盾構(gòu)開倉(cāng)換刀施工技術(shù)研究

摘要：以農(nóng)業(yè)東路站至心怡路站區(qū)間的盾構(gòu)開倉(cāng)換刀施工為依據(jù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)環(huán)境的分析，從降水施工開始對(duì)前期施工準(zhǔn)備工作進(jìn)行了詳細(xì)論述，在此基礎(chǔ)上對(duì)盾構(gòu)開倉(cāng)換刀技術(shù)進(jìn)行探討，可供類似施工提供參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工;開倉(cāng)換刀;降水施工

0" "引言

當(dāng)前城市地下空間建設(shè)迅猛發(fā)展，因?qū)Π踩砸筝^高等原因，盾構(gòu)法在各種施工方法中脫穎而出，成為當(dāng)前人們廣泛使用的施工方法[1]。在以盾構(gòu)法進(jìn)行施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)是其中最為重要的工具。而作為其關(guān)鍵的部件，盾構(gòu)機(jī)中不同型號(hào)的刀盤針對(duì)的地質(zhì)條件有所不同，在具體施工時(shí)常常需要根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境更換所使用的刀具。

1" "工程概況

農(nóng)業(yè)東路站至心怡路站區(qū)間位于鄭東新區(qū)，區(qū)間起于擬建農(nóng)業(yè)東路站，先后下穿祭城路及其綠化帶、熊耳河，往東下穿東風(fēng)東路、熊耳河路、鄭和小區(qū)、東至盛和街?jǐn)M建心怡路站。線路在DK13+749處下穿在建的愛東居小區(qū)裙樓（原主樓）的C25素混凝土樁群，左線下穿長(zhǎng)度38m、右線下穿長(zhǎng)度50m。影響盾構(gòu)區(qū)間的素樁左右線影響共計(jì)324根。

原刀盤配置的撕裂刀和切刀無(wú)法保證切削大量的CFG樁群[2]。若初裝刀安裝滾刀，會(huì)影響刀盤開口率，不利于前期軟土地層掘進(jìn)，有結(jié)泥餅風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)軌道公司批復(fù)的《5標(biāo)盾構(gòu)機(jī)選型及適應(yīng)性評(píng)估方案》專家意見，需在合適位置把撕裂刀換成滾刀，保證盾構(gòu)機(jī)順利破除樁群。在掘進(jìn)施工過(guò)程中，先使用撕裂刀進(jìn)行軟土部分掘進(jìn)施工，待靠近素樁群時(shí)在加固區(qū)更換滾刀，破除素樁群。

本區(qū)間換刀位置選擇左線第646環(huán)、右線第650環(huán)。加固區(qū)的地層主要為砂層、黏質(zhì)粉土為和粉質(zhì)粘土，砂層擾動(dòng)后自穩(wěn)性差，地面為臨時(shí)停車場(chǎng)，且10m范圍內(nèi)沒(méi)有建筑物。熊兒河路距離加固區(qū)20m，來(lái)往車輛較少，具備地面加固條件。據(jù)此確定為地面采用攪拌樁加固后常壓換刀。盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)入加固區(qū)3.5～4.5m范圍時(shí)停機(jī)，地下水位必須降至隧道底部1m以下，經(jīng)檢查滿足要求后開倉(cāng)換刀。

2" "降水施工

根據(jù)該工程地質(zhì)剖面，本次盾構(gòu)推進(jìn)范圍內(nèi)的地層主要為黏質(zhì)粉土、細(xì)砂及粉砂，其初始水位標(biāo)高取79.70m，實(shí)際降水過(guò)程中，考慮將本次加固范圍內(nèi)的水位降至盾構(gòu)底以下，降水幅度為15.1m，安全水位埋深為64.6m。

降水井設(shè)置的深度除了需要考慮井損之外，還需確保抽水時(shí)的水力梯度滿足要求。考慮到地層性質(zhì)、降水幅度要求，降水井布置為完整井，井深為30m考慮，濾管埋深為12～21m、23～29m。

2.1nbsp; "降水井?dāng)?shù)量設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有資料條件下，考慮降水幅度為15.1m。如前所述，降水井井深設(shè)計(jì)為30m，為完整井。基坑中完整井涌水量Q的計(jì)算公式如下：

