龍建平LONG Jian-ping

（中國水利水電第七工程局有限公司，成都 611730）

1 工程概況

1.1 工程概況

福州地鐵6 號線3 標(biāo)段工程濱海新城站～壺井站區(qū)間（簡稱濱～壺區(qū)間）盾構(gòu)右線掘進(jìn)至543 環(huán)時，刀具磨損嚴(yán)重，需進(jìn)行換刀處理。盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置上方有建筑結(jié)構(gòu)一座（拆除部分結(jié)構(gòu)），鄰近河流。區(qū)間隧道處于富水上軟下硬地層，位置隧道埋深12.4m，地下水系發(fā)育，開倉換刀施工難度極大。盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置環(huán)境圖、盾構(gòu)機(jī)與周邊房屋、河流平面關(guān)系圖如圖1、圖2。

圖1 盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置環(huán)境圖

圖2 盾構(gòu)機(jī)與周邊房屋、河流平面關(guān)系圖

1.2 盾構(gòu)近期掘進(jìn)參數(shù)分析

2018 年10 月19 日進(jìn)行右線第一次開倉換刀，位于微風(fēng)化全斷面基巖層，更換刀具單刃滾刀26 把，雙刃滾刀3 把，合計29 把。盾構(gòu)掘進(jìn)上軟下硬地層11m，全斷面基巖掘進(jìn)13m，合計24m。

2018 年10 月29 日進(jìn)行右線第二次開倉換刀，位于上軟下硬基巖層加固區(qū)內(nèi)，更換刀具單刃滾刀10 把，雙刃滾刀1 把，合計11 把。盾構(gòu)掘進(jìn)全斷面基巖掘進(jìn)12m，上軟下硬地層16m，合計28m。

2018 年11 月10 日上午7：00，區(qū)間右線拼裝至545環(huán)時，距離第二次開倉換刀位置31m，參數(shù)發(fā)生變化，盾構(gòu)總推力、刀盤扭矩、渣土溫度呈遞增趨勢，掘進(jìn)速度呈遞減趨勢。其中，盾構(gòu)總推力最大值為1501T，刀盤扭矩最大值為2643kN·m，渣土溫度最大值為55℃。且在掘進(jìn)時參數(shù)變動較大，初步判斷刀具磨損嚴(yán)重，具體統(tǒng)計見圖3～圖5。

圖3 推進(jìn)速度

圖4 總推力

圖5 渣土溫度

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

區(qū)間隧道穿越地層為雜填土、含泥中細(xì)砂、淤泥質(zhì)土、中粗砂、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖；盾構(gòu)穿越地層埋深15.0～21.1m，主要為中、微風(fēng)化花崗巖，濱～壺區(qū)間右線局部地質(zhì)縱斷面圖如圖6 所示。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中遇到的微風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度較高，巖石強(qiáng)度最大到達(dá)123MPa，對刀盤刀具造成磨損及損壞。

圖6 停機(jī)位置隧道地質(zhì)橫剖面圖

區(qū)間地下水按賦存方式分為地表水、地下水、第四系松散巖類孔隙水和巖裂隙水，范圍內(nèi)及周邊分布有河涌、魚塘，砂層較發(fā)育，地表水與地下水存在水力聯(lián)系。

3 開倉換刀整體思路

本次盾構(gòu)機(jī)換刀擬采用填倉（砂漿）+深孔注漿（地表）加固后常壓開倉換刀，在地表深孔注漿加固前，先進(jìn)行防止包裹、砂漿置換土倉渣土；再施作盾尾止水環(huán)，上述工作完成后，再進(jìn)行地表注漿加固，采用后退式注漿，加固漿液為AB 液（水玻璃+磷酸）和AC 液（水泥+水玻璃）；最后常壓開倉換刀，帶壓清理刀盤開口，工序見圖7。

圖7 盾體徑向孔注膨潤土工藝流程圖

深孔注漿加固和土倉內(nèi)砂漿置換填倉的原因如下：

3.1 地表深孔注漿

是通過地面加固，使刀盤周圍土體固化穩(wěn)定，增強(qiáng)掌子面穩(wěn)定[1]。地面注漿采用WSS 加固，漿液為A 液和B 液（或C 液），兩種漿液充分混合，固定的流量和壓力，使土層孔隙充滿漿液后凝固。

