使用混合泥膜作為襯砌的填開(kāi)倉(cāng)換刀技術(shù)研究

黃 歡

（廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司， 廣東 廣州 510060 ）

使用混合泥膜作為襯砌的填開(kāi)倉(cāng)換刀技術(shù)研究

黃 歡

（廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司， 廣東 廣州 510060 ）

為確保在富水砂層中盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)換刀作業(yè)面容易涌水、涌砂而導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)坍塌的安全技術(shù)難題。本文采用水泥砂漿和膨潤(rùn)土漿液組成的混合漿液在土倉(cāng)壓力作用下，通過(guò)刀盤(pán)開(kāi)口向砂層滲透，固化后在掌子面周邊形成新型混合泥膜，利用風(fēng)鎬清除土倉(cāng)內(nèi)硬化混合漿液的同時(shí)，保留刀盤(pán)前四周形成的混合泥膜，即可進(jìn)行盾構(gòu)刀盤(pán)換刀作業(yè)。結(jié)合廣州市軌道交通九號(hào)線4標(biāo)花都廣場(chǎng)站～馬鞍山公園站盾構(gòu)區(qū)間工程實(shí)例中的應(yīng)用，本施工技術(shù)能為砂層盾構(gòu)換刀提供高效且安全的解決方案。

盾構(gòu)隧道；刀盤(pán)；換刀；混合泥膜；砂層

1 工程概況

廣州市軌道交通九號(hào)線4標(biāo)花都廣場(chǎng)站～馬鞍山公園站盾構(gòu)區(qū)間沿迎賓大道布置，左線設(shè)計(jì)起止里程為 ZDK9+864.900～ZDK11+165.556，長(zhǎng)鏈 10.267m，長(zhǎng)度1310.923m；右線設(shè)計(jì)起止里程為 YDK9+864.900～YDK11+165.530，長(zhǎng)度1300.630m。根據(jù)鉆探揭露，本區(qū)間內(nèi)的地下水主要為砂層潛水和強(qiáng)風(fēng)化、中、微風(fēng)化基巖中的裂隙水，石灰?guī)r溶洞水。隧道主要穿越＜3-2＞沖積-洪積中砂層、＜3-3＞沖積-洪積礫砂層、＜4-2＞淤泥質(zhì)土層、＜5C-1A＞灰?guī)r可塑～軟塑殘積土層，局部穿越＜9C-2＞炭質(zhì)灰?guī)r微風(fēng)化帶。盾構(gòu)機(jī)在該區(qū)域內(nèi)掘進(jìn)時(shí)整個(gè)刀盤(pán)均處于砂土層與灰?guī)r交界中，且開(kāi)挖面地下水非常充沛。在不影響道路交通的情況下采用砂漿混膨潤(rùn)土泥膜作為止水和增強(qiáng)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的加固措施，以提高砂層中進(jìn)行盾構(gòu)換刀作業(yè)的施工效率。

2 技術(shù)方案

2.1 開(kāi)挖面止水加固

由于盾構(gòu)隧道在富水砂層中掘進(jìn)，開(kāi)挖面涌水量較大，所以在開(kāi)倉(cāng)換刀前先應(yīng)采取開(kāi)挖面止水措施，以防止在換刀過(guò)程中發(fā)生突涌水事故。此外，止水措施還有利于后期進(jìn)行開(kāi)挖面加固時(shí)保持漿液的濃度，降低地下水對(duì)漿液的稀釋影響。為實(shí)現(xiàn)在開(kāi)挖面中注漿，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)做了相應(yīng)改造，在刀盤(pán)四幅擋板上各布置了2個(gè)注漿口。在換刀前先利用刀盤(pán)上的注漿口向開(kāi)挖面注入水玻璃漿液，控制注漿壓力為0.2MPa，注漿量V1由刀盤(pán)直徑大小決定，可利用公式(1)計(jì)算得到：

