徐 韜，李 路，何邦亮，陳華軍

（中鐵上海工程局城軌分公司，上海市 201900）

0 引言

本工程始發(fā)與接收隧底以上均為（含泥）粗中砂，該地層屬?gòu)?qiáng)透水層，水量豐富，水位和水量變化不大。

為降低始發(fā)與接收風(fēng)險(xiǎn)，洞門(mén)處地下連續(xù)墻設(shè)置玻璃纖維筋。設(shè)計(jì)采用全套筒密閉始發(fā)與接收工藝，模擬盾構(gòu)在原始地層中掘進(jìn)，使盾構(gòu)直接采取掘進(jìn)模式切削、破除洞門(mén)進(jìn)入土體，從而有效防止涌水、涌砂等現(xiàn)象的發(fā)生，消除盾構(gòu)始發(fā)的施工安全隱患，最終保證盾構(gòu)順利始發(fā)。因此，不鑿除洞門(mén)混凝土，僅需鑿出背土面鋼筋即可，盾構(gòu)機(jī)裝配復(fù)合式刀盤(pán)切削地下連續(xù)墻完成穿越。

1 工程概況

福州地鐵5 號(hào)線金華路站—金山站盾構(gòu)區(qū)間覆土厚度為10.33～18.48 m，隧道穿越地層主要為（含泥）粗中砂，屬?gòu)?qiáng)富水地層，單井單位涌水量為139～230（m3/d·m），滲透系數(shù)為2.97×10-4mm/s。隧底淤泥地層占線路全長(zhǎng)的85% 左右，強(qiáng)度約為45 kPa。

盾構(gòu)井設(shè)置在車(chē)站北端頭，采用1 m厚地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度為水下C 35，地下水情況見(jiàn)表1。

表1 地下水情況

2 選擇裝配軟土刀盤(pán)的目的

對(duì)于本區(qū)間配置復(fù)合刀盤(pán)還是軟土刀盤(pán)，項(xiàng)目對(duì)周邊的類(lèi)似工程進(jìn)行了調(diào)研。福州地區(qū)存在富水砂層的始發(fā)和接收的區(qū)間基本采用復(fù)合刀盤(pán)裝配周邊滾刀和可拆卸撕裂刀進(jìn)行切削地下連續(xù)墻和盾構(gòu)掘進(jìn)。在掘進(jìn)的過(guò)程中極易發(fā)生盾構(gòu)姿態(tài)下沉且難以控制的趨勢(shì)，產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)是超方、注漿量增大、地表沉降增大，某區(qū)間最大地表沉降甚至超過(guò)200 mm。為此，特成立工作組，在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上結(jié)合以往過(guò)程盾構(gòu)切削混凝土施工的經(jīng)驗(yàn)，召開(kāi)多次技術(shù)交流會(huì)，最終選擇裝配軟土刀盤(pán)并進(jìn)行針對(duì)性的改造升級(jí)。改造后的刀盤(pán)布置圖如圖1 所示。

圖1 改造后的常規(guī)土壓刀盤(pán)全軌跡重型撕裂刀布置圖

3 選用的特點(diǎn)與采取的針對(duì)措施

3.1 刀具針對(duì)性設(shè)計(jì)

按設(shè)計(jì)要求，本區(qū)間須配備硬巖刀盤(pán)，進(jìn)行C 35地下連續(xù)墻的切削，但會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)頭重尾輕，造成機(jī)頭下栽、盾構(gòu)姿態(tài)較難控制的狀況。此時(shí)，應(yīng)該選用盡可能輕的軟土刮刀刀盤(pán)而非重一倍的復(fù)合滾刀刀盤(pán)。因此，針對(duì)本區(qū)間隧道地層持力層基本為45 kPa的極軟淤泥地層的特點(diǎn)，對(duì)裝配的軟土刀盤(pán)進(jìn)行針對(duì)性改造。

3.1.1中心魚(yú)尾刀

原刀盤(pán)焊接為常規(guī)式中心魚(yú)尾刀，現(xiàn)更換為鋸齒型魚(yú)尾刀設(shè)計(jì)，刀尖距離面板高度400 mm，厚度100 mm，總長(zhǎng)1 500 mm，加強(qiáng)刀具破除連續(xù)墻時(shí)的耐磨性。鋸齒型中心魚(yú)尾刀示意圖，如圖2 所示。

