含礫砂巖地層下盾構(gòu)隧道掌子面工作洞開挖技術(shù)

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-0638

作者簡(jiǎn)介：陳先鋒（1988—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)樯罨印㈤L(zhǎng)大隧道施工技術(shù)研究。

摘??要：盾構(gòu)機(jī)刀盤發(fā)生磨損會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)困難，嚴(yán)重影響施工效率。刀盤修復(fù)作業(yè)需要在盾構(gòu)隧道掌子面位置開挖工作洞，為人工修復(fù)刀盤提供站立行走的操作空間。本文以深江鐵路SJSG-1標(biāo)段盾構(gòu)項(xiàng)目為例，提出一種盾構(gòu)隧道掌子面工作洞開挖技術(shù)，重點(diǎn)闡述了作業(yè)人員進(jìn)倉流程、掌子面工作洞開挖技術(shù)、洞門鑿除施工注意事項(xiàng)等技術(shù)要點(diǎn)，為后續(xù)盾構(gòu)機(jī)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)??進(jìn)倉作業(yè)??掌子面工作洞??開挖技術(shù)

中圖分類號(hào)：U455.43

盾構(gòu)機(jī)是一種大型隧道施工設(shè)備，目前已被廣泛應(yīng)用于地鐵、水利、礦山等領(lǐng)域[1]-[2]。盾構(gòu)機(jī)穿越復(fù)雜地層過程中容易發(fā)生刀盤磨損現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工效率[3]-[4]。目前國內(nèi)外對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤檢修方法主要包括帶壓進(jìn)倉檢修[5]和常壓進(jìn)倉檢修[6]。其中，常壓進(jìn)倉是對(duì)刀盤前方的掌子面進(jìn)行加固后，打開倉門，人員通過人倉直接進(jìn)入土倉內(nèi)進(jìn)行刀盤檢修[7]。當(dāng)盾構(gòu)施工地層自穩(wěn)性好、掌子面穩(wěn)定時(shí)，刀盤修復(fù)作業(yè)流程主要為掌子面工作洞開挖、刀筒保護(hù)圈刨除打磨、定位焊接、鏜孔施工、邊緣刮刀修復(fù)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(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)性較高，需要提出相應(yīng)的施工技術(shù)，以確保施工人員的安全。

本文針對(duì)刀盤修復(fù)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(jìn)倉、掌子面工作洞開挖、洞門鑿除施工注意事項(xiàng)等角度，提出了全斷面含礫砂巖地層下盾構(gòu)隧道掌子面工作洞開挖技術(shù)。

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(zhǎng)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(gòu)+中間礦山”組合工法進(jìn)行施工，線路全長(zhǎng)13.69 km。本工程所屬的SJSG-1標(biāo)段設(shè)計(jì)里程為DK39+905～DK44+420，盾構(gòu)段全長(zhǎng)3 590 m，盾構(gòu)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(fēng)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(jì)17條，斷裂帶影響范圍約490 m。

盾構(gòu)機(jī)已進(jìn)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(zhì)含礫砂狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造；泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)軟，僅局部發(fā)育高角度裂隙，裂隙間多充填方解石。盾構(gòu)機(jī)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(fù)刀盤提供操作空間。

2 ?盾構(gòu)停機(jī)及掌子面概況

2.1停機(jī)位置

計(jì)劃于進(jìn)入斷裂帶前1320環(huán)處停機(jī)，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(yàn)

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(shí)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(jìn)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(cè)

人員進(jìn)倉前通過有害氣體檢測(cè)儀對(duì)倉內(nèi)氣體進(jìn)行檢測(cè)，氣體檢測(cè)合格后方可進(jìn)行施工，并按照要求做好記錄。有害氣體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

3??作業(yè)人員進(jìn)倉

人員完成各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，通過人倉進(jìn)入氣墊倉，嚴(yán)格按照以下流程進(jìn)行施工作業(yè)。

3.1?安裝高壓水管

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

3.2?安裝氣動(dòng)扳手

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

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

3.3??確認(rèn)通道倉門及平臺(tái)

沿氣墊倉左側(cè)爬梯經(jīng)過1處平臺(tái)和1處垂直爬梯到達(dá)掘進(jìn)方向11點(diǎn)位置作業(yè)平臺(tái)域。

3.4??安裝通風(fēng)機(jī)及水泵

將倉內(nèi)倉外3臺(tái)通風(fēng)機(jī)安裝到位，每間隔1 h對(duì)倉內(nèi)進(jìn)行一次氣體檢測(cè)，有異味時(shí)加密至每30 min一次，并形成記錄。根據(jù)實(shí)際情況，將水泵放置于氣泡倉底部，電纜和排水管通過盾構(gòu)機(jī)隔板上面的閥門連接，不影響倉門的正常關(guān)閉。當(dāng)匯水量突然增大時(shí)，立即撤出人員，啟動(dòng)環(huán)流排漿泵，關(guān)閉倉門后保壓。

