卢伟康
佛山市铁路投资建设集团有限公司 广东 佛山 528000
摘要:近年来，随着城市的发展，地铁在城市公共交通系统中的地位愈发重要。随着地铁里程的不断增大，地铁覆盖范围越来越广，地铁已不单单是城市中心区域独有的交通方式。由于盾构穿越的地层条件通常比较复杂，这使得盾构机刀盘的磨损程度较为严重，需要及时更换刀具从而继续掘进。根据施工情况及地层条件总结出一种盾构填仓换刀施工技术，并给出了开仓准备及填仓换刀的具体流程。经多方面研究表明，该技术手段的应用可以有效地完成盾构机的常压状态换刀工作，保证了盾构掘进施工的进度。本文以某市地铁6号线区间工程为实例，在充分调研施工实际情况及地层环境的基础上，选定开仓换刀的位置，给出了开仓前期的准备工作，形成一套盾构填仓换刀技术。
关键词：地铁盾构；盾构隧道；填仓换刀施工
引言：
目前，由于地铁在城市发展中占有重要地位，给人们带来诸多便利，其施工技术也受到相关方面的关注。其中，盾构机换刀的方式主要分为常压换刀及保压换刀两种，在掌子面稳定性较好时通常选择常压换刀，其具备较高的施工效率且对人员的作业安全有保证，当掌子面不稳定时可采用先填仓后进行常压换刀。保压换刀通常应用于地层环境恶劣、地下水发育严重掌子面无法维持稳定的盾构隧道工程中，由于其高压环境加大了人员操作的风险，且施工流程较为复杂。
1工程概况
某市轨道交通6号线区间右线全长1287．241m，左线全长1306．305m，设置2处联络通道(其中1处兼泵房)。本区间采用盾构法施工，从文祥街的文昌路站小里程端出来后沿文祥街向东左转，横穿书城路、下穿南湖连通渠，横穿文馨街后沿珞狮南路向北到达洪山区政府站大里程端接收。左线区间隧道始发段以黏土及强风化岩为主，隧道中间段以中风化石灰岩为主，隧道接收段以强风化岩及黏土层为主。右线区间隧道始发段以黏土及强风化岩为主，隧道中间段以中风化石灰岩为主，隧道接收段以强风化岩及黏土层为主。在施工过程中，右线在掘进至369环处时，盾构机扭矩明显增大，刀具磨损严重，无法进行安全掘进，应停机采取换刀措施进行处理。
2地铁盾构隧道开仓位置确定
盾构法是修建地铁的常用方法，其优点是施工速度快，自动化程度高，对地面交通不造成影响等。地铁路基不同于一般的地面建筑物，它对地表位移的敏感程度高，细微的地表位移都会引起铁道的挠曲破坏，不满足列车安全行驶的要求。由于地层从上至下依次为:杂填土、黏土、原生红黏土、中风化石灰岩、盾构穿越地层为中风化石灰岩及溶洞填充物，地质自稳性较强，中等透水性，且停机位置前期有地质勘探孔及岩溶注浆孔为彻底封堵[1]。该区间右线在掘进至369环处刀具磨损严重，常压进仓更换滚刀9把，由于掌子面不稳还剩12把滚刀未更换，其中包括3把已拆未装，1把拆除完成80%，8把中心刀未拆除。计划在369环位置进行填仓后再常压进仓更换剩余12把损坏的刀具，根据右线地层及地表实际情况制定此次刀具更换点。盾构机刀盘掘进至DK29+499．85处(369环)进行填仓后再常压进仓更换剩余损坏刀具，该处刀盘位于南湖连通渠正下方，隧道埋深16.55m，连通渠水位高约2.5m。
3盾构隧道填仓换刀技术
3.1填仓换刀技术要点
3.1.1盾体及刀盘保护
通过盾体径向注浆孔向盾壳周围注入膨润土泥浆或黄油，防止由于盾体被浆液抱死而造成盾构机停机。泥浆采用膨润土∶水=1∶3的比例拌制，注入量不小于6m3。
注浆完成后应通过盾体径向孔检查注入质量；在浆液储存罐内拌制膨润土泥浆，并通过同步注浆系统注入，避免盾构机尾部被浆液凝结破坏以及注浆管道堵塞；为避免刀盘的主轴承等构建密封性能遭到破坏，采用刀盘密封系统注入适量的HBW油脂。
3.1.2填仓作业
