富水巖溶發(fā)育堅(jiān)硬地層盾構(gòu)刀盤修復(fù)技術(shù)研究

周旋 雷波 熊若愚

（中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102600）

一、工程基本概況

本工程盾構(gòu)法區(qū)間單線長(zhǎng)度約為770m，線路埋深9.31m～15.72m。該區(qū)間地下水為填土中的上層滯水、潛水及基巖裂隙水，且潛水及基巖裂隙水兩層連通。區(qū)間地層為黏土、中風(fēng)化泥灰?guī)r及中風(fēng)化灰?guī)r復(fù)合地層，其中泥灰?guī)r、灰?guī)r均含有巖溶，且較為發(fā)育，鉆孔見洞率75.7%，溶洞主要以充填型為主，充填物為硬可塑狀褐黃黏土夾灰?guī)r碎塊。干燥單軸抗壓強(qiáng)度平均值fr=47.99MPa，飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值fr=36.12MPa（范圍12.01MPa～109.35MPa）。

二、刀盤刀具損壞情況

區(qū)間右線掘進(jìn)時(shí)，經(jīng)開倉檢查存在正面滾刀崩刃、中心滾刀磨損嚴(yán)重、刀箱隔板與