退刀盤。依次循環(huán)形成約10 cm厚的保壓泥膜。

(5)出土置換后，觀察土倉壓力變化情況，時(shí)間不少于1 h，同時(shí)保壓系統(tǒng)打開，刀盤不轉(zhuǎn)，每10 min測一次空壓機(jī)加卸載情況；若加載時(shí)間小于卸載時(shí)間，證明泥膜質(zhì)量滿足要求，土倉保氣性良好；加載時(shí)間小于卸載時(shí)間差值越大，表明掌子面穩(wěn)定性、泥膜質(zhì)量越好。若加載時(shí)間大于等于卸載時(shí)間，則證明泥膜建立失敗，需重新建立泥膜(圖7)。

圖7 盾構(gòu)機(jī)刀盤掌子面泥膜效果

4 應(yīng)用效果

4.1 成功率高

深圳地鐵10號線項(xiàng)目部進(jìn)行了16次帶壓開倉作業(yè)，5次常壓開倉作業(yè)；共計(jì)更換396把單刃滾刀、77把雙刃滾刀、38把刮刀，清理泥餅2次。采取復(fù)合黏土混合漿液建立泥膜保壓開倉15次，成功14次，失敗1次。

4.2 節(jié)約成本

采用復(fù)合黏土混合漿液材料價(jià)為791元/m3，衡盾泥材料價(jià)為3 350元/m3，實(shí)施過程衡盾泥生產(chǎn)廠家現(xiàn)場指導(dǎo)費(fèi)80 000元/次。結(jié)合盾構(gòu)機(jī)土倉容積及周邊地層松散空隙，渣土置換及制作約10 cm泥膜過程需往土倉內(nèi)注入約35 m3混合液；采用復(fù)合黏土混合漿液建立泥膜，帶壓開倉的材料費(fèi)約為27 685元；而采用衡盾泥建立泥膜，帶壓開倉的材料費(fèi)約為117 250元，技術(shù)指導(dǎo)費(fèi)80 000元。對比每次帶壓開倉可節(jié)約169 565元。

4.3 縮短工期

采用復(fù)合黏土混合漿液建立泥膜，正常需要1.5～2.5 d時(shí)間；采用衡盾泥建立泥膜，正常需要2.5～3.5 d時(shí)間。對比每次可節(jié)約1 d工期。

通過此方法建立的保壓泥膜，具有成膜性好、粘性大、穩(wěn)定性強(qiáng)以及強(qiáng)度高、隔水性和持久性好的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜地層和敏感地表環(huán)境下，連續(xù)帶壓開倉檢查及更換刀具作業(yè)。本方法成功應(yīng)用于廣佛城際φ8.8 m大盾構(gòu)、廈門地鐵等類似工況下的帶壓開倉作業(yè)；且此配比的材料可用于盾構(gòu)下穿建筑物的沉降控制，例如合肥地鐵5號線下穿既有地鐵、昆明地鐵4號線下穿既有地鐵、嘉興配水下穿既有民房、深圳地鐵10號線下穿既有居民小區(qū)；不僅如此，此配置的材料還可用于盾構(gòu)接收注漿止水，例如杭州地鐵5號線13標(biāo)段。本方法具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)束語

本文依托深圳地鐵10號線福田口岸站—福民站區(qū)間近距離連續(xù)上跨下穿多種建構(gòu)筑物工程，利用復(fù)合黏土混合漿液泥膜護(hù)壁工藝進(jìn)行了帶壓開倉作業(yè)。復(fù)合黏土混合漿液建立的泥膜是選用膨潤土、高鈣材料(如消石灰)、復(fù)合黏土穩(wěn)定劑(如甲基纖維素)、水玻璃材料，按特定配合比拌制成的混合漿液，應(yīng)用實(shí)踐證明，采用復(fù)合黏土混合漿液泥膜護(hù)壁不僅可以有效保證強(qiáng)透氣透水地層中帶壓開倉作業(yè)的安全性，還可提高開倉作業(yè)效率，縮短工期，節(jié)約成本。