3.2 砂漿填倉目的

隔離土倉與掌子面，在刀盤前方形成一道保護(hù)層，同時，通過刀盤旋轉(zhuǎn)及土倉壓力將砂漿填充至松軟土層，到達(dá)穩(wěn)定掌子面的目的[2]。

4 開倉前準(zhǔn)備工作

本次開倉作業(yè)地面采用地表深孔注漿加固方式+砂漿填倉進(jìn)行地層加固處理。

4.1 盾殼外注膨潤土保護(hù)

通過每個徑向孔注入膨潤土填充盾體外部空隙，防止盾體被裹住，膨潤土粘度應(yīng)大于60s。注入時，左右兩側(cè)需注入飽滿，每孔注入量控制在1.0～1.4m3左右，在砂漿填充土倉及地表深孔注漿加固期間需間歇性往盾殼注入膨潤土，注入壓力略高土倉壓力。

4.2 砂漿填充土倉

砂漿填充土倉步驟如下：

①盾體內(nèi)通過隔板上時鐘11 點(diǎn)位及2 點(diǎn)位的球閥，對土倉內(nèi)充填砂漿，土倉壓力上升至2.2bar，同時用螺旋機(jī)同步置換排土，壓力波動在0.2bar 以內(nèi)，砂漿骨料配比為：水泥∶膨潤土∶粉煤灰∶砂=51kg∶121kg∶181kg∶611kg，換填砂漿填用量約為理論值的1.4 倍，填充時刀盤以0.5～0.8r/min速調(diào)轉(zhuǎn)動。

②穩(wěn)定30min 后，再通過隔板上時鐘11 點(diǎn)位及2 點(diǎn)位的球閥，繼續(xù)填充，多注入少排出，至頂部壓力到3.2bar，螺旋機(jī)略微排土，但壓力不低于2.2bar，填充時刀盤同①。配合比為：水泥∶膨潤土∶粉煤灰∶砂=81kg∶121kg∶180kg∶610kg，以31 分鐘內(nèi)壓力降低在0.2bar 內(nèi)為結(jié)束標(biāo)志。

③第二步完成后，將盾構(gòu)倒退30mm，反轉(zhuǎn)螺旋機(jī)，6r/min。若壓力下降，及時從8～10 點(diǎn)位注入漿液，使底部土壓至3.2bar，穩(wěn)壓2 個小時停止注漿。配合比為：水泥∶膨潤土∶粉煤灰∶砂=100kg∶120kg∶180kg∶610kg。

④砂漿填充之前應(yīng)將鉸接縮至100mm 左右，便于后退及脫困。

⑤上述三種砂漿配比需進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，嚴(yán)格控制砂漿固結(jié)后強(qiáng)度，7 天強(qiáng)度應(yīng)小于0.8MPa，避免后期固住盾體風(fēng)險。

4.3 止水環(huán)箍

為防止水從管片滲透至掌子面，必須止水環(huán)箍，同時起到施工中的止水效果[3]。

①制作止水環(huán)箍，需要將同步注漿管充滿粘稠的膨潤土。

②在倒數(shù)第3～5 環(huán)通過吊裝孔注入雙液漿，每個孔位都得注。注飽滿后，開孔檢查，直至無水漿泄漏為止。

③雙液漿配比需現(xiàn)場試驗(yàn)后確定。

④注入時，隨時觀察土壓變化請客，并且刀盤低速轉(zhuǎn)動，防止固結(jié)。

4.4 地表深孔注漿加固施工

地表加固區(qū)采用鉆注一體機(jī)，漿液使用無收縮雙液漿。加固范圍為5m（刀盤前2.0m、后3.0m），中心線兩側(cè)各6.0m。前方使用AC 液，深度為盾殼上方3.0m，下部直至中風(fēng)化花崗巖。后方盾殼上方0.5m 用AB 液，盾殼上方0.5至3m 用AC 液，盾殼兩邊第一排孔使用AB 液，盾殼頂部以上0.5～3m 使用AC 液。先行施工盾體及兩側(cè)范圍內(nèi)的AB 液注漿孔，再施工刀盤前方的AC 液注漿孔，同時注漿應(yīng)遵循先施工外圈注漿孔，后施工內(nèi)圈注漿孔。

