齊保棟，葛健祖，辜新宇

(中國水利水電第四工程局有限公司 盾構(gòu)工程公司，湖北 武漢 430011)

當(dāng)前盾構(gòu)法施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各施工領(lǐng)域，已成為地鐵建設(shè)主力軍，但隨著城市建設(shè)各領(lǐng)域的快速發(fā)展以及城市地鐵建設(shè)進入全國大發(fā)展階段，因盾構(gòu)區(qū)間地層、長度等不盡相同，刀具磨損、突遇不明物及積倉、結(jié)泥餅等異常情況往往需要開倉進行檢查；隨著經(jīng)驗的積累和對地質(zhì)條件、長度的判斷一般提前主動設(shè)置檢查換刀點，采用地面加固常壓換刀、圍巖穩(wěn)定直接進行常壓換刀、帶壓換刀法、填倉常壓換刀法，其中填倉換刀技術(shù)通常應(yīng)用于在常壓下盾構(gòu)掌子面無法維持自身穩(wěn)定的工況，它是通過向土倉內(nèi)注入適量水泥漿液等加固掌子面，強度儲備充足后采用人工將倉內(nèi)泥漿清理出來使倉內(nèi)具有一定的空間，然后在常壓狀態(tài)下進行刀具更換的施工方法，必要是根據(jù)周邊環(huán)境、地質(zhì)條件復(fù)雜程度及穩(wěn)定性采用地面加固、降水配合進行開倉檢查。

針對目前填倉換刀技術(shù)的不斷應(yīng)用，現(xiàn)對洛陽地鐵1號線麗青區(qū)間富水砂卵石地層被動換刀與以往類似工程所不同的袖閥管地面加固、地面深井降水、填倉前盾體保護、挖倉順序以及整個過程中所出現(xiàn)的問題和設(shè)備選型方面進行總結(jié)，以為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

洛陽地鐵1號線麗青區(qū)間長1072.938m，隧道埋深約17.3m。工程地質(zhì)從上至下主要為雜填土、粉質(zhì)粘土、細砂、卵石，細砂在隧道頂部，分布厚度約為3～5m，穩(wěn)定性較差；開倉換刀點地下水水量較為豐富，水位位于隧道底部以上4.4m處，處于盾構(gòu)區(qū)間中上部。盾構(gòu)掘進區(qū)間許下穿的地下商城下方（地下商城全長210.6m），與地下商城凈距7.9m，地下商城與盾構(gòu)隧道中間存在防空洞，埋深10～13m。

2 問題分析與方案確定

該區(qū)間采用1臺?6480海瑞克盾構(gòu)施工，拼裝至612環(huán)（刀盤位于617環(huán)）時，因盾構(gòu)推進速度較小，推力、扭矩較大，出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，盾構(gòu)無法繼續(xù)掘進。經(jīng)過對掘進參數(shù)分析和渣土中出現(xiàn)的刀具掉落、砂巖塊及其他異常情況判斷，必須開倉檢查刀具、刀箱和刀盤磨損情況。

經(jīng)過對地質(zhì)條件、水文條件、周邊環(huán)境、建（構(gòu)）筑物和管線綜合調(diào)查分析，為確保安全，采用在地面斜向施作袖閥管注漿加固和降水井、洞內(nèi)采用填倉加固的施工方法進行開倉檢查。

3 施工前準(zhǔn)備

3.1 周邊環(huán)境調(diào)查及處理

1）防空洞調(diào)查 根據(jù)防空洞前期調(diào)查情況，將防空洞內(nèi)污水進行抽排，對防空洞分布位置進行測量，復(fù)核防空洞和停機位置實際位置關(guān)系，同時在防護洞內(nèi)布設(shè)監(jiān)測點，確保開倉期間施工安全。

2）管線探挖 根據(jù)管線分布圖紙，對換刀點位置帶壓燃氣管線、給水管線和雨污水管線進行人工探挖，確認管線具體位置（表1），尋找合適位置進行袖閥管和降水井布孔工作，并分別在地面和洞內(nèi)進行水位觀測。

3）地質(zhì)空洞探測 盾構(gòu)停機后，為保證土倉壓力，向土倉內(nèi)注入膨潤土。在土倉壓力穩(wěn)定在0.6bar時注入量達到96m3，超設(shè)計量較多。為查明原因，采用地質(zhì)鉆分別在周邊10m范圍內(nèi)進行空洞探測工作，對發(fā)現(xiàn)的地下空洞進行預(yù)處理，防止開倉期間次生災(zāi)害的發(fā)生，同時也起到了對停機位置地質(zhì)補勘的作用。

3.2 技術(shù)準(zhǔn)備

1）根據(jù)實際情況編制盾構(gòu)填倉換刀作業(yè)專項的施工方案，報監(jiān)理工程師審批完成，并在開倉前對參與作業(yè)人員進行施工安全技術(shù)交底，明確人員分工。