2.2" "施工控制

降水施工前應(yīng)確定靜水位，并通過(guò)相應(yīng)的抽水試驗(yàn)對(duì)降水效果進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)確保項(xiàng)目各項(xiàng)電路狀態(tài)，確保降水施工的連續(xù)性[3-4]。降水井基本上是在本工程降水完全結(jié)束后，在井內(nèi)用黏土進(jìn)行回填至管口，最后用鋼板進(jìn)行管口封閉，并焊接牢固，完成降水井封井。

3" "換刀施工

3.1" "施工監(jiān)測(cè)

為對(duì)地表沉降進(jìn)行控制，在對(duì)刀具進(jìn)行更換時(shí)需增設(shè)地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體如圖1所示。

監(jiān)測(cè)預(yù)警值為70%的控制基準(zhǔn)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)超出預(yù)警值斷面的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)相應(yīng)措施對(duì)其進(jìn)行控制。監(jiān)測(cè)控制基準(zhǔn)：地表沉降≤30mm，地表隆起≤10mm。

3.2" 開倉(cāng)操作流程

開倉(cāng)操作流程如圖2所示。

3.2.1" "施工準(zhǔn)備

開倉(cāng)前需對(duì)施工人員進(jìn)行相應(yīng)培訓(xùn)及技術(shù)交底。按照?qǐng)D紙對(duì)加固體進(jìn)行取芯，判斷加固體強(qiáng)度是否滿足圖紙要求。通過(guò)觀測(cè)井檢查水位是否已經(jīng)下降到管片底部以下3m。對(duì)地面初始值進(jìn)行測(cè)量，并監(jiān)測(cè)開倉(cāng)全過(guò)程。為確保施工安全，在施工前應(yīng)進(jìn)行清場(chǎng)工作。盾構(gòu)機(jī)臨近換刀加固區(qū)，掘進(jìn)速度和土倉(cāng)壓力與平時(shí)基本一樣，掘進(jìn)速度稍微減慢，以減小盾構(gòu)機(jī)對(duì)加固土體的擾動(dòng)，由原來(lái)正常段的20～30mm/min減至10～20mm/min;

為提高隧道穩(wěn)定性，應(yīng)使用能夠在較短時(shí)間內(nèi)就能凝固的漿液進(jìn)行同步注漿施工[5]。為避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，在停止推進(jìn)后應(yīng)將膨潤(rùn)土注入圍巖。采用二次雙液注漿注射盾尾管片，以產(chǎn)生止水環(huán)箍，避免出現(xiàn)水流通道。

3.2.2" "操作流程

一是出渣降壓。將渣土以螺旋輸送機(jī)的方式進(jìn)行排渣，將土倉(cāng)內(nèi)渣土出至刀盤中心向下30cm后，停止出渣。

二是開倉(cāng)前壓風(fēng)排氣及氣體檢測(cè)措施。利用刀盤孔，采用泡沫管路進(jìn)行送風(fēng)，并將出氣閥門打開將氣體排出，如圖3所示。監(jiān)測(cè)所排出的氣體，在滿足要求后即可打開倉(cāng)門。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參照表1。

2.2.3" "安全措施

開倉(cāng)后需采用風(fēng)管通風(fēng)，30min后再對(duì)氣體進(jìn)行檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)氣體時(shí)還需對(duì)其掌子面進(jìn)行控制，在確保安全的條件下即可對(duì)土倉(cāng)的其余項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。在確保空氣標(biāo)準(zhǔn)以及掌子面情況保持穩(wěn)定之后即可進(jìn)倉(cāng)。

為確保施工安全，在盾構(gòu)掘進(jìn)至擬定換刀停機(jī)位置前2環(huán)，量測(cè)區(qū)間水位滿足要求后，方可繼續(xù)掘進(jìn)，逐漸降低土壓。同時(shí)停止膨潤(rùn)土和泡沫，時(shí)刻觀察出渣土樣干濕度情況，直至干濕度滿足開倉(cāng)要求后，方可停機(jī)進(jìn)行換刀作業(yè)[6]。