圖2 鋸齒型中心魚(yú)尾刀示意圖

3.1.2先行刀

原刀盤(pán)配置：先行刀共計(jì)44 把，同軌跡2 把布置。其中，最小軌跡即魚(yú)尾刀至先行刀過(guò)渡區(qū)域布置2 把高220 mm 的羊角型撕裂刀，刀盤(pán)正面配置刀高130 mm 的羊角先行刀。由于本區(qū)間砂層含量較高，始發(fā)端和接收端需破除連續(xù)墻，原先行刀為羊角型撕裂刀，耐磨和抗沖擊性較差。因此，將羊角型撕裂刀替換為貝殼型撕裂刀，加強(qiáng)先行刀的耐磨和抗沖擊能力。同時(shí)，將先行刀分層設(shè)計(jì)，以有效切削地下連續(xù)墻。

優(yōu)化后配置：第一、第二層分別為160 mm 和130 mm 高的撕裂刀，按60 mm 的軌跡交替焊接，負(fù)責(zé)切削鋼筋混凝土。第三層為120 mm 高的切刀，負(fù)責(zé)掘進(jìn)過(guò)程中的砂層和軟土切削。軌跡詳見(jiàn)圖3。

圖3 全軌跡重型撕裂刀布置圖（單位：mm）

3.2 外置注漿盒保護(hù)刀設(shè)計(jì)

本區(qū)間選用的盾構(gòu)機(jī)為常規(guī)軟土盾構(gòu)，前盾、中盾和后盾直徑均為6 340 mm。為降低地表沉降，采用外置式注漿管路設(shè)計(jì)。同時(shí)，針對(duì)盾構(gòu)需要切削地下連續(xù)墻的問(wèn)題，對(duì)外置注漿盒設(shè)計(jì)了保護(hù)刀，如圖4、圖5 所示。并模擬了混凝土切削的試驗(yàn)。另外，對(duì)刀盤(pán)開(kāi)挖直徑進(jìn)行了控制確保大于6 380 mm，為外置注漿盒保護(hù)刀破碎混凝土地下連續(xù)墻創(chuàng)造了臨空面。保護(hù)刀的設(shè)計(jì)前高后低，切削面采用仰角設(shè)計(jì)，增大了局部切削應(yīng)力。

圖4 外置注漿盒保護(hù)刀圖（單位：mm）

圖5 安裝好的外置注漿盒保護(hù)刀

3.3 此針對(duì)性設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行針對(duì)改造后僅增加1.5 t。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是基本維持盾構(gòu)機(jī)原設(shè)計(jì)的重心，盡最大的可能性減小對(duì)后期盾構(gòu)掘進(jìn)的影響。相對(duì)裝配復(fù)合滾刀刀盤(pán)而言，并未破壞盾構(gòu)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，且有利于軟土地層掘進(jìn)姿態(tài)控制。

對(duì)外置注漿盒設(shè)置了保護(hù)刀，同時(shí)擴(kuò)大了刀盤(pán)的開(kāi)挖直徑，使保護(hù)刀在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)切削地下連續(xù)墻后具備了破碎的臨空面，同時(shí)也保留了對(duì)地表沉降影響較小的特性。

4 保護(hù)刀的切削試驗(yàn)

對(duì)外置注漿管設(shè)置的保護(hù)刀，進(jìn)行了切削混凝土的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，僅需3 t的力即可切削C 60 混凝土試塊，完全滿(mǎn)足本區(qū)間水下C 35 地下連續(xù)墻的切削（實(shí)際強(qiáng)度42 MPa）。同時(shí)，刀盤(pán)開(kāi)挖直徑略大于盾體外徑40 mm，為外置注漿管保護(hù)刀破碎混凝土地下連續(xù)墻創(chuàng)造了臨空面。圖6、圖7 為外置注漿管路保護(hù)刀切削試驗(yàn)照片。

圖6 外置注漿盒保護(hù)刀切削試驗(yàn)

圖7 外置注漿盒保護(hù)刀切削后的混凝土試塊

5 應(yīng)用評(píng)價(jià)

通過(guò)本區(qū)間工程的應(yīng)用，針對(duì)性設(shè)計(jì)刀盤(pán)可以滿(mǎn)足水下C 35 強(qiáng)度的地下連續(xù)墻切削，且盾構(gòu)始發(fā)與接收外置注漿盒可以順利通過(guò)，推力比常規(guī)始發(fā)略大，需要加強(qiáng)反力架支撐體系。盾構(gòu)接收后，刀具屬常規(guī)磨損，未見(jiàn)異常和崩裂，詳見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 盾構(gòu)始發(fā)前刀盤(pán)現(xiàn)狀

圖9 盾構(gòu)接收后刀盤(pán)現(xiàn)狀

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)刀盤(pán)選型和注漿盒保護(hù)刀進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，較好地解決了極軟地層施工帶來(lái)的盾構(gòu)姿態(tài)控制困難、地表沉降大的問(wèn)題。同時(shí)，又能安全磨削和穿越玻璃纖維筋混凝土墻，保證了鋼套筒始發(fā)和接收的安全性。