式中，k為常數(shù)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)通常取0.05；d為盾構(gòu)刀盤(pán)直徑；l為水玻璃漿液滲透進(jìn)入開(kāi)挖面的深度，取0.1m。水玻璃漿液按照硅酸鈉：水=1:10的質(zhì)量比配制。開(kāi)始注入水玻璃漿液后保持注漿壓力直到注漿量滿足公式(1)計(jì)算要求。

完成水玻璃注漿作業(yè)后，拔出相應(yīng)注漿管，插入氯化鈣注漿管后注入 0.1V1的漿液，注漿壓力全程控制在0.2MPa。氯化鈣溶液按照氯化鈣：水=1:3的質(zhì)量比配制。兩種漿液不應(yīng)間隔過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，以便水玻璃漿液和氯化鈣漿液能迅速反應(yīng)形成凝膠隔水膜，同時(shí)在漿液反應(yīng)、硬化過(guò)程中會(huì)吸收漿液周圍的地下水，起到隔水固化的作用。

在做好開(kāi)挖面止水措施后，等待0.5小時(shí)使得水玻璃漿液和氯化鈣漿液充分反應(yīng)，再開(kāi)始膨潤(rùn)土注漿作業(yè)。此注漿作業(yè)是為了增加刀盤(pán)前方砂層的強(qiáng)度，降低開(kāi)挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。膨潤(rùn)土漿液也通過(guò)刀盤(pán)上的注漿口注入地層，注漿壓力控制在0.2MPa，注漿量由公式(2)計(jì)算得到。

2.2 循環(huán)注漿清渣

在完成刀盤(pán)前段止水加固作業(yè)后，開(kāi)始利用螺旋輸送機(jī)清除土倉(cāng)內(nèi)渣土，在土倉(cāng)清倉(cāng)過(guò)程中始終保持膨潤(rùn)土漿液注入，并使土倉(cāng)內(nèi)壓力維持在0.15MPa。在設(shè)置刀盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，保持螺旋輸送機(jī)繼續(xù)工作。隨著新鮮膨潤(rùn)土泥漿的不斷注入和螺旋輸送機(jī)的持續(xù)出土，土倉(cāng)內(nèi)的渣土逐漸被膨潤(rùn)土泥漿替代，直至渣土被替換干凈。

2.3 壓制混合泥膜

待土倉(cāng)內(nèi)渣土被清除干凈后，增大膨潤(rùn)土注漿管壓力，使土倉(cāng)內(nèi)壓力上升到0.25MPa。由于采用了開(kāi)孔率為25%的盾構(gòu)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，土倉(cāng)內(nèi)的高壓膨潤(rùn)土漿液由刀盤(pán)開(kāi)口進(jìn)入砂土層空隙之中，隨后開(kāi)始失水及固結(jié)，并初步形成泥膜。1小時(shí)后，將土倉(cāng)內(nèi)的壓力提升至0.35MPa，并持續(xù)4個(gè)小時(shí)，使得膨潤(rùn)土漿液進(jìn)一步滲入開(kāi)挖面砂土層中，從而在刀盤(pán)和砂土地層之間形成穩(wěn)定的泥膜。待穩(wěn)定泥膜形成后，逐漸將土倉(cāng)內(nèi)的壓力降低至0.15MPa。

在穩(wěn)定泥膜形成過(guò)程中，可同時(shí)配制由水泥砂漿和膨潤(rùn)土泥漿調(diào)配成的混合漿液。水泥砂漿按照水泥：砂：水=1：a：b的質(zhì)量比配制，其中：具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層條件試驗(yàn)得到，本例按砂：水泥：水=0.75：1：1.18的質(zhì)量比配制。配制混合漿液則按水泥砂漿：膨潤(rùn)土泥漿=1：c的質(zhì)量比配制，其中，本例取膨潤(rùn)土泥漿：水泥砂漿=0.25：1的質(zhì)量比配制成混合溶液。在穩(wěn)定泥膜形成后，將混合漿液由圖 4所示的注漿口注入至土倉(cāng)內(nèi)，控制注漿壓力為0.2MPa，同時(shí)保持土倉(cāng)壓力為0.15Mpa，注漿完成后等待24小時(shí)。隨著混合漿液不斷滲入開(kāi)挖面，在原有穩(wěn)定泥膜的基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成混合泥膜。