3.5??拆除艙門螺栓

使用氣動(dòng)扳手與M46套筒拆卸倉門的15顆螺栓（拆除螺栓采用對(duì)角順序分別拆除，螺栓拆除按照?qǐng)D2中標(biāo)識(shí)1-2-3…-14-15順序拆除）。使用鐵錘松動(dòng)4個(gè)倉門壓塊（壓板按照下圖中A-B-C-D順序松動(dòng)）。

倉門螺栓規(guī)格型號(hào)為M30×90-8.8級(jí)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(jìn)行拆除，或使用M46敲擊扳手與鐵錘進(jìn)行輔助拆卸。

3.6??檢查開挖面

掘進(jìn)完成后此時(shí)主驅(qū)動(dòng)總伸出30 cm，然后將刀盤進(jìn)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(hào)刀盤主臂距離46 cm。

打開倉門后，首先重點(diǎn)觀察開挖倉開挖面情況，仔細(xì)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(guān)閉倉門回到倉外，將倉內(nèi)情況實(shí)時(shí)報(bào)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(fēng)

如無涌水涌沙等情況，則將倉門完全打開進(jìn)行氣體濃度檢測(cè)。在進(jìn)行觀察通風(fēng)30 min后，無異常，同步打開前閘門，則可進(jìn)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(shè)計(jì)

盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置為DK43+440，掌子面工作洞開挖之前先查看掌子面地質(zhì)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(zhǎng)8 m（半徑范圍超出刀盤外周1 m）。開挖流程為先進(jìn)行小導(dǎo)洞開挖再進(jìn)行小導(dǎo)洞兩側(cè)開挖，小導(dǎo)洞尺寸為2.5 m×2 m×0.6 m，導(dǎo)洞兩側(cè)延伸區(qū)域?yàn)? m×2 m×0.6 m。具體正立面圖及側(cè)立面圖如圖3所示。

工作洞位于掘進(jìn)方形左側(cè)中線刀盤前方。停機(jī)時(shí)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(jié)構(gòu)內(nèi)存在隔板且輔臂隔斷未到刀盤中心，故先在輔臂隔斷內(nèi)開挖工作洞，小洞頂部需要做成弧形。考慮人員高度為1.8 m，施工人員及機(jī)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(chǎng)在輔臂內(nèi)采用Φ48 mm×3 mm鋼管搭設(shè)鋼管架，鋼管架搭設(shè)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(jìn)行搭設(shè)，高度方向搭設(shè)兩排，鋼管架采用卡扣進(jìn)行連接，確保鋼管架整體穩(wěn)定性，支架滿鋪腳手板，并掛設(shè)安全防護(hù)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(kuò)

小洞完成后，施工場(chǎng)地?cái)U(kuò)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(nèi)進(jìn)行鉆孔外擴(kuò)，外擴(kuò)施工兩側(cè)采用同步施工，每側(cè)外擴(kuò)3 m。

5 ?洞門鑿除施工注意事項(xiàng)

（1）搭設(shè)腳手架時(shí)按照腳手架施工規(guī)范進(jìn)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(bào)告。

（3）破除時(shí)，及時(shí)檢查掌子面的土質(zhì)情況與設(shè)計(jì)是否一樣。如不一樣，及時(shí)反映并采取相應(yīng)對(duì)策。

6 ?結(jié)論

本文以深江鐵路SJSG-1標(biāo)段盾構(gòu)項(xiàng)目為例，提出了一種全斷面含礫砂巖地層下的盾構(gòu)隧道掌子面工作洞開挖技術(shù)，對(duì)盾構(gòu)停機(jī)位置進(jìn)行了降水降壓試驗(yàn)和有害氣體檢測(cè)，從安裝高壓水管、安裝氣動(dòng)扳手、確認(rèn)通道倉門及平臺(tái)、安裝通風(fēng)機(jī)及水泵、拆除艙門螺栓、檢查開挖面和開挖倉通風(fēng)等角度分析了作業(yè)人員進(jìn)倉流程，闡述了掌子面工作洞尺寸設(shè)計(jì)、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(xiàng)等技術(shù)要點(diǎn)，為后續(xù)盾構(gòu)機(jī)施工提供借鑒。

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