摘要：泥水盾構施工過程中常壓換刀刀盤因頻繁換刀會引起刀筒閘門磨損，更換刀筒閘門時，刀筒閘門周圍土體需處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，否則會引起塌方或涌水等問題，甚至可能導致盾構機淹沒等安全事故。以南京市和燕路過江通道為工程背景，研究并解決了帶壓更換刀筒閘門的施工重難點，包括地下水的封堵、泥膜形成、倉內(nèi)氣壓穩(wěn)定等，提出了包括制作止水環(huán)、形成泥膜、帶壓更換刀筒閘門等環(huán)節(jié)的施工操作規(guī)程，最終取得了良好的施工效果。

關鍵詞：泥水盾構；刀筒閘門；帶壓換刀

中圖分類號：U455.43""" 文獻標識碼：A"""""""""""""" 文章編號：

Mud-Water Shield with Pressure to Replace the Cutter Barrel Gate Technology Research

Abstract：Mud-water shield construction process of normal pressure tool changer cutter plate due to frequent tool change will cause wear and tear of the cutter barrel gate，when replacing the cutter barrel gate，the soil around the cutter barrel gate needs to be in a relatively stable state，otherwise，it will cause problems such as landslides or water surges，and may even lead to safety accidents such as flooding of the shield machine.Taking the Heyan Road river crossing in Nanjing as the background of the project， the construction difficulties of replacing the cutter barrelled gate under pressure were studied and solved，including the blocking of groundwater，the formation of mud film， and the stabilization of air pressure in the silo，etc.The construction operation procedures including the production of water stopping ring，the formation of mud film， and the replacement of the cutter barrelled gate under pressure were put forward，and the final construction results were good.

Keywords：mud-water shield;cutter barrel gate;pressurized tool change

0 引言

隨著經(jīng)濟的持續(xù)增長和社會的快速發(fā)展，基礎設施建設的需求日益增加，其中地下工程建設逐漸被重視起來，盾構法由于其掘進效率高、地層破壞小、自動化程度高被廣泛應用[1]。掘進過程中刀具會經(jīng)常出現(xiàn)磨損，需要頻繁更換[2]。刀具更換時需要通過控制刀筒閘門的開合維持常壓，頻繁的開合會導致刀筒閘門出現(xiàn)密封破損、擠出、甚至產(chǎn)生滲漏涌水等問題[3-5]，需要及時更換。

關于泥水平衡盾構刀盤刀具方面的研究較多，朱偉等[6]說明了盾構刀具磨損是泥水盾構施工時的關鍵問題；王君平[7]以濟南黃河隧道為背景，指定了常壓可更換刀具條件下盾構停機換刀的流程及要點；李翰卿[8]針對過河隧道復雜地層條件，采用超前注漿加固后使用制漿劑建泥膜的處理措施完成換刀操作；韓吉平[9]針對大直徑泥水平衡盾構機常壓換刀進行分析，介紹了換刀前的加固、封堵和降水等準備措施，換刀作業(yè)程序及注意事項，但目前國內(nèi)外對于刀筒閘門更換技術方向的研究較少。本文以南京市和燕路過江通道為工程背景，借鑒帶壓換刀技術，研究實施了帶壓更換刀筒閘門技術，可為后續(xù)的類似工程和研究提供參考 。

1 工程簡介

本工程為和燕路過江通道南段工程隧道盾構段A3標段，采用隧道方式穿越長江主江，按雙向六車道城市快速路標準建設，為穿越長江主江隧道右線盾構段（含右線盾構段內(nèi)江中廢水泵房和變電所、橫通道及疏散口等，起訖點樁號為YK1+732.548～YK4+708.454）土建工程的施工。盾構段長2 975.906 m，最大平曲線4 000 m、豎曲線R=2 700 m。盾構由八卦洲工作井始發(fā)，以-3.975%的下坡前行，然后以-2.963%的下坡前行到達江底最低點，再次以3.90%的上坡前行，最后以2.96%上坡前行至江南工作井，最后由江南工作井吊出，隧道線路剖面如圖1所示。

2 施工重難點

2.1 地下水的封堵

盾構刀盤切口里程YK2+490，目前覆土46.7 m，地面標高10.61 m，穿越地層為中風化角礫巖，成分主要為砂巖、泥巖，夾少量灰?guī)r，敲擊較易碎，地下水較豐富，需防止后方涌水，在帶壓更換刀筒閘門時，施工過程應采取切實有效的地下水封堵措施，同時加強液位的監(jiān)測。

