裝配式盾構刀盤檢修井施工技術

鄭 君 楊 斌 張 琳

（1.廣州科技職業技術大學，廣東廣州 510550；2.中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

北京地區卵石地層具有卵石粒徑大、顆粒級配不均勻、顆粒間無內聚力、內摩擦角大、流塑性極差、磨蝕性強等特點。盾構在此類地層中掘進，摩阻力大、刀盤扭矩大，易造成刀具的嚴重磨損。因此，進行土壓平衡盾構換刀技術研究對于加快工程進度，降低工程風險是非常有必要的。項目采用裝配式盾構刀盤檢修井技術，具有安全性、快速、成本低、環保、適用范圍廣的特點。

1 工程概況

3#區間風井位于南環鐵路以南，京開高速公路輔路東側的海子公園園區范圍內，出地面風亭位于新發地中心幼兒園西南側，風井所處位置現狀為海子公園園區范圍綠地，3#區間風井場區作為盾構機始發基地。3#區間風井長約129 m，為明挖地下二層框架結構，南側兼作盾構接收井，北側兼作盾構始發井。

風井采用明挖法施工，覆土厚度約4.445 m，盾構井寬31.5 m；標準段寬25.88 m，基坑深約24 m。圍護結構形式為Ф800@1 500鉆孔灌注樁+Ф800×16 mm鋼管支撐。

磁各莊站-草橋站區間3#區間風井、3#區間風井-草橋站前盾構接收井及聯絡通道等，盾構區間采用2臺外徑9.1 m的土壓平衡盾構機同時施工。本區間共設置2處檢修井，分別是7-1與7-2。7-1、7-2盾構檢修井深24.68 m，平面形狀為類橢圓形，采用倒掛井壁法施工，內凈空為3 m×3.6 m，盾構區間左右線各開挖一個豎井。右線7-1檢修井位于道路綠化隔離帶內。左線7-2盾構檢修井位于京開輔路東側新發地橋北公交站附近，北側2 m位置有一天橋，邊上有兩棵樹木。裝配式盾構刀盤檢修井施工工藝，用于定點對盾構機刀盤進行整體檢修并更換磨損嚴重的刀具。

2 總體施工方案

由于盾構掘進速度較快，在區間隧道掘進到達檢修井位置前，需要根據設計位置先期進行檢修井的施工工序。盾豎井周邊場地平整完成后，先進行施工準備（圍擋施工、臨建施工），豎井鎖口圈施工，豎井鎖口圈施工完畢后進行垂直運輸設備的安裝與調試。吊車等按照安全技術規范等相關要求進行報驗后進場，調試后進行豎井施工。

（1）盾場地臨時設施主要是臨時生產設施，包括加工房、庫房、施工用電、工地消防、渣土堆放、吊車停放區、注漿作業機械停放區等，施工總平面圖嚴格按照設計要求進行布置，明確劃定功能分區。場地優先滿足臨時棄土堆放、材料庫房、場內便道等生產用地。為確保順利、高質高效地完成施工任務，根據施工進度計劃，合理、有計劃地進行調動工人，選用有經驗的工人和領工員，并在施工期間對所有施工作業人員進行集中培訓、標識，特種作業人員堅持持證上崗制度，確保其滿足上崗要求。

（2）常規段每榀結構高度為0.96 m，盾構段每榀結構高0.55 m，開挖至設計深度，拼裝施工鋼封底。遇軟弱松散地層，每隔一榀在波紋板腹部打設長2 m的DN32、t=2.75 mm鎖腳錨管與水平向成30°，鎖腳錨管需注漿。

（3）一次回填，自井下往上，每架設一層鋼支撐，安裝一層對應的擋土板。

（4）施工材料為工字鋼#22a；M20、M22螺栓，強度等級8.8；H型鋼，尺寸為200 mm×200 mm；波紋板，尺寸為150 mm×50 mm，厚度3、5 mm；方鋼管，尺寸為110 mm×110 mm×6 mm、140 mm×140 mm×8 mm。

3 施工步驟

3.1 鎖口圈梁施工

鎖口圈梁輪廓尺寸1.2 m×0.5 m（深），波紋板護欄高1.2 m，便于擋水、擋土。波紋板護欄取代以往的混凝土擋墻，具有結構穩定、連接快捷、后期拆除簡便的特點。

3.2 土方施工

土方開挖過程中，架設鉛垂儀（鋼絲）放線，并用鋼尺進行定向輔助測量。

3.3 井壁支護

（1）圈梁施工澆筑完成后，拼裝預制圈梁及護欄。

（2）架設第一層腰梁開挖土體，每榀開挖深度0.55 m，及時架設一榀波紋板，將其與第一道鋼腰梁連接緊固。

（3）拼裝第二道鋼腰梁，波紋板采用錯縫拼裝安裝。

（4）及時架設內支撐。

（5）后續施工過程重復步驟。

（6）縱向剖面上對結構尺寸采用了不同的型號，沿深度方向設置了常規段、加強環、盾構段，加強環部位采用連續鋼腰梁錯縫拼裝對接，盾構段施工過程與常規段相同。

施工中如遇到易坍塌的粉細砂地層、軟弱易變形地層、松散土體開挖后易剝離地層，需要隔榀打設鎖腳錨管，鎖腳錨管進行注漿。

3.4 井內照明

井內施工時采用探照燈進行井內照明，探照燈采用角鋼固定在圈梁上，燈頭正對井內進行照明，并根據現場實際施工需要安裝36 V低壓照明燈。注漿間隔距離依據地層條件確定，對于粉黏等自穩性較好地層，每隔2 m進行一次注漿，對于粉細砂等軟弱地層，需要進行同步注漿。

