復(fù)合地層盾構(gòu)施工換刀加固技術(shù)

馬宇佳

1.概述

由于盾構(gòu)施工工程地質(zhì)的復(fù)雜性和多變性，決定了盾構(gòu)機(jī)配備的刀具對(duì)地層的局限性。刀具在施工過(guò)程中的磨損是不可避免的，因此在盾構(gòu)施工中更換刀具是必不可少的一項(xiàng)工作。而在地質(zhì)情況不允許的情況下，地層加固就成了換刀施工成功與否的關(guān)鍵。換刀的方式主要有一下幾種：

在自然圍巖條件下?lián)Q刀；在地層預(yù)加固的條件下?lián)Q刀。如采取旋噴樁加固，攪拌樁、微型樁、袖閥管加固方式；在壓縮空氣條件下進(jìn)行換刀作業(yè)（當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在軟巖、上軟下硬及富水地段掘進(jìn)時(shí)，由于地層自穩(wěn)能力差，必須利用盾構(gòu)機(jī)自身及配套設(shè)備來(lái)提供使地層穩(wěn)定的支撐壓力）。

由于在復(fù)合地層情況下很少有滿足自身圍巖條件下?lián)Q刀的情況，所以大多數(shù)換刀必須經(jīng)過(guò)地層加固后才可保證換刀安全進(jìn)行；在市區(qū)內(nèi)進(jìn)行地鐵施工時(shí)，進(jìn)行地面加固也存在較多困難（如交通堵塞不便，征地困難等）。而帶壓換刀必須是艙內(nèi)土體具有一定的氣密性。否則加壓過(guò)程中造成氣體流失極易發(fā)生安全事故。

本文結(jié)合深圳地鐵5號(hào)線翻身站～靈芝站盾構(gòu)區(qū)間洞內(nèi)加固換刀工法進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，為盾構(gòu)穿越復(fù)合地層、高富水地層及長(zhǎng)大隧道等不具備敞開(kāi)式換刀作業(yè)的工程提供可靠參考依據(jù)，有效拓展盾構(gòu)機(jī)的適用范圍。

2.工程概況

翻身站～靈芝站區(qū)間盾構(gòu)法隧道左線設(shè)計(jì)里程范圍DK4+196.04至DK5+474.01，短鏈12.411m，長(zhǎng)1265.559m；右線設(shè)計(jì)里程范圍DK4+196.04至DK5+474.01，長(zhǎng)1277.97m；區(qū)間設(shè)2個(gè)聯(lián)絡(luò)通道。結(jié)合區(qū)間地質(zhì)詳勘資料以及通過(guò)對(duì)區(qū)間右線地質(zhì)補(bǔ)勘，確定在右線DK4+240～DK4+330范圍內(nèi)存在硬巖突起及球狀風(fēng)化巖，基巖突起約侵入隧道斷面1～2.9m，部分巖石強(qiáng)度達(dá)到120MP左右，依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)在硬巖段掘進(jìn)10m左右，需對(duì)其刀具進(jìn)行檢查更換，故在進(jìn)入80m孤石群前10m，需進(jìn)行刀具檢查更換，其里程位置為：DK4+252。由于線路處于創(chuàng)業(yè)二路正下方，地面不具備加固條件，經(jīng)過(guò)我公司技術(shù)部門認(rèn)真總結(jié)決定進(jìn)行洞內(nèi)加固換刀。

3.工程地質(zhì)

從翻靈區(qū)間右線補(bǔ)勘圖中可知，右線從里程DK4+240開(kāi)始出現(xiàn)基巖突起及球狀風(fēng)化巖，在里程DK4+252位置處，地面以下4.67m為人工回填土，4.6～8.5m為礫砂層，8.5～13.27m為礫質(zhì)粘性土，13.27～16.23m為中風(fēng)化花崗巖，其侵入隧道高度為2.96m。

4.加固方案

施工封水環(huán)。首先在橋架及1號(hào)臺(tái)車處施工二次注漿，防止隧道后面的水涌入土倉(cāng)；要注意的是漿液凝固時(shí)間需盡量調(diào)短，二次注漿為傳統(tǒng)施工工藝，利用氣動(dòng)注漿泵在當(dāng)前掘進(jìn)前10環(huán)及15環(huán)左右分別進(jìn)行二次注漿，漿液采用水泥水玻璃雙液漿，水灰比采用1∶1，同時(shí)利用水玻璃濃度來(lái)調(diào)整漿液凝固時(shí)間，注漿量由注漿壓力控制，注漿壓力達(dá)到3MP并穩(wěn)定5分鐘以上后停止注漿。

艙內(nèi)土體改良。提前12小時(shí)拌制膨潤(rùn)土漿液，使其充分發(fā)酵，在距離停機(jī)0.3m時(shí)，通過(guò)膨潤(rùn)土泵系統(tǒng)注入膨潤(rùn)土漿液，轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤充分?jǐn)嚢瑁牧寂搩?nèi)及前方掌子面土體的狀態(tài)，使膨潤(rùn)土漿液可起到護(hù)壁的作用。如加固后需要加壓亦可增加土倉(cāng)的氣密性，避免加壓后迅速泄壓導(dǎo)致掌子面坍塌。

中盾外側(cè)密封。利用中盾球閥向盾體外側(cè)注入聚氨酯材料，形成密封，防止注漿過(guò)程中漿液流失到盾尾以后，避免漿液浪費(fèi)；也可防止盾尾被漿液凝結(jié)，脫困時(shí)造成鉸接油缸損壞。

注漿加固。將注漿錨管插入人艙上方4個(gè)超前注漿管（錨管應(yīng)插入掌子面0.5m左右），采用氣動(dòng)注漿泵向刀盤前方注入雙液漿（水泥水玻璃雙液漿）。利用水玻璃濃度調(diào)整漿液凝固時(shí)間，注漿壓力達(dá)到2.0MP左右即可，注漿量可適當(dāng)加大，但需時(shí)刻觀察土倉(cāng)壓力變化，如果土倉(cāng)壓力迅速上升則說(shuō)明漿液已大量流入土倉(cāng)，此時(shí)停止注漿。

注漿過(guò)程中需定期轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤防止刀盤被漿液固結(jié)住，注漿完成后需等強(qiáng)6小時(shí)方可開(kāi)艙，雙液漿凝結(jié)后可大幅度加強(qiáng)掌子面的穩(wěn)定性，并可在掌子面上形成護(hù)壁，艙內(nèi)加壓后可避免氣壓快速泄露。

加固后開(kāi)艙觀察掌子面，如果效果較好直接進(jìn)行常壓換刀，如效果稍差可進(jìn)行加壓換刀，注漿后使土體氣密性得到大幅度提升，也提高了帶壓換刀的安全保證；該方法成本低，效率高，并可使換刀的安全性得到大幅度提高。

5.總結(jié)

經(jīng)過(guò)洞內(nèi)超前注漿加固可為無(wú)地面加固條件或地質(zhì)情況不滿足帶壓換刀的情況提供出較為安全的換刀條件，且比地面加固成本低、工序簡(jiǎn)單、方便、不需中斷地面交通，并大大的縮短了換刀的工期，為今后盾構(gòu)在復(fù)合地層掘進(jìn)的長(zhǎng)大隧道施工起到一定的參考作用。