2.2 高粘度泥膜形成

為了確保在帶壓進倉過程中形成有效的高粘度泥膜，有效支護開挖面的同時建立良好的氣壓邊界，需要在開倉前注入高粘度泥漿。這層致密的閉氣泥膜能夠控制氣壓和漏氣量，達到密封掌子面的目的。為了滿足施工需求，需要進行試驗來確定膨潤土泥漿的配合比、發(fā)酵時間、攪拌質(zhì)量及泥漿的效果。

2.3 倉內(nèi)氣壓的穩(wěn)定

為了確保帶壓進倉作業(yè)的順利進行，需要進行泥膜建立后的保壓測試，以確保保壓系統(tǒng)正常運行。同時，還應配備空壓機和發(fā)電機，以防止設備發(fā)生故障或停電導致倉內(nèi)失壓。在進入倉內(nèi)之前，提前將備用空壓機的排氣管與盾構機的儲氣罐連接好。如果進艙時發(fā)現(xiàn)盾構機的空壓機出現(xiàn)故障，需要立即啟動備用空壓機，以確保倉內(nèi)有穩(wěn)定的供氣。同時，還需將發(fā)電機線、盾構機與應急供電設備連接好，以確保盾構的電氣控制系統(tǒng)、空壓機供氣系統(tǒng)、照明、排水、通風等方面的供電不會中斷。這樣可以保證倉內(nèi)的人員安全。

3 刀筒閘門更換操作流程

3.1 更換流程

刀筒閘門更換流程為制作止水環(huán)→形成泥膜→階梯式降低泥水倉壓力（0.05 MPa為一個階梯）→帶壓進入中心倉抽水→封堵刀筒→加工運輸排水工裝并增設應急抽水裝置→降低切口液位至閘門下方→進入中心倉更換閘門。

3.2 制作止水環(huán)

1） 注聚氨酯

在脫出盾尾后兩環(huán)即1 100環(huán)、1 101環(huán)注入聚氨酯或環(huán)氧樹脂材料，防止地下水向后涌入泥水倉中。

2） 管片雙液漿封環(huán)

在盾尾后的第1 097環(huán)、1 098環(huán)和1 099環(huán)，共三環(huán)管片的一周注雙液漿，形成完整的密封環(huán)，阻止成型隧道外的地下水沿管片外流向盾構泥水倉艙。

注漿參數(shù)控制：①注漿壓力：0.2 MPa～0.4 MPa；②注漿量：注漿量還受到注漿壓力的影響，實際注漿量還應參考注漿壓力來決定；③二次注漿材料配比：區(qū)間二次注漿采用水泥漿、水玻璃雙液漿進行， 水泥漿采用P.C42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃采用35 Be′（波美度）的濃度， 水泥漿漿液水灰比為1：1；水泥漿與水玻璃的配比（體積比）為：1：1。

3） 盾體外封堵

通過前盾徑由注漿口向盾殼外注粘度＞80 s（馬氏漏斗）的膨潤土濃漿，使盾體外充滿膨潤土，阻止盾殼外的地下水滲入土艙。

4） 注盾尾油脂

加大盾尾油脂注入量，使每道油脂腔充滿油脂，并且油脂壓力應大于注漿壓力，防止注漿的漿液進入盾尾刷。

3.3 制作泥膜

1） 先采用比重1.1 g/cm3～1.15 g/cm3的，粘度35 s～40 s的泥漿，通過膨潤土系統(tǒng)加入到氣墊艙內(nèi)，并通過升降氣墊倉中心液位以上3 m（至少2次），將泥漿壓至泥水艙內(nèi)，然后采用比重1.1 g/cm3～1.15 g/cm3的，粘度40 s～45 s的泥漿，通過膨潤土系統(tǒng)加入到氣墊艙內(nèi)，并通過升降氣墊倉中心液位以上3 m（至少2次），行成高致密泥膜，靜止2 h后觀察氣墊倉液位，如果泥漿液面下降速度超過10 mm/h，說明泥膜受損，則繼續(xù)循環(huán)至行成高致密泥膜。

2） 泥漿池儲存1 500 m3新漿，保證在出現(xiàn)突發(fā)狀況時可以及時進行補漿。

3） 作業(yè)前應進行地層保壓試驗，且保壓時間≥2 h，檢查地層漏氣情況。當漏氣量小于供氣能力的10%時，開挖倉氣壓能在2 h內(nèi)無變化或不發(fā)生大的波動時，證明保壓試驗合格。開倉過程中若供氣量大于供氣能力的50%時，則應立即停止氣壓作業(yè)，并重新采取措施至保壓試驗合格。