表1 周邊管線統(tǒng)計表

2）填倉用水泥漿液與膨潤土配合比需要進行反復(fù)、多次同條件實驗，確定最優(yōu)配合比，確保水化熱不大于60℃（防止損壞主軸承密封），且強度不小于2MPa，水泥漿凝固期間同時監(jiān)測隔板溫度，如溫度過高，可適當(dāng)加入膨潤土降溫。

3）明確開倉條件：①打開人閘內(nèi)出氣閘閥，觀察有無氣及水排出，若有氣排出，直至常壓，進行觀察30min，并未見有水及泥漿排出，則滿足開倉條件；②如果有水則在土倉隔板中部打開球閥，進行排水；如果此時水流不止，則不能夠開倉，需重新注漿。

4）開倉后用氣體探測儀或活體對倉內(nèi)氣體進行檢測；對倉內(nèi)通風(fēng)、降溫，條件許可方可進倉。進倉后首先對土倉內(nèi)填充漿液進行判定，需達到2MPa以上，同時檢測土倉內(nèi)是否有有害氣體，以便采取相應(yīng)的措施。

3.3 地面加固及降水準(zhǔn)備

1）刀盤前方土體采用袖閥管注漿進行加固。注漿范圍為：水平方向2×12.2m，深度方向盾構(gòu)隧道上3m、隧道下1.5m，約10.7m。由于受燃氣管線、雨污水管線及地下人防商城條件制約，袖閥管只能布設(shè)在隧道南側(cè)區(qū)域，共計打孔20孔，并且每個孔位角度不同，孔位角度范圍在13°～47°，孔深在24～31m之間不等。

2）經(jīng)過水位計算，在加固區(qū)打設(shè)7口降水井（圖1）,降水井樁徑600mm，井壁直徑325mm,井間距5m，井深34m。潛水泵選用QS50-52/4-11，流量50m3/h、揚程52m、流速1.8m/s、功率11kW、出水管直徑DN100mm。

3.4 盾構(gòu)保護準(zhǔn)備

在盾構(gòu)進行開倉換刀工作前，采取相應(yīng)措施對盾構(gòu)進行保護，防止盾構(gòu)被“抱死”的情況發(fā)生。

圖1 加固范圍及降水井平面布置圖

1）盾構(gòu)徑向孔向盾體外注入膨潤土及油類，防止盾體被填倉漿液及土體包裹，避免造成盾構(gòu)復(fù)推困難，正式填倉開始前通過注漿孔在螺旋機內(nèi)注入膨潤土，對螺旋機進行保護（圖2）。

圖2 盾體保護示意圖

2）從盾尾后3環(huán)往后，連續(xù)5環(huán)對管片壁后進行二次注漿（603環(huán)、604環(huán)、605環(huán)注水泥水玻璃雙液漿，606環(huán)、607環(huán)注入聚氨酯），注漿量以注漿壓力控制，形成止水環(huán)，保證盾體后方止水效果（圖3）。注漿時要密切關(guān)注管片狀態(tài)及注漿壓力（0.3～0.35MPa）。水泥漿與水玻璃溶液配合比按體積比1∶1、凝結(jié)時間按30s以內(nèi)配制。

圖3 止水環(huán)施作示意圖

3）盾尾管片二次注漿前，應(yīng)對盾尾同步注漿管注入膨潤土，防止二次注漿液堵塞盾尾同步注漿管。

3.5 監(jiān)測準(zhǔn)備

為了及時準(zhǔn)確的了解地表沉降、周邊管線、地下商城、人防空洞沉降情況，在開倉里程地面、周邊管線及周邊建（構(gòu)）筑物加密布置地表監(jiān)測點。監(jiān)測頻率為1次/2h。在整個填倉換刀期間安排監(jiān)測人員進行巡視巡查工作，在推進后仍需進行監(jiān)測，直到地表和建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定為止。

4 主要施工技術(shù)

4.1 工藝流程

填倉換刀是常壓下掌子面不能自穩(wěn)和不能采用氣壓換刀的情況下向土倉內(nèi)注入水泥膨潤土漿液來封水、穩(wěn)定掌子面，等強后采用人工將倉內(nèi)泥漿清理出來使倉內(nèi)具有一定的空間，然后在常壓狀態(tài)下進行刀具更換的施工方法。換刀期間重點做好盾體、螺旋機的保護措施。填倉換刀施工工藝流程如圖4所示。

圖4 填倉換刀施工工藝流程圖

4.2 填倉施工

1）轉(zhuǎn)動螺旋機進行土倉排土，待土倉內(nèi)的渣土排出近一半時，從土倉隔板1點和11點部位（兩寸球閥）向土倉內(nèi)注入水泥膨潤土混合漿，加入膨潤土的目的是使水泥凝結(jié)強度不會太高，降低人工破除難度。漿液配合比為水泥∶膨潤土∶水=1∶1∶2，打開土倉門隔板位置（12點位置，2寸球閥，壓氣作用時平衡閥）球閥排氣，至排氣孔排除水泥漿后關(guān)閉。

