土壓平衡盾構(gòu)隧道內(nèi)更換尾刷技術(shù)

劉雷

摘 要：文章以石家莊地鐵1號(hào)線二期工程?hào)|莊站-會(huì)展中心站區(qū)間為背景，重點(diǎn)闡述為保證順利穿越滹沱河主河道所采用的隧道內(nèi)盾尾刷更換技術(shù)，從地質(zhì)實(shí)地勘察、技術(shù)難點(diǎn)分析、施工方案制定、應(yīng)急搶險(xiǎn)措施等幾方面進(jìn)行探討，證明在隧道內(nèi)更換盾尾刷是可以安全實(shí)現(xiàn)的，可為類似工程的盾尾刷更換技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：盾尾刷 注漿 隧道工程

1.工程概況

東莊站～會(huì)展中心站區(qū)間以東莊站為起點(diǎn)，下穿滹沱河、新城大橋后到達(dá)會(huì)展中心站。區(qū)間起訖里為：K26+748.620～K30+186.000，線路總長(zhǎng)3435.18m。線路軌頂標(biāo)高36.810～51.779m，結(jié)構(gòu)覆土厚度為9.54m～22.8m，線路平面有四處曲線，曲線半徑分別為400、450、600和1200，線路縱向坡度呈“W”字型坡。

區(qū)間在K28+290～K28+760處下穿滹沱河主河槽，穿越段長(zhǎng)度470m。穿越范圍區(qū)間滹沱河現(xiàn)況水深約1.6～3.5m，歷史最高水深約為8.15m～8.65m；滹沱河河床設(shè)置有復(fù)合防滲層，其構(gòu)造依次為：2.5m厚細(xì)砂，0.3m厚壤土，膨潤(rùn)土防水毯，0.2m厚壤土鋪墊。

區(qū)間穿越滹沱河段隧道拱頂?shù)貙訌纳现料轮饕獮椋孩?素填土；②1粉細(xì)砂；④1粉質(zhì)粘土；盾構(gòu)開挖范圍內(nèi)主要地層為：④1粉細(xì)砂；④4粉質(zhì)粘土；⑤1粉質(zhì)粘土；⑥1細(xì)中砂；⑥2中粗砂含卵石；⑥3卵石。

2.隧道內(nèi)跟換盾尾刷的原因分析及技術(shù)準(zhǔn)備

2.1尾刷更換原因

由于盾構(gòu)區(qū)間總長(zhǎng)3435.18m，滹沱河正處于區(qū)間中心位置，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)河床位置掘進(jìn)1440m，且均為 400m、600m的小曲線半徑施工，此種工程概況對(duì)盾尾刷傷害極大，為保證后續(xù)施工安全故決定位于區(qū)間1381.2m處停機(jī)更換盾尾刷。

2.2地質(zhì)實(shí)地勘查

為進(jìn)一步確定尾刷更換位置進(jìn)行地質(zhì)勘查，尋求含水量低的位置進(jìn)行停機(jī)更換，確保施工安全。本次勘察鉆孔最大深度60m，深度范圍主要賦存有一層地下水，地下水類型為潛水，具體如下：地下水埋深37～39.5m，水位標(biāo)高25.78～32.56m，含水層為中粗砂含卵石層。依據(jù)地勘結(jié)果，范圍內(nèi)無地下水作用，故決定此處更換盾尾刷。

2.3技術(shù)難點(diǎn)分析

（1）盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)由于盾構(gòu)自身過重，可能致使盾構(gòu)整體下沉，從而導(dǎo)致成型管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)甚至無法拼裝連接。如對(duì)盾構(gòu)外緣直接加固可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)整體被水泥漿固結(jié)無法再次掘進(jìn)。

解決方案：首先通過中盾超前注漿孔針對(duì)盾構(gòu)外緣與土體連接處進(jìn)行克泥效注入，調(diào)整配合比致使盾體外緣形成柔性滑膜。然后對(duì)盾體外側(cè)50～200cm注入水泥漿，從而既滿足土體的加固效果又滿足盾體外緣光滑可移動(dòng)。

（2）針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)而言，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)會(huì)致使土倉內(nèi)水分流失，從而降低土倉壓力使土倉內(nèi)土壓無法與開挖掌子面壓力保持平衡最終造成開挖面失穩(wěn)，導(dǎo)致地表下沉或坍塌。

解決方案；通過土倉泡沫注入孔注入高分子長(zhǎng)鏈液體，根據(jù)刀盤前方壓力實(shí)時(shí)控制液體注入量，從而滿足土壓平衡。

（3）管片拆除過程中推進(jìn)千斤頂回收，盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)力喪失，如土壓反作用力大于盾體與土體之間的摩擦力必然導(dǎo)致盾體后移，從而土倉土壓降低易出現(xiàn)掌子面坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