3.5 注漿加固

注漿間隔距離依據地層條件確定，對于粉黏等自穩性較好的地層，每隔2 m進行一次注漿，對于粉細砂等軟弱地層，需要進行同步注漿，長度2 m。

3.6 檢修井封底

當挖至設計標高時，進行基底清理整平，鋪設墊層，封底鋼板采用預制鋼板，現場進行組裝。

3.7 檢修井回填

檢修井分兩次回填，第一次回填是為了滿足盾構機推進到豎井過程中的安全，保證盾構頂進過程中結構的安全穩定，第二次是盾構刀盤檢修完成后，回收所有支護結構并回填豎井。含水量一般以手握成團、落地開花為適宜，氣候干燥時須采取加速挖土、運土地、平土和碾壓過程，以減少土的水分散失。填料為碎石類土（充填物為砂土）時，碾壓前應充分灑水濕透，以提高壓實效果。

4 施工計劃

4.1 施工風險管理的內容

風險管理的主要內容包括風險識別、估計、評價以及風險規劃和控制。

4.2 自身風險

檢修井斷面內凈空3.0 m×3.6 m，豎井進行深孔注漿加固，加固范圍為盾構機垂向上下各3 m，盾構掘進方向支護結構外6 m。豎井開挖過程中用鋼腰梁、波紋板、立柱及時封閉成環。環境風險如表1所示。

表1 環境風險 單位：m

4.3 工程總體特點

（1）作業操作空間窄小。

結合工程設計文件、管線調查結果及地質工程資料，對檢修井所在現場進行踏勘后可知，本檢修井施工區域狹小，附近管線較為密集。支護結構內凈空為3 m×3.6 m，可供施工人員操作的空間有限，內部架設鋼支撐、立柱后，空間將進一步縮小。由于井內空間有限，在進行土體提升及機具吊裝時，施工人員經常會處在吊物下面進行作業，而具有受到掉落物體砸傷的危險。另外，作業人員上下井爬梯頻率極高，具有失穩發生墜落的危險。

（2）作業環境復雜。

由檢修井地質剖面可知，施工過程中可能會遇到非飽和黏土、粉質黏土、夾砂、砂卵石的黏土層、黃土層，開挖過程中可能會出現管涌。隨開挖深度的增加，可能會出現缺氧及遇到有毒有害氣體。

（3）風險重難點。

本工程附近管線分布較多，受工程影響較大的有雨水管、燃氣管、上水管等，對臨近風險源的控制是本工程的重點和難點。7-2檢修井鄰近雨水管線和中壓燃氣管線，確保開挖支護過程中的管線安全質量是施工中的重點和難點。雨水管邊緣距離0.85 m，埋深3.3 m，小導管注漿加固，長2.2～5.5 m；燃氣管邊緣距離2.8 m，埋深1.6 m，小導管注漿加固，長0.85～2.6 m，燃氣管邊緣距離3.8 m，埋深2.1 m；小導管注漿加固，長0.85～2.6 m；京開輔路，7-2井位于京開高速東側京開輔路與非機動車道之間，深孔注漿加固；嚴格控制開挖量，及時進行支護。

4.4 檢修井及管線相對位置布置

（1）雨水管線。

環境風險等級為二級，管底埋深5.2 m，管線施工的方法為明挖法，開挖邊線與管線間距離為1.3 m。

（2）燃氣管線。

環境風險等級為二級，管底埋深2.6 m，管線施工的方法為明挖法，開挖邊線與管線間距離為3 m。

（3）上水管線。

環境風險等級為二級，管底埋深2.5 m，管線施工的方法為明挖法，開挖邊線與管線間距離為3.8 m。

5 結語

運用裝配式盾構檢修井施工技術為常壓動火檢修刀盤提供作業豎井，適用于檢修井提前施工，盾構機到達后施工效率較慢。裝配式腰梁+波紋板+型鋼對稱及鎖腳錨桿護壁形式結構穩定性強，施工減少開挖工程數量，降低工程成本，對周邊地表及建筑物沉降影響非常小，避免了盾構機長時間停機、工期延誤帶來的隱性成本增加，為盾構刀盤檢修井修建提供了切實有效的施工方法。施工過程中鋼結構支護代替以往混凝土錨噴支護，可有效抑制揚塵，裝配式腰梁、波紋板及型鋼對稱后期拆除后仍可回收利用，滿足可持續發展和綠色施工的理念。