4.4.1 定孔位

地表注漿孔布置如圖8 所示。

圖8 地表深孔注漿加固范圍平面及布孔圖/m

4.4.2 制漿

WSS 工法漿液初步配比如表1，具體配比根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。必要時加入快凝材料確保效果。

表1 WSS 漿液配比表

4.4.3 壓漿

①為了達(dá)到止水加固的目的，各種漿液的范圍如圖9所示。刀盤前方加固示意圖祥見圖10。

圖9 盾體上方漿液的深度范圍示意圖

圖10 刀盤前方加固深度范圍/m

先注盾體上方孔位及靠近盾體兩側(cè)孔位，再注外排孔位，最后注其他孔位，壓力按大于理論水壓的0.5bar。

②注漿參數(shù)：初步擬定注漿參數(shù)見表2，施工中注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況試樁進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整、優(yōu)化。

表2 注漿參數(shù)表

4.4.4 提升鉆桿

采用后退式分段注漿，每段長0.5m，每段在0.6m3左右。待底部達(dá)到要求后慢速提升鉆桿繼續(xù)下段注漿。

4.5 填倉、加固質(zhì)量的檢查

開倉前首先打開隔板上的上部球閥，伸入80cm 長的硬物檢查是否漏水，根據(jù)砸入的情況判斷凝固的情。開倉前還應(yīng)對土體氣密性檢查，若開挖倉壓力穩(wěn)壓2 小時無變化或無較大波動，表明開挖面地層加固密實(shí)，具備帶壓進(jìn)倉條件。

5 開倉換刀

5.1 開倉清理

本次換刀擬采用常壓開倉換刀，開倉門后，觀察倉內(nèi)土體情況，掌子面穩(wěn)定，則進(jìn)行土倉清理。

清倉出來的雜物采用人工搬至皮帶運(yùn)走。開口及切口環(huán)處換完刀后清理。將抽風(fēng)機(jī)接到球閥的外側(cè)，進(jìn)行土倉內(nèi)的通風(fēng)[4]。

5.2 刀具更換

在清倉過程中，每清理出來一把，對磨損情況進(jìn)行分析，及時判斷其他刀具情況及下一步采取的措施[5]。清理出來一把就更換一把，不好更換的最后更換。每更換一把就用紗布或快凝水泥封堵間隙。

5.3 帶壓清理刀盤開口處

進(jìn)倉前需進(jìn)行保壓試驗(yàn)，帶壓進(jìn)倉清理刀盤開口流程圖如圖11。

圖11 帶壓進(jìn)倉清理刀盤開口流程圖

帶壓時專人觀察掌子面，從下往上清理，渣土留在土倉，人出倉后排出。

5.4 刀盤脫困

刀盤脫困主要以下幾個步驟：

①清理完畢后，關(guān)閉倉門，直接轉(zhuǎn)刀盤。

②如第一步未轉(zhuǎn)動刀盤，收回所有推進(jìn)油缸2～3cm，手動拉鉸接油缸，同時啟動刀盤，正向反向反復(fù)試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)刀盤脫困。

6 結(jié)束語

福州地鐵6 號線濱～壺區(qū)間盾構(gòu)右線換刀施工，采用盾構(gòu)機(jī)防包裹保護(hù)、水泥砂漿置換土倉渣土填倉，施作盾尾止水環(huán)，再進(jìn)行地表深孔注漿加固，確保了開挖倉掌子面穩(wěn)定。常壓換刀過程中未發(fā)生土體坍塌現(xiàn)場，周邊建筑物、地表、河流監(jiān)測正常，且相對以往帶壓換刀工效更高。這一系列的措施可以為類似富水上軟下硬地層土壓平衡盾構(gòu)常壓開倉換刀的技術(shù)難題提供借鑒作用。