4） 緩慢且階梯式降低泥水艙內(nèi)壓力，每降低一個階梯（0.05 MPa為一個階梯），靜止30 min觀察液位及壓力波動情況，當靜止觀察時發(fā)現(xiàn)艙內(nèi)壓力及液位開始波動時，將壓力增加一個階梯（0.05 MPa為一個階梯）后不再對艙內(nèi)壓力進行調(diào)整。

3.4 帶壓封堵刀筒

1） 作業(yè)人員進入過渡加壓艙，隨后對過渡倉進行緩慢加壓，一般在最初加壓到0.03 MPa時，應了解艙內(nèi)人員有無耳痛或其他不適，進艙人員若出現(xiàn)不適情況，應及時通知操艙人員暫停加壓，如調(diào)壓仍有困難，可適當排氣減壓，調(diào)壓成功，可繼續(xù)加壓。若調(diào)壓仍不成功，應減壓出艙。為預防加壓時發(fā)生問題，影響其它人員加壓速度，在進艙前應作好入艙檢查，并在鼻內(nèi)滴注麻黃素。

2） 加壓時注意掌握速度。加壓遵循先慢后快的原則，操艙員隨時關注艙內(nèi)人員情況，有任何異常情況馬上停止加壓，解決好后方可繼續(xù)加壓。

3） 當過渡倉壓力與中心倉基本相同時，打開平衡閥，平衡閥必須完全清通，而且常開。如果清通的平衡閥又被堵塞，一定要重新清通并觀察，隨后打開倉門，進入中心倉。

4） 安裝并啟動7.5 kW潛污泵對中心倉及輻條進行抽水，至液位降低至刀筒閘門下方。觀察5 min，液位無明顯變化，抽水過程中須保持艙內(nèi)壓力恒定。

5） 打開刀筒側面泄壓排污口，并安裝封板（加工件）、螺栓若干、電動扳手、套筒，安裝完成后關閉泄壓排污口。

6） 封板安裝完成后作業(yè)人員進入過渡倉，并關閉平衡閥，隨后逐漸降低過渡倉中的壓力至第一停留期壓力→第一停留期壓力保持→逐漸降低主倉中的壓力至第二停留期壓力……→至減壓結束→人員出倉。

3.5 常壓加工閘門運輸工裝

1） 降低中心倉內(nèi)壓力至常壓，作業(yè)人員進入艙內(nèi)在合適的位置，焊接閘門吊裝吊點及其他閘門運輸工裝。

2） 在中心倉位置增設2臺75 kW潛污泵作為應急排水裝置。

3） 將備用閘門調(diào)運至刀筒位置，并使用葫蘆固定。緩慢轉動刀盤（0.2 r/min）至東側（如圖2所示）。

3.6 帶壓更換閘門

1） 降低切口液位至刀筒閘門下方，關閉中心艙門，向中心倉內(nèi)加壓使倉內(nèi)壓力略高于泥水倉壓力。

2） 作業(yè)人員進入過渡加壓艙，流程同帶壓封堵刀筒進艙時流程。

3） 使用手動葫蘆輔助吊裝，拆除及安裝刀筒閘門，（內(nèi)六角圓柱頭螺釘M27×210，24顆；O形圈664×7，1條；風炮及內(nèi)六角頭；內(nèi)六角及加力桿；螺紋膠；3 t葫蘆3個；2 t葫蘆2個；1 t葫蘆1個；），安裝過程中注意定位銷的安裝。刀筒閘門示意圖如圖3所示。

閘門安裝完成后，關緊閘門，隨后拆除刀筒封板。

人員出倉流程同帶壓封堵刀筒時出倉流程。

4 結語

研究基于南京市和燕路過江通道的實際工程應用，研究并提出了一種帶壓更換刀筒閘門的技術。分析了項目中存在的難點，如地下水封堵、高粘度泥膜形成以及倉內(nèi)氣壓的穩(wěn)定，為這些問題提供了明確的解決措施，完善刀筒閘門的更換流程。本研究的成功實施，既保證了工程的順利進行，又避免了因刀具磨損引發(fā)的大規(guī)模維修，提高了施工效率，降低了施工成本，對我國地下工程建設具有重要的參考和指導價值。

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