基于砂漿置換的軟巖段盾構(gòu)刀具檢查更換技術(shù)

田先玉

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100023)

1 引言

軟土地層自穩(wěn)能力差，盾構(gòu)施工保壓、換刀困難。關(guān)于盾構(gòu)換刀和刀具修復(fù)有很多成功的案例研究，王迎新結(jié)合施工實(shí)例，提出了小型樁帷幕和內(nèi)部袖閥管注漿相結(jié)合的施工方法，在深圳地鐵2 號(hào)線(xiàn)成功實(shí)施，安全實(shí)施了常壓進(jìn)倉(cāng)換刀作業(yè)[1]。段浩等經(jīng)過(guò)多種換刀方案對(duì)比研究，提出了適用于富水砂卵石地層的盾構(gòu)換刀施工方案[2]。吳瓊根據(jù)廣州地鐵工程地質(zhì)特點(diǎn)，建議采用新型的混合泥漿，通過(guò)其硬化支撐開(kāi)挖面，成功解救了廣州地鐵換刀易涌水的難題[3]。蘇周勃根據(jù)廣州地鐵9 號(hào)線(xiàn)施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了適用于無(wú)地面加固條件的砂土地層土壓盾構(gòu)快速換刀技術(shù)[4]。何昌連結(jié)合南京地鐵施工案例，詳細(xì)總結(jié)和介紹了一種有效解決富水上軟下硬條件下的砂漿護(hù)壁盾構(gòu)換刀技術(shù)[5]。楊志勇等詳細(xì)分析了主動(dòng)和被動(dòng)換刀的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合無(wú)水砂卵石特點(diǎn)，建議采用主動(dòng)換刀方式，這樣可以有效縮短工期，提高施工效率[6]。王住剛等結(jié)合西安地鐵施工案例，對(duì)帶壓進(jìn)艙換刀技術(shù)開(kāi)展了研究，總結(jié)了盾構(gòu)帶壓進(jìn)倉(cāng)換刀施工關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地鐵安全施工[7]。譚順輝等討論了大直徑盾構(gòu)刀盤(pán)設(shè)計(jì)、常壓換刀、主驅(qū)動(dòng)伸縮擺動(dòng)及可靠密封系統(tǒng)等方面的針對(duì)性設(shè)計(jì)，對(duì)超大直徑盾構(gòu)的研究應(yīng)用和推廣提出了可供參考的建議[8]。

雖然關(guān)于盾構(gòu)換刀的研究較多，但是考慮盾構(gòu)施工面臨的環(huán)境不可預(yù)見(jiàn)性，如何實(shí)現(xiàn)常壓安全換刀一直都是施工現(xiàn)場(chǎng)重視的重點(diǎn)。本文結(jié)合某地鐵施工案例，總結(jié)了砂漿置換在富水砂卵石地層盾構(gòu)換刀和刀具修復(fù)的施工關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用具有較大幫助。

2 工程概況

蘭州市軌道交通1 號(hào)線(xiàn)一期TJI-5 標(biāo)段迎門(mén)灘站～馬灘站區(qū)間隧道，該區(qū)間從迎門(mén)灘站始發(fā)后，沿銀安路方向推進(jìn)后下穿黃河，下穿黃河段長(zhǎng)度約404m。該區(qū)間管片外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，區(qū)間左線(xiàn)長(zhǎng)1 907.577m，右線(xiàn)長(zhǎng)1 906.567m，線(xiàn)路最小曲線(xiàn)半徑340m，最大縱坡22.03%。

3 施工工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 總體施工方案

砂卵石地層換刀施工常出現(xiàn)保壓困難、掌子面涌水坍塌等問(wèn)題，常用換刀風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。砂漿置換可以通過(guò)向土倉(cāng)內(nèi)注入砂漿混合液，漿液凝固后可以有效固結(jié)刀盤(pán)開(kāi)口和倉(cāng)內(nèi)掌子面存在的空腔，起到穩(wěn)定掌子面的目的。漿液硬化強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可以采用人工方式將土倉(cāng)內(nèi)的渣土清理干凈，然后進(jìn)行常壓換刀，保證換刀操作方便和掌子面安全。

3.2 施工工藝流程

施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工流程圖

3.3 施工技術(shù)

3.3.1 置換前的準(zhǔn)備工作

置換之前需要進(jìn)行盾尾補(bǔ)充注漿，通常采用水泥水玻璃雙液漿來(lái)封堵管片外部可能存在的滲水通道，保證倉(cāng)內(nèi)安全。通常注漿壓力不應(yīng)超過(guò)0.3MPa。

3.3.2 砂漿置換填倉(cāng)注漿

通過(guò)螺旋機(jī)排渣和土倉(cāng)壁上的球閥進(jìn)行砂漿注入工作。在這個(gè)過(guò)程中，盡量保持工序的銜接，確保上部土壓波動(dòng)控制在0.3bar 以?xún)?nèi)，減少掌子面前方土體塌陷的風(fēng)險(xiǎn)、壓力太大對(duì)主軸承密封的不利影響。

