復合地層盾構施工換刀加固技術

馬宇佳

1.概述

由于盾構施工工程地質的復雜性和多變性，決定了盾構機配備的刀具對地層的局限性。刀具在施工過程中的磨損是不可避免的，因此在盾構施工中更換刀具是必不可少的一項工作。而在地質情況不允許的情況下，地層加固就成了換刀施工成功與否的關鍵。換刀的方式主要有一下幾種：

在自然圍巖條件下換刀；在地層預加固的條件下換刀。如采取旋噴樁加固，攪拌樁、微型樁、袖閥管加固方式；在壓縮空氣條件下進行換刀作業（當盾構機在軟巖、上軟下硬及富水地段掘進時，由于地層自穩能力差，必須利用盾構機自身及配套設備來提供使地層穩定的支撐壓力）。

由于在復合地層情況下很少有滿足自身圍巖條件下換刀的情況，所以大多數換刀必須經過地層加固后才可保證換刀安全進行；在市區內進行地鐵施工時，進行地面加固也存在較多困難（如交通堵塞不便，征地困難等）。而帶壓換刀必須是艙內土體具有一定的氣密性。否則加壓過程中造成氣體流失極易發生安全事故。

本文結合深圳地鐵5號線翻身站～靈芝站盾構區間洞內加固換刀工法進行認真總結，為盾構穿越復合地層、高富水地層及長大隧道等不具備敞開式換刀作業的工程提供可靠參考依據，有效拓展盾構機的適用范圍。

2.工程概況

翻身站～靈芝站區間盾構法隧道左線設計里程范圍DK4+196.04至DK5+474.01，短鏈12.411m，長1265.559m；右線設計里程范圍DK4+196.04至DK5+474.01，長1277.97m；區間設2個聯絡通道。結合區間地質詳勘資料以及通過對區間右線地質補勘，確定在右線DK4+240～DK4+330范圍內存在硬巖突起及球狀風化巖，基巖突起約侵入隧道斷面1～2.9m，部分巖石強度達到120MP左右，依據以往施工經驗，盾構在硬巖段掘進10m左右，需對其刀具進行檢查更換，故在進入80m孤石群前10m，需進行刀具檢查更換，其里程位置為：DK4+252。由于線路處于創業二路正下方，地面不具備加固條件，經過我公司技術部門認真總結決定進行洞內加固換刀。

3.工程地質

從翻靈區間右線補勘圖中可知，右線從里程DK4+240開始出現基巖突起及球狀風化巖，在里程DK4+252位置處，地面以下4.67m為人工回填土，4.6～8.5m為礫砂層，8.5～13.27m為礫質粘性土，13.27～16.23m為中風化花崗巖，其侵入隧道高度為2.96m。

4.加固方案

施工封水環。首先在橋架及1號臺車處施工二次注漿，防止隧道后面的水涌入土倉；要注意的是漿液凝固時間需盡量調短，二次注漿為傳統施工工藝，利用氣動注漿泵在當前掘進前10環及15環左右分別進行二次注漿，漿液采用水泥水玻璃雙液漿，水灰比采用1∶1，同時利用水玻璃濃度來調整漿液凝固時間，注漿量由注漿壓力控制，注漿壓力達到3MP并穩定5分鐘以上后停止注漿。

艙內土體改良。提前12小時拌制膨潤土漿液，使其充分發酵，在距離停機0.3m時，通過膨潤土泵系統注入膨潤土漿液，轉動刀盤充分攪拌，改良艙內及前方掌子面土體的狀態，使膨潤土漿液可起到護壁的作用。如加固后需要加壓亦可增加土倉的氣密性，避免加壓后迅速泄壓導致掌子面坍塌。

中盾外側密封。利用中盾球閥向盾體外側注入聚氨酯材料，形成密封，防止注漿過程中漿液流失到盾尾以后，避免漿液浪費；也可防止盾尾被漿液凝結，脫困時造成鉸接油缸損壞。

注漿加固。將注漿錨管插入人艙上方4個超前注漿管（錨管應插入掌子面0.5m左右），采用氣動注漿泵向刀盤前方注入雙液漿（水泥水玻璃雙液漿）。利用水玻璃濃度調整漿液凝固時間，注漿壓力達到2.0MP左右即可，注漿量可適當加大，但需時刻觀察土倉壓力變化，如果土倉壓力迅速上升則說明漿液已大量流入土倉，此時停止注漿。

注漿過程中需定期轉動刀盤防止刀盤被漿液固結住，注漿完成后需等強6小時方可開艙，雙液漿凝結后可大幅度加強掌子面的穩定性，并可在掌子面上形成護壁，艙內加壓后可避免氣壓快速泄露。

加固后開艙觀察掌子面，如果效果較好直接進行常壓換刀，如效果稍差可進行加壓換刀，注漿后使土體氣密性得到大幅度提升，也提高了帶壓換刀的安全保證；該方法成本低，效率高，并可使換刀的安全性得到大幅度提高。

5.總結

經過洞內超前注漿加固可為無地面加固條件或地質情況不滿足帶壓換刀的情況提供出較為安全的換刀條件，且比地面加固成本低、工序簡單、方便、不需中斷地面交通，并大大的縮短了換刀的工期，為今后盾構在復合地層掘進的長大隧道施工起到一定的參考作用。