解決方案：首先將盾構(gòu)機(jī)設(shè)備橋與盾體液壓部分鎖死，使設(shè)備橋與盾體成為不可拉伸的剛性結(jié)構(gòu)，再將設(shè)備橋與管片剛性連接使盾構(gòu)機(jī)與隧道管片形成整體，最終滿足盾無法前后移動(dòng)的需求。

（4）管片拆除再拼裝后由于操作誤差可能導(dǎo)致拼裝管片與成型管片存在不同軸或失圓狀況，從而使兩環(huán)管片無法對(duì)接成功，最終形成質(zhì)量事故。

解決方案；首先對(duì)未拆除管片進(jìn)項(xiàng)實(shí)地測(cè)量，測(cè)出管片底標(biāo)高、頂標(biāo)高及橢圓度。拆除管片后根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算拼裝位置，在盾尾內(nèi)壁焊接定向卡銷，保證再次拼裝時(shí)管片不會(huì)超限初步滿足連接需求。其次管片對(duì)接前使用低強(qiáng)度、高韌性材料將兩環(huán)管片的16個(gè)螺栓孔進(jìn)行連接，從而保證最終管片連接成功，見圖1。

3.施工方案制定

（1）管片壁后止水環(huán)施工

停機(jī)位置選定后使用超細(xì)水泥溶液與水玻璃溶液比例融合，雙向自下而上通過管片注漿孔緩慢逐個(gè)注入，確保雙液漿注入充分且連接成環(huán)（注入環(huán)為盾尾后第二環(huán)、第六環(huán)）。最終起到盾尾止水、止?jié){、加固的作用。

（2）盾構(gòu)機(jī)與隧道管片連接。首先將設(shè)備橋與中盾的油缸鎖死，然后將設(shè)備橋與管片螺栓進(jìn)行焊接作業(yè)，保證抗拉強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)土壓力。

（3）盾體外地層加固（可與（2）同時(shí)進(jìn)行）。首先通過中盾六路超前注漿孔進(jìn)行克泥效注入，保證盾體外壁填充即可。再次將盾構(gòu)外部注入水泥漿保證盾構(gòu)不發(fā)生下沉事故。

（4）土倉填充。通過泡沫系統(tǒng)對(duì)土倉進(jìn)行高分子長(zhǎng)鏈液體注入，并實(shí)時(shí)監(jiān)控土倉內(nèi)土壓力保證土倉壓力略高于前方土體壓力即可。

（5）管片拆除。中交天和盾構(gòu)機(jī)采用拼裝機(jī)加長(zhǎng)工裝對(duì)管片自上而下進(jìn)行拆除（提前設(shè)計(jì)將封頂塊拼裝至隧道上方），如圖2所示。

（6）盾尾刷更換。為保證更換后達(dá)到最佳效果，我方選擇更換兩道尾刷，從而使第一道油脂倉能發(fā)揮到最大功效。圖3為盾尾刷更換后效果圖。

（7）管片連接。通過測(cè)量定向與螺栓孔連接的方式利用千斤頂拼裝模式相對(duì)、緩慢、等長(zhǎng)的方式進(jìn)項(xiàng)管片連接。最終完成整套盾尾刷更換工藝。

4.應(yīng)急搶險(xiǎn)措施

（1）應(yīng)急材料準(zhǔn)備。管片拆除存在一定流沙風(fēng)險(xiǎn)，故管片拆除前應(yīng)在隧道內(nèi)將應(yīng)急材料準(zhǔn)備齊全，如海綿、木方、消防斧、棉被、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、弧形鋼板等。

（2）應(yīng)急演練。人員安排：①尾刷更換過程中帶班領(lǐng)導(dǎo)全程現(xiàn)場(chǎng)跟蹤；②操作人員根據(jù)應(yīng)急步驟分為：堵漏組與注漿組。模擬險(xiǎn)情：假設(shè)管片拆除過程中某點(diǎn)位出現(xiàn)流沙，堵漏組立即使用海綿、棉被等對(duì)流沙處進(jìn)行填塞，且在填塞縫隙處注入聚氨酯，暫行封堵漏點(diǎn)。注漿組根據(jù)漏漿點(diǎn)位將環(huán)氧樹脂由管片注漿孔注入，確保壁厚填充飽滿。同時(shí)拼裝手將管片重新拼裝，將風(fēng)險(xiǎn)消除。

5.結(jié)束語

綜上所述，通過石家莊地鐵1號(hào)線二期工程?hào)|莊站-會(huì)展中心站區(qū)間雙線4次更換盾尾刷初步經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，證明在施工準(zhǔn)備周全、技術(shù)要求滿足的前提下可以實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)更換盾尾刷，且滿足安全生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵高波.富水砂卵石地層盾尾刷更換技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)， 2015 （07）： 6-10.

[2]李有兵.泥水盾構(gòu)高水壓條件下盾尾刷的更換技術(shù)[J].建筑機(jī)械化， 2012 （08）： 70-72.

[3]陶云超.海瑞克盾構(gòu)機(jī)盾尾刷更換技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)， 2018 （03）： 77-80