置換漿液采用配比為水泥∶膨潤(rùn)土∶砂＝250kg ∶200kg ∶650kg，初凝時(shí)間為10h，通過(guò)相似條件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，注漿完成后24h 開(kāi)倉(cāng)，效果良好。注漿量根據(jù)倉(cāng)內(nèi)情況確定，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般為30m3左右，在漿液灌注過(guò)程中要不停翻轉(zhuǎn)螺旋機(jī)，確保螺旋機(jī)不被凝固的漿液鎖死，導(dǎo)致后期清理困難。

注漿可以通過(guò)漿液凝固來(lái)固結(jié)刀盤(pán)開(kāi)口和封閉倉(cāng)內(nèi)存在的空腔，為后續(xù)順利開(kāi)倉(cāng)做準(zhǔn)備；同時(shí)灌注的漿液可以有效包裹住主軸承，對(duì)主軸承承擔(dān)后期一定的注漿壓力提供緩沖層，保護(hù)主軸承的密封性。砂漿置換效果如圖2 所示。

圖2 砂漿置換效果

3.3.3 清倉(cāng)換刀

注漿結(jié)束48h 后，通過(guò)土倉(cāng)壁上3 點(diǎn)、9 點(diǎn)、倉(cāng)門(mén)旁的球閥，利用鋼筋砸入的情況和難易程度，判斷注漿效果是否滿(mǎn)足開(kāi)倉(cāng)要求。

待倉(cāng)門(mén)打開(kāi)后，通過(guò)人工采用洋鎬、鐵鍬的方式進(jìn)行渣土清理和外運(yùn)?？紤]施工的便利和安全性，清倉(cāng)按照由上至下的順序開(kāi)展，但是要保留開(kāi)口處和切口環(huán)的水泥漿，以防鑿除過(guò)多。如果鑿除超過(guò)要求，需要及時(shí)補(bǔ)充封堵，確保掌子面的封閉和穩(wěn)定性。刀具更好要做到隨拆隨換，不可一次拆掉過(guò)多。

3.4 質(zhì)量要求

填倉(cāng)砂漿強(qiáng)度不宜過(guò)高或過(guò)低，強(qiáng)度控制在0.3MPa。通過(guò)在砂漿中添加膨潤(rùn)土，使刀盤(pán)開(kāi)口和開(kāi)挖面即能得到較好的支撐、具有一定的穩(wěn)定性，又便于后期人工清理。砂漿初凝時(shí)間10h，注漿過(guò)程中反轉(zhuǎn)螺旋機(jī)，確保螺旋機(jī)不被水泥砂漿凝固[9]。

4 施工效果

采用砂漿置換進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)換刀施工，減少了氣壓換刀時(shí)掌子面不穩(wěn)定的安全隱患。保證了無(wú)法常壓、氣壓換刀情況下的盾構(gòu)換刀工作。采用常壓換刀平均用時(shí)約15d，一次換刀綜合成本高達(dá)36 萬(wàn)元，而采用砂漿置換倉(cāng)內(nèi)渣土之后進(jìn)行換刀施工，所耗費(fèi)的材料主要為水泥、膨潤(rùn)土砂子等，一次換刀綜合成本僅6.2 萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際施工中，采用砂漿置換的新技術(shù)換刀，保證施工進(jìn)度，減少了氣壓換刀的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，取得了一定的施工成果，為上軟下硬、滲透系數(shù)大燈地層常壓開(kāi)倉(cāng)換刀施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1）突破了盾構(gòu)在上軟下硬、黏土等特殊不穩(wěn)定地層、地層滲透系數(shù)大、不具備氣壓作業(yè)條件下的常壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)。

2）在洞內(nèi)施工，不需要地面加固，同時(shí)施工擾動(dòng)較小，可以有效控制地表沉降，保證建構(gòu)筑物安全。

3）克服了帶壓作業(yè)因刀具嚴(yán)重?fù)p壞無(wú)法正常拆卸而采取的動(dòng)火作業(yè)，提高了施工效率，避免了帶壓作業(yè)的施工風(fēng)險(xiǎn)。

4）相對(duì)于地面加固技術(shù)需要耗時(shí)1～2 個(gè)月進(jìn)行加固，進(jìn)行拆、臨遷和交通疏解，縮短了施工工期，功效高。

5）可操作性強(qiáng)。采用的材料為膨潤(rùn)土、水泥漿和砂，皆為通用建筑材料；采用的注漿設(shè)備為盾構(gòu)通用配置的注漿罐和注漿泵；作業(yè)環(huán)境為自然常壓環(huán)境；作業(yè)步驟簡(jiǎn)單，一般性工程人員簡(jiǎn)單培訓(xùn)后即可實(shí)施。