使用混合泥膜作為襯砌的填開倉換刀技術(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倉換刀技術(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)開倉換刀作業(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土漿液組成的混合漿液在土倉壓力作用下，通過刀盤開口向砂層滲透，固化后在掌子面周邊形成新型混合泥膜，利用風(fēng)鎬清除土倉內(nèi)硬化混合漿液的同時，保留刀盤前四周形成的混合泥膜，即可進行盾構(gòu)刀盤換刀作業(yè)。結(jié)合廣州市軌道交通九號線4標(biāo)花都廣場站～馬鞍山公園站盾構(gòu)區(qū)間工程實例中的應(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；換刀；混合泥膜；砂層

1 工程概況

廣州市軌道交通九號線4標(biāo)花都廣場站～馬鞍山公園站盾構(gòu)區(qū)間沿迎賓大道布置，左線設(shè)計起止里程為 ZDK9+864.900～ZDK11+165.556，長鏈 10.267m，長度1310.923m；右線設(shè)計起止里程為 YDK9+864.900～YDK11+165.530，長度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)機在該區(qū)域內(nèi)掘進時整個刀盤均處于砂土層與灰?guī)r交界中，且開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土泥膜作為止水和增強開挖面穩(wěn)定性的加固措施，以提高砂層中進行盾構(gòu)換刀作業(yè)的施工效率。

2 技術(shù)方案

2.1 開挖面止水加固

由于盾構(gòu)隧道在富水砂層中掘進，開挖面涌水量較大，所以在開倉換刀前先應(yīng)采取開挖面止水措施，以防止在換刀過程中發(fā)生突涌水事故。此外，止水措施還有利于后期進行開挖面加固時保持漿液的濃度，降低地下水對漿液的稀釋影響。為實現(xiàn)在開挖面中注漿，盾構(gòu)機刀盤做了相應(yīng)改造，在刀盤四幅擋板上各布置了2個注漿口。在換刀前先利用刀盤上的注漿口向開挖面注入水玻璃漿液，控制注漿壓力為0.2MPa，注漿量V1由刀盤直徑大小決定，可利用公式(1)計算得到：

式中，k為常數(shù)，根據(jù)工程經(jīng)驗通常取0.05；d為盾構(gòu)刀盤直徑；l為水玻璃漿液滲透進入開挖面的深度，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)間隔過長時間，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，同時在漿液反應(yīng)、硬化過程中會吸收漿液周圍的地下水，起到隔水固化的作用。

在做好開挖面止水措施后，等待0.5小時使得水玻璃漿液和氯化鈣漿液充分反應(yīng)，再開始膨潤土注漿作業(yè)。此注漿作業(yè)是為了增加刀盤前方砂層的強度，降低開挖面失穩(wěn)風(fēng)險。膨潤土漿液也通過刀盤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)計算得到。

2.2 循環(huán)注漿清渣

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

2.3 壓制混合泥膜

待土倉內(nèi)渣土被清除干凈后，增大膨潤土注漿管壓力，使土倉內(nèi)壓力上升到0.25MPa。由于采用了開孔率為25%的盾構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu)，土倉內(nèi)的高壓膨潤土漿液由刀盤開口進入砂土層空隙之中，隨后開始失水及固結(jié)，并初步形成泥膜。1小時后，將土倉內(nèi)的壓力提升至0.35MPa，并持續(xù)4個小時，使得膨潤土漿液進一步滲入開挖面砂土層中，從而在刀盤和砂土地層之間形成穩(wěn)定的泥膜。待穩(wěn)定泥膜形成后，逐漸將土倉內(nèi)的壓力降低至0.15MPa。

在穩(wěn)定泥膜形成過程中，可同時配制由水泥砂漿和膨潤土泥漿調(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)場地層條件試驗得到，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：膨潤土泥漿=1：c的質(zhì)量比配制，其中，本例取膨潤土泥漿：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內(nèi)，控制注漿壓力為0.2MPa，同時保持土倉壓力為0.15Mpa，注漿完成后等待24小時。隨著混合漿液不斷滲入開挖面，在原有穩(wěn)定泥膜的基礎(chǔ)上進一步形成混合泥膜。

2.4 清倉換刀

當(dāng)混合漿液注入24小時后，開始利用人閘泄壓孔觀察土倉內(nèi)混合漿液的凝固狀態(tài)，待土倉內(nèi)混合漿液完全凝固后，打開土倉，此時可以觀察到土倉內(nèi)已由硬化狀態(tài)的混合漿液填充滿，因此可以認(rèn)為此時的土倉內(nèi)發(fā)生突水突泥或開挖面失穩(wěn)等風(fēng)險較低。此時，利用風(fēng)鎬自上而下鑿除硬化狀態(tài)的水泥砂漿和膨潤土泥漿混合漿液。在鑿除到刀盤開口附近時，應(yīng)注意不能鑿開刀盤開口處的混合漿液，以保證開挖面的完整性和穩(wěn)定性。當(dāng)土倉內(nèi)的混合漿液清除干凈后，安裝固定換刀操作平臺，開始換刀作業(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)刀盤刀具設(shè)計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，確保刀具不會再切割過程中松動，最終完成換刀作業(yè)。由于新型混合漿液能使開挖面進行隔水及固化，所以在開倉過程中沒有發(fā)生漏水或開挖面失穩(wěn)等事故。如果遇到有地下水從開挖面滲入土倉內(nèi)，應(yīng)及時用棉絮或高分子聚合材料進行封堵。當(dāng)?shù)侗P上的刀具全部檢查更換后，重新啟動盾構(gòu)機恢復(fù)掘進。

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)機換刀施工技術(shù)，能有效解決在砂層條件下進行盾構(gòu)刀盤換刀作業(yè)時遇到的漏水及開挖面失穩(wěn)等困難，提高換刀效率和成功率。

以往的填倉換刀采用的只是水泥砂漿進行填倉，止水效果差，并會造成挖倉和刀盤脫困困難，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行吸水和固化土體，然后在刀盤和掌子面之間填充濃膨潤土漿液，易于盾構(gòu)機脫困且止水效果好，后期填入的混合漿液易于填充并且挖倉容易。

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

由于采取此施工技術(shù)前需對盾構(gòu)刀盤進行小的改造，增加 8個注漿口，此注漿口需在盾構(gòu)機下井前進行改造，并設(shè)置逆止閥，防止渣土或混合漿液堵塞管路。如何解決不對刀盤進行改造即可實現(xiàn)此施工技術(shù)，是一大技術(shù)難題，也是今后進一步研究的方向。

K928

B

1007-6344（2017）10-0135-01