含礫砂巖地層下盾構隧道掌子面工作洞開挖技術

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-0638

作者簡介：陳先鋒（1988—），男，本科，助理工程師，研究方向為深基坑、長大隧道施工技術研究。

摘??要：盾構機刀盤發(fā)生磨損會導致盾構掘進困難，嚴重影響施工效率。刀盤修復作業(yè)需要在盾構隧道掌子面位置開挖工作洞，為人工修復刀盤提供站立行走的操作空間。本文以深江鐵路SJSG-1標段盾構項目為例，提出一種盾構隧道掌子面工作洞開挖技術，重點闡述了作業(yè)人員進倉流程、掌子面工作洞開挖技術、洞門鑿除施工注意事項等技術要點，為后續(xù)盾構機施工提供借鑒。

關鍵詞：盾構機??進倉作業(yè)??掌子面工作洞??開挖技術

中圖分類號：U455.43

盾構機是一種大型隧道施工設備，目前已被廣泛應用于地鐵、水利、礦山等領域[1]-[2]。盾構機穿越復雜地層過程中容易發(fā)生刀盤磨損現(xiàn)象，嚴重影響施工效率[3]-[4]。目前國內外對盾構機刀盤檢修方法主要包括帶壓進倉檢修[5]和常壓進倉檢修[6]。其中，常壓進倉是對刀盤前方的掌子面進行加固后，打開倉門，人員通過人倉直接進入土倉內進行刀盤檢修[7]。當盾構施工地層自穩(wěn)性好、掌子面穩(wěn)定時，刀盤修復作業(yè)流程主要為掌子面工作洞開挖、刀筒保護圈刨除打磨、定位焊接、鏜孔施工、邊緣刮刀修復等。其中，掌子面工作洞開挖工序需要破壞圍巖原有的穩(wěn)定結構，危險性較高，需要提出相應的施工技術，以確保施工人員的安全。

本文針對刀盤修復作業(yè)中的掌子面工作洞開挖工序開展研究，從作業(yè)人員進倉、掌子面工作洞開挖、洞門鑿除施工注意事項等角度，提出了全斷面含礫砂巖地層下盾構隧道掌子面工作洞開挖技術。

1 ?工程概況

深江鐵路起自深圳樞紐西麗站（不含），終至江門站（含），正線全長116.12 km。珠江口隧道工程作為深江鐵路全線控制性工程，采用“兩端盾構+中間礦山”組合工法進行施工，線路全長13.69 km。本工程所屬的SJSG-1標段設計里程為DK39+905～DK44+420，盾構段全長3 590 m，盾構始發(fā)依次穿越為：軟土300 m，上軟下硬540 m，全斷面含礫砂巖1 820 m（含20 m風化槽），全斷面花崗巖930 m，其中全斷面花崗巖范圍中需穿越F1斷裂帶及F1分支斷裂帶共計17條，斷裂帶影響范圍約490 m。

盾構機已進入全斷面含礫砂巖地層1 670 m，隧道埋深57.01 m。地層呈棕紅色，泥質含礫砂狀結構，厚層狀構造；泥質、鐵質膠結，巖質軟，僅局部發(fā)育高角度裂隙，裂隙間多充填方解石。盾構機刀盤發(fā)生磨損，具體如圖1所示，需要在掌子面位置開挖工作洞，為人工修復刀盤提供操作空間。

2 ?盾構停機及掌子面概況

2.1停機位置

計劃于進入斷裂帶前1320環(huán)處停機，里程為DK43+440，該處位于全斷面含礫砂巖地層，該地層自穩(wěn)性好，掌子面穩(wěn)定，無滲漏水及掉塊情況。

2.2降水降壓試驗

打開連通閥，將前倉與氣泡倉連通，逐步將液位降至-2 m，分階段降低氣泡倉壓力，每次減壓0.5 bar，維持時間不少于10 min，觀察液位上漲情況，直至壓力降至0。打開氣泡倉后隔板中部球閥進行放漿，觀察水流量不超過20 m?/h，水流量未增加即滿足常壓開倉要求。

2.3有害氣體檢測

人員進倉前通過有害氣體檢測儀對倉內氣體進行檢測，氣體檢測合格后方可進行施工，并按照要求做好記錄。有害氣體檢測標準如表1所示。

3??作業(yè)人員進倉

人員完成各項準備工作后，通過人倉進入氣墊倉，嚴格按照以下流程進行施工作業(yè)。

3.1?安裝高壓水管

人員進倉后，確定A23穿倉件位置，使用M30開口扳手或活動扳手拆下堵頭，堵頭型號為16S液壓接頭，連接好氣動扳手的高壓氣管，保證連接處無漏水。A23選取兩個通道接高壓水管。

3.2?安裝氣動扳手

確定A23穿倉件位置，使用活動扳手安裝氣管，連接好氣動扳手后測試扳手性能及工作狀態(tài)，同時確保連接處無漏氣。

在安裝水管和氣管管路過程中注意對接頭螺紋的保護，如果螺紋連接困難，及時與倉外人員溝通，更換新通道，禁止強行破壞性連接。

3.3??確認通道倉門及平臺

沿氣墊倉左側爬梯經(jīng)過1處平臺和1處垂直爬梯到達掘進方向11點位置作業(yè)平臺域。

3.4??安裝通風機及水泵

將倉內倉外3臺通風機安裝到位，每間隔1 h對倉內進行一次氣體檢測，有異味時加密至每30 min一次，并形成記錄。根據(jù)實際情況，將水泵放置于氣泡倉底部，電纜和排水管通過盾構機隔板上面的閥門連接，不影響倉門的正常關閉。當匯水量突然增大時，立即撤出人員，啟動環(huán)流排漿泵，關閉倉門后保壓。

