浅解筑盾构开仓换刀施工方法论文

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

林成飞

摘要：本文建筑工程论文通过深圳地铁1号线大新站～鲤鱼门站盾构区间施工中，盾构刀具磨损，进行更换所采用的各种换刀进行讨论和述说。
关键词：盾构、气压、注浆、换刀
1 论文前言
随着我国轨道交通的不断发展，盾构法施工作为最安全，最有效的区间施工工艺。盾构法施工较适用软土地层，在存在孤石、硬岩的地层施工较困难，施工难度较大。其中盾构刀具的磨损和更换，是盾构掘进过程中的重中之重。
2 换刀方案讨论
目前采用较多的换刀方法主要有两种：气压换刀和常压换刀，其中常压换刀又分为预处理常压换刀和注浆常压换刀两种。
气压换刀：利用盾构机自带的两台空压机或辅助压气设备，对土仓进行加气压，将土仓内的水、土用空气进行置换，用气压代替原来的水土压力，建立土仓内气压和仓外水土压力平衡，然后人员进入土仓内带压作业，进行刀具的更换。
常压换刀：在不加气压的情况下，利用土体的自身稳定性平衡仓外的水土压力，然后人员在常压下进入土仓进行道具的更换作业；常压分两种：预处理常压换刀和注浆常压换刀。预处理常压换刀：提前确定换刀地点，在地面预先采用三轴搅拌桩、旋喷桩等土体加固措施提前对土体进行加固，增强土体的自稳性能，然后盾构机刀盘进入加固区后，进行常压开仓换刀的施工方法。注浆常压换刀：通过刀盘注浆孔，向土仓内注入水泥浆，采用水泥浆替换原状土，辅助盾构机超前地质钻孔钢花管注浆，利用注浆体形成帷幕，并增加土体的自稳性能，然后进行常压清仓和刀具更换的施工方法。
 

3 工程案例
（一） 工程概况
大新站～前海站区间隧道管片采用标准环钢筋混凝土管片，管片外径6000mm，内径5400mm，厚度300mm，衬砌宽度1500mm，强度等级为C50，抗渗等级为S10。大新站～前海站区间以⑥１砾质粘性土、⑥２砂质粘性土、③11砾砂为主，前海站局部拱顶位于淤泥层，中间有约60m长度穿越花岗岩微风化和全风化层。两区间采用两台海瑞克盾构间隔一个月进行同向掘进施工。当右线盾构掘进182环至185环时，推力增加逐渐增加，扭矩减小，方向难于控制。直至186环盾构停机，推力已达到2600T，速度为零，垂直偏差已经达到12mm/m，无法继续向前推进，需要进行刀具更换。 由于地层漏气而无法建压，且盾构上方无加固条件。因此本次换刀计划采用注浆常压换刀。
（二） 施工流程

（三）注浆法常压换刀施工方法原理：
主要是通过向土仓内注浆置换原有的水土混合物，并向仓外扩散，利用刀盘的后退功能，将刀盘后退，采用钢花管注浆形成坚硬的顶部保护这样盾构藏四周和前部形成一个水泥浆构筑的掩体。
（四）主要施工过程
第一步：盾尾和土仓内注浆
盾构停机之后，通过盾构注浆管和仓内注浆有两个目的：其一为固结仓内及刀盘开口，封堵可能存在的空腔，确保能顺利开仓；其二为包裹住主轴承，防止超前注浆压力太大对主轴承密封造成危害。考虑到土仓内碴土非常多，注砂浆的过程中同时要在保证土仓压力不小于2.0bar的条件下进行出土。加固砂浆过程中旋转刀盘，保证砂浆与仓内碴土混合均匀凝固。砂浆可以采用水泥浆或水泥砂浆两种，本次换刀采用水泥砂浆，加注砂浆骨料配比：水泥300kg、砂子800kg、粉煤灰200kg、膨润土200kg，注浆方量约30m3。

第二步：检查仓内注浆质量
在盾构超前注浆之前，应先检查土层内注浆情况，查看注浆体的凝固情况。检查方法如下：
先打开土仓壁上上的两个球阀，利用直径10mm左右的钢筋向土仓内砸入，根据砸入的情况判断土仓内注浆体的凝固。情况，如浆液已变为塑状且无水流出，则表明可进行下一步的超前注浆工作。
第三步：盾构超前注浆
本工程采用的海瑞克盾构机设置有12个超前地质钻孔，其中底部2个，中部6个，顶部4个，超前地质钻孔的外插角为11度，布置位置见示意图二。本次通过上部10个超前注浆孔，向前方打超前注浆管，注浆管采用Ø40钢管，长度6m，打入深度5.5m，注浆管到达刀盘前方1.0m，管前端0.5m范围内，间隔100mm进行打孔，孔直径10mm，梅花状布置。注浆量采用压力控制，注浆控制压力控制为1Mpa左右，一边注浆一边向后拔超前注浆管。
第四步：检查注浆效果
打开盾体上两侧的球阀，利用直径10mm左右的钢筋向盾构壳体外砸入，根据砸入的情况判断凝固的情况，检查注浆后侧壁土体情况，看是否还有未凝固的砂层，是否还有地下水流出。这两个条件均满足，表明侧壁加固效果也比较好。
第五步：土仓内渣土清理
注浆效果满足要求之后，打开仓门开始清仓，清仓利用扬鎬，铁锹，采用编织袋装土，人工送上皮带机，再由皮带机送往碴土车。清仓顺序由上至下，切口环及开口处水泥浆保留。如凿除过程中部分地方过凿，立即采用快硬水泥封堵。
第六步：刀盘前注浆效果检验
土仓清理到刀盘开口后，利用风钻进行打孔，检查注浆后刀盘前方土体的固结情况和渗水情况。这两个条件均比较好，则清仓工作可以继续，刀盘的开口部位采用背板进行封堵，防止注浆体坍塌。
第七步：刀具更换
土仓内注浆体一边凿除，一边进行刀具的拆除和更换工作，凿出一把，更换一把。对于难于安装的刀具，先拆除，待仓清理完成后转动刀盘再更换。每更换一把刀具，要对刀具周边空隙采用纱布和背板进行封堵。
第八步：土仓内回填土
盾构刀具更换完成之后，拆除背板，转动刀盘，刀盘转动之后，向土仓内回填土方，回填土采用粘性土或者膨润土，恢复土仓的水土压力。
第九步：盾构脱困恢复掘进
盾构停机之后，盾构和盾构前方，侧方均进行注浆，浆液将盾构机包围，盾构机要恢复掘进，首先要进行盾构机脱困。盾构机脱困之后，正式建立土压平衡，恢复掘进。
4 论文结语
通过注浆常压换刀，解决了大量的地面没有加固空间且地层无法保压的盾构换刀情况，但换刀也存在不成功案例，因此施工过程中应注意以下问题：
（一） 注浆过程应注意反转螺旋机，避免水泥浆凝固将螺旋机卡住。
（二） 清仓过程中，应注意观察注浆体，应及时的采用背板将刀盘开孔区和刀盘与盾构壳体的空隙进行封闭。
（三） 注意及时排水，避免水浸泡注浆体。
（四） 注意加强地面监测，出现较大变化应立即关闭仓门，回填砂浆或土。
（五） 对地面的构建筑制定应急处理方案，地面准备应急物资，出现异常，应立即采取必要的应急处理措施，确保地面构建筑的安全。