2.4 清倉(cāng)換刀

當(dāng)混合漿液注入24小時(shí)后，開(kāi)始利用人閘泄壓孔觀察土倉(cāng)內(nèi)混合漿液的凝固狀態(tài)，待土倉(cāng)內(nèi)混合漿液完全凝固后，打開(kāi)土倉(cāng)，此時(shí)可以觀察到土倉(cāng)內(nèi)已由硬化狀態(tài)的混合漿液填充滿，因此可以認(rèn)為此時(shí)的土倉(cāng)內(nèi)發(fā)生突水突泥或開(kāi)挖面失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)較低。此時(shí)，利用風(fēng)鎬自上而下鑿除硬化狀態(tài)的水泥砂漿和膨潤(rùn)土泥漿混合漿液。在鑿除到刀盤(pán)開(kāi)口附近時(shí)，應(yīng)注意不能鑿開(kāi)刀盤(pán)開(kāi)口處的混合漿液，以保證開(kāi)挖面的完整性和穩(wěn)定性。當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)的混合漿液清除干凈后，安裝固定換刀操作平臺(tái)，開(kāi)始換刀作業(yè)。先拆除固定刀具的螺栓和自鎖螺母，卸掉舊刀具，根據(jù)刀具的磨損情況決定是否更換新刀具，然后將新刀具或者不需更換的舊刀具，根據(jù)刀盤(pán)刀具設(shè)計(jì)要求和前期刀具磨損情況確定新舊刀具安裝位置并安裝至導(dǎo)槽內(nèi)，安裝好后用螺栓及自鎖螺母固定刀具，確保刀具不會(huì)再切割過(guò)程中松動(dòng)，最終完成換刀作業(yè)。由于新型混合漿液能使開(kāi)挖面進(jìn)行隔水及固化，所以在開(kāi)倉(cāng)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生漏水或開(kāi)挖面失穩(wěn)等事故。如果遇到有地下水從開(kāi)挖面滲入土倉(cāng)內(nèi)，應(yīng)及時(shí)用棉絮或高分子聚合材料進(jìn)行封堵。當(dāng)?shù)侗P(pán)上的刀具全部檢查更換后，重新啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)。

3 結(jié)論與建議

本研究涉及的利用新型混合泥膜的盾構(gòu)機(jī)換刀施工技術(shù)，能有效解決在砂層條件下進(jìn)行盾構(gòu)刀盤(pán)換刀作業(yè)時(shí)遇到的漏水及開(kāi)挖面失穩(wěn)等困難，提高換刀效率和成功率。

以往的填倉(cāng)換刀采用的只是水泥砂漿進(jìn)行填倉(cāng)，止水效果差，并會(huì)造成挖倉(cāng)和刀盤(pán)脫困困難，而本施工技術(shù)首先采用水玻璃漿液和氯化鈉反應(yīng)形成的凝膠隔水膜進(jìn)行吸水和固化土體，然后在刀盤(pán)和掌子面之間填充濃膨潤(rùn)土漿液，易于盾構(gòu)機(jī)脫困且止水效果好，后期填入的混合漿液易于填充并且挖倉(cāng)容易。

采用本施工技術(shù)將會(huì)大大提高換刀效率和安全性，對(duì)地面影響很小，并且成本低、效果好，可創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于采取此施工技術(shù)前需對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)進(jìn)行小的改造，增加 8個(gè)注漿口，此注漿口需在盾構(gòu)機(jī)下井前進(jìn)行改造，并設(shè)置逆止閥，防止渣土或混合漿液堵塞管路。如何解決不對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行改造即可實(shí)現(xiàn)此施工技術(shù)，是一大技術(shù)難題，也是今后進(jìn)一步研究的方向。

K928

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1007-6344（2017）10-0135-01