3.5??拆除艙門螺栓

使用氣動扳手與M46套筒拆卸倉門的15顆螺栓（拆除螺栓采用對角順序分別拆除，螺栓拆除按照圖2中標識1-2-3…-14-15順序拆除）。使用鐵錘松動4個倉門壓塊（壓板按照下圖中A-B-C-D順序松動）。

倉門螺栓規(guī)格型號為M30×90-8.8級全螺紋螺栓。拆卸過程中如拆卸困難，先將附近螺栓裝回，再進行拆除，或使用M46敲擊扳手與鐵錘進行輔助拆卸。

3.6??檢查開挖面

掘進完成后此時主驅動總伸出30 cm，然后將刀盤進行縮回30 cm，刀盤處于完全收回的狀態(tài)，距離掌子面30 cm，通道距離1號刀盤主臂距離46 cm。

打開倉門后，首先重點觀察開挖倉開挖面情況，仔細排查開挖面是否有滲漏、滲水、流砂、起皮、皸裂、脫落等不穩(wěn)定情況，如果發(fā)生任何一種不穩(wěn)定情況，立即關閉倉門回到倉外，將倉內情況實時報告給管理人員。如果開挖面無任何異常，則繼續(xù)下一步工作。

3.7??開挖倉通風

如無涌水涌沙等情況，則將倉門完全打開進行氣體濃度檢測。在進行觀察通風30 min后，無異常，同步打開前閘門，則可進行常壓作業(yè)。

4 ?掌子面工作洞開挖

4.1 ?工作洞尺寸與位置設計

盾構機停機位置為DK43+440，掌子面工作洞開挖之前先查看掌子面地質情況，看圍巖是否完整有無裂隙，拱頂有無裂隙及掉塊等。由于掌子面作業(yè)空間有限，不滿足人員工作要求，故在掌子面開挖尺寸高度約2 m（水平中心線向下2 m），深度約0.6 m，長8 m（半徑范圍超出刀盤外周1 m）。開挖流程為先進行小導洞開挖再進行小導洞兩側開挖，小導洞尺寸為2.5 m×2 m×0.6 m，導洞兩側延伸區(qū)域為3 m×2 m×0.6 m。具體正立面圖及側立面圖如圖3所示。

工作洞位于掘進方形左側中線刀盤前方。停機時將輔臂停在90°位置。工作洞位置示意圖如圖4所示。

4.2 工作洞中心小洞施工

受掌子面空間限制，刀盤輔臂結構內存在隔板且輔臂隔斷未到刀盤中心，故先在輔臂隔斷內開挖工作洞，小洞頂部需要做成弧形?？紤]人員高度為1.8 m，施工人員及機具站位體積為1.5 m，故開挖尺寸為2.5 m×2?m×0.6 m（高×寬×深）的小洞，可滿足后期要求。

為方便開挖，現(xiàn)場在輔臂內采用Φ48 mm×3 mm鋼管搭設鋼管架，鋼管架搭設高度為2 m，與刀盤形成可靠連接。鋼管架間距按1.2 m×1.2 m×0.9 m進行搭設，高度方向搭設兩排，鋼管架采用卡扣進行連接，確保鋼管架整體穩(wěn)定性，支架滿鋪腳手板，并掛設安全防護網(wǎng)。施工作業(yè)全過程配搭安全帽、防滑鞋及安全帶，確保施工作業(yè)安全。

4.3 工作洞小洞外擴

小洞完成后，施工場地擴大，人員可站立在開好的2.5 m×2 m×0.6 m（高×寬×深）的小洞內進行鉆孔外擴，外擴施工兩側采用同步施工，每側外擴3 m。

5 ?洞門鑿除施工注意事項

（1）搭設腳手架時按照腳手架施工規(guī)范進行施工。

（2）鑿除過程中須有專人旁站。密切注意鑿除作業(yè)面土體情況，如有異常須馬上撤離作業(yè)區(qū)所有人員，并馬上報告。

（3）破除時，及時檢查掌子面的土質情況與設計是否一樣。如不一樣，及時反映并采取相應對策。

6 ?結論

本文以深江鐵路SJSG-1標段盾構項目為例，提出了一種全斷面含礫砂巖地層下的盾構隧道掌子面工作洞開挖技術，對盾構停機位置進行了降水降壓試驗和有害氣體檢測，從安裝高壓水管、安裝氣動扳手、確認通道倉門及平臺、安裝通風機及水泵、拆除艙門螺栓、檢查開挖面和開挖倉通風等角度分析了作業(yè)人員進倉流程，闡述了掌子面工作洞尺寸設計、工作洞中心小洞施工、工作洞中心小洞施工、洞門鑿除施工注意事項等技術要點，為后續(xù)盾構機施工提供借鑒。

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