2）利用土倉隔板上面的球閥注入漿液。待土倉上半部分充滿漿液時，保持注漿壓力，讓漿液填充滿刀盤與掌子面間的間隙。

3）由于土倉能容納土方為30m3，通過計算排出的土方量來判斷土倉內(nèi)的漿液的占比。在排出渣土27～28m3時，停止排土，同時反轉(zhuǎn)螺旋機使螺旋機內(nèi)的渣土返回土倉內(nèi)。這樣可以保證螺旋機內(nèi)不被水泥漿液包裹。注漿壓力控制在2.5bar以上，直至土倉內(nèi)填滿水泥漿液。在注漿的過程中土倉上部土壓要控制不大于1.5bar。在置換渣土回填漿液的過程中，土倉壁與刀盤面板的注入孔需要每隔10min注入水，保證注入孔不被水泥漿液堵死，保證后續(xù)施工設(shè)備性能可靠。

4）土倉渣土置換完成后，轉(zhuǎn)動刀盤，使土倉內(nèi)未排出渣土與水泥漿充分攪拌均勻，開始進行小流量大壓力注漿，注漿壓力控制到2.6～2.8bar（注漿根據(jù)地面監(jiān)測數(shù)據(jù)作為參考做出相應(yīng)調(diào)整），避免壓力過高把地面隆起；另外使?jié){液充分充填掌子面及刀盤外周的裂隙，從而更好地達到止水及土體的穩(wěn)定效果。最后注漿完成達到初凝后，將不再轉(zhuǎn)動刀盤。

4.3 開倉換刀施工

1）填倉結(jié)束后24h，打開往土倉門旁邊隔板上的球閥，使用鋼釬打入根據(jù)受阻力情況，檢驗?zāi)酀{凝結(jié)強度。當(dāng)凝固強度達到一定強度后（一般為2MPa），打開倉門，人工用風(fēng)鎬、鐵鍬破碎土倉內(nèi)水泥膨潤土混合漿體，只清理需換刀位置，切口環(huán)及開口部位暫時不破除，待刀具更換完成后鑿除；在對滾刀刀箱進行鑿除時，需要注意不要破壞刀盤和掌子面之間的泥漿，導(dǎo)致掌子面長時間外露進而失穩(wěn)。

2）換刀完成后，必須將土倉壁上的注漿孔、泡沫孔及土壓傳感器清理干凈，注漿孔清理完成后應(yīng)注入泡沫進行檢查是否清理干凈，清理時應(yīng)注意傳感器的保護，電氣工程師對土壓傳感器進行檢查，確認土壓傳感器是否完好。

3）刀具檢查更換完成后，人工破除刀盤開口及周邊結(jié)塊，破除順序從下向上。

4）刀盤更換完成后，清點倉內(nèi)工具及材料并運出倉外，然后關(guān)閉倉門，建立氣壓穩(wěn)定開挖面，先采用低轉(zhuǎn)速正反轉(zhuǎn)刀盤，確定刀盤能正常轉(zhuǎn)動后，繼續(xù)采用注入膨潤土保壓的方法，恢復(fù)正常掘進。

5 結(jié)論及建議

通過洛陽地鐵1號線麗青盾構(gòu)區(qū)間連續(xù)長距離在全斷面砂卵石地層下穿建（構(gòu)）筑物情況下被動換刀過程、區(qū)間掘進參數(shù)分析、設(shè)備性能、脫困常見問題等進行綜合分析，提出以下結(jié)論和建議。

1）本區(qū)間盾構(gòu)掘進渣土改良全部采用泡沫進行改良，通過后序盾構(gòu)掘進總結(jié)，建議布設(shè)膨潤土制作系統(tǒng)和輸入管路，同時建議盾構(gòu)渣土改良系統(tǒng)在掘進應(yīng)同時具備在土倉和刀盤面板同時加注泡沫、膨潤土、水的條件，具體應(yīng)視地層含土、水、砂量等進行調(diào)配改良劑種類，對刀具、刀盤磨損和渣土改良能起到很好的作用；同時泡沫管路宜設(shè)置成單管單泵，出現(xiàn)問題較易處理。

2）針對開倉檢查中出現(xiàn)的刀具、刀箱、刀盤磨損嚴重的情況，焊接重型撕裂刀能夠很好解決刀箱制作周期長、倉內(nèi)更換困難的問題。

3）本次開倉換刀地下水位控制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為應(yīng)不高于刀盤底0.5m，隨開倉隨順利完成，但這一標(biāo)準(zhǔn)在不同地層有待進一步驗證總結(jié)。

4）在停機保壓注入膨潤土和填倉漿液共計注入220m3，嚴重超過土倉容量，除應(yīng)對卵石層孔隙率大增加擴散范圍和隧道上方砂層局部坍塌形成孔洞進行分析外，還應(yīng)對地下建構(gòu)筑、孔洞進行詳細調(diào)查，規(guī)避開倉期間的風(fēng)險。

5）采用填倉換刀工法，應(yīng)切實做好盾體保護措施和主軸承防護措施，規(guī)避盾構(gòu)被“抱死”和損壞主軸承事件的發(fā)生。