為確保土倉(cāng)內(nèi)部保持平衡的氣壓，應(yīng)在打開減壓球閥后再打開倉(cāng)門。開倉(cāng)前應(yīng)先打開土倉(cāng)預(yù)留球閥，通過(guò)球閥流水、流沙情況，判斷艙內(nèi)土體水文、地質(zhì)穩(wěn)定情況。確保其符合要求之后再將螺栓拆除，最后將壓板打開。在該過(guò)程中需對(duì)倉(cāng)內(nèi)壓力情況進(jìn)行嚴(yán)格控制。開倉(cāng)過(guò)程中若出現(xiàn)涌水等異常情況，應(yīng)立即停止開倉(cāng)，關(guān)閉倉(cāng)門，恢復(fù)掘進(jìn)，待重新建立穩(wěn)定的開挖面后，方能再次開倉(cāng)。

2.3" "刀具安裝更換

此次換刀為將撕裂刀換成滾刀，需完成撕裂刀拆除及滾刀安裝。刀具的更換要求作業(yè)人員必須是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并技術(shù)合格的人員，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。為了確保刀具能正確的安裝和緊固，在安裝新刀之前，對(duì)刀座進(jìn)行徹底的清潔和檢查。換刀順序?yàn)橄葥Q邊刀再換正面刀。

在土倉(cāng)壁面上焊接45°角鋼焊接，并在角鋼上搭設(shè)環(huán)刀平臺(tái)。具體流程為：用夾具夾緊需更換的撕裂刀;使用導(dǎo)鏈掛住撕裂刀，松掉自鎖螺帽;移走墊圈，移去楔形塊，使用裝配桿將撕裂刀撬出，如有必要，握住楔形塊螺桿;將撕裂刀拉出刀箱， 移走撕裂刀;將滾刀運(yùn)至更換點(diǎn);安裝之前，清潔滾刀底座，檢查是否有變形;裝入楔形塊，上緊墊片及自鎖螺母，上緊保護(hù)蓋帽，拆掉滾刀夾具。

完成換刀之后，依次旋轉(zhuǎn)刀盤至對(duì)應(yīng)位置，完成所有刀具更換。在刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)提前撤出土倉(cāng)，待刀盤轉(zhuǎn)到指定位置后再進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)作業(yè)。土倉(cāng)門關(guān)閉之前，需對(duì)所更換器具表進(jìn)行檢查，確保無(wú)雜物遺留。螺旋輸送機(jī)前部可以露出，在換刀完畢后檢查螺旋輸送機(jī)前部的機(jī)械狀況，記錄螺桿上耐磨塊和輸送機(jī)圓倉(cāng)壁的磨損情況。

2.4" "施工控制

在盾構(gòu)機(jī)停機(jī)后，盾尾注入膨潤(rùn)土漿液，避免造成漿液將盾尾密封刷固結(jié)。利用此段時(shí)間，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行一次全面的檢查以及維護(hù)，包括盾構(gòu)機(jī)油樣檢查、主軸承潤(rùn)滑油更換、注漿泵檢修、拼裝機(jī)維護(hù)等。通過(guò)這次檢查維護(hù)，使盾構(gòu)機(jī)達(dá)到理想的工作狀態(tài)，為后期順利施工打下基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)交接班，并做好記錄。加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)工作，同步監(jiān)測(cè)相關(guān)變形情況，直至盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)，盾構(gòu)停機(jī)位置地面有專人巡視路面，并做好記錄。在刀盤、螺旋輸送機(jī)檢查及運(yùn)作正常后，方能開始恢復(fù)正常的推進(jìn)作業(yè)。

4" "結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)城市化進(jìn)程的發(fā)展需要，地下空間的開發(fā)將成為主要的方向。隨著技術(shù)的不斷成熟，盾構(gòu)法得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文以農(nóng)業(yè)東路站至心怡路站區(qū)間為研究背景，針對(duì)該工程項(xiàng)目前期準(zhǔn)備的降水施工以及盾構(gòu)機(jī)的開倉(cāng)換刀施工進(jìn)行了詳細(xì)的論述，為后續(xù)類似施工提供參考意見。

參考文獻(xiàn)

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