填仓作业的关键是要在掌子面及刀盘上方形成一层保护膜，在一段时间内保证掌子面的稳定，给换刀作业提供一个稳定的作业环境，填仓换刀工序如下:1)中盾径向孔注聚氨酯，确保中盾、盾尾与土体的间隙之间填仓满聚氨酯，以保证土仓压力稳定，不漏气[2]。2)土仓内注入泥浆(主材膨润土)，渗透掌子面，每次注入令土仓顶部压力达到3．8bar，待土仓顶部压力稳定在3．5bar(3h不下降)，停止注入。3)通过土仓前壁球阀向土仓内部注浆，用于置换土仓中渣土。
3.1.3盾构机超前注浆
钢花管采用6m长Φ48mm的钢管，对穿梅花形布孔，孔径8mm，纵向间距为10cm，布孔长度1m；浆液采用P．O32．5R，1∶0．8～1∶1水泥浆液；将定制的注浆导管插入倾斜超前注浆孔进行注浆。注入水泥浆液，注浆压力保持在0．3MPa～0．4MPa范围内，在压力稳定后持续注浆，直至压力上升后，再进行20min～30min注浆操作；以1m为一个注浆段，注完一段，拔出一段，逐步进行注浆加固，特别是刀盘前方0．8m～1m、切口环上方位置重点注浆。
3.1.4检查土仓及地层条件
开仓前进行降压试验，监测地面情况。使用螺旋机进行出土降压，同时打开土仓壁上的球阀进行放水降压。当土仓压力降至常压，土仓内渣土降至人闸下以后，如果地面沉降在允许范围之内，可进行常压换刀。在开仓换刀前需要进行土仓内部环境检查，打开阀门插入钢筋，通过钢筋的插入深入判定凝固情况，当浆液已呈硬塑状态不再流动时，表明土仓内的土体已经固结[3]。若地面沉降超出了25mm，应停止土仓降压，并向土仓内注入惰性浆液，恢复土仓压力，重新采取注浆加固措施。注浆加固完成后重复以上降压试验过程，直至地面沉降稳定，即可进行开仓换刀工作。
3.2土仓清理及换刀
通过土仓壁球阀和人仓门上方的球阀孔，采用钢钎检查仓内固结情况，确认砂浆固结且探孔无渗水后，方可开仓门。打开仓门后先进行适当的通风、气体检测，然后从仓门口开始用铁铲、洋镐、编织袋进行清仓工作。1)清理人仓附近的①号区域，宽度1m，高度1．5m，进尺0．7m，右侧区域暂不清理，上部留1．5m暂不清理;2)清理②号区域;3)清理③号区域，高度1．5m，更换③号区域的刀具;4)清理④号区域，并更换④号区域的刀具，同时检查并清理螺旋的出土口;5)清理⑤号区域，并更换①，②，⑤号区域的刀具;6)清理⑥号区域，并更换⑥号区域的刀具;7)清理切口环、清理开口，确保刀盘不被卡住;8)关闭仓门，转动刀盘，如可以转动刀盘，直接恢复掘进即可;如无法转动刀盘，则从下至上清理刀盘与掌子面之间的砂浆，直到刀盘可以转动为止[4]。开挖到切口环及刀盘开口位置，立即用模板将切口环及刀盘开口位置封堵，预防土体掉落。清仓期间必须持续不断的给土仓送风，确保仓内空气流通。
结语：
本文以某市轨道交通6号线区间工程为依托，基于实际施工情况及地层条件总结出一种盾构填仓换刀施工技术，给出了开仓前期准备流程及填仓换刀的具体流程。该技术的实施完成了常压状态下盾构机的换刀工作，同时保证了盾构隧道施工的顺利进行。
参考文献：
[1]毕继鑫,田林亚,张洋,徐东明,赵亮.地铁盾构法隧道贯通测量风险分析与控制[J].都市快轨交通,2019,32(05):102-108.
[2]于德海,张涛.邻近桥桩地铁盾构隧道变形规律及力学行为分析[J].应用基础与工程科学学报,2019,27(03):545-552.
[3]刘伟,邹蕾.地铁盾构隧道施工的质量控制分析[J].四川水泥,2018(09):271.
[4]赵晓彦,张肖兵,范智浩,张志学,张士强,崔向寒.面向地表沉降控制的地铁盾构参数研究[J].工程地质学报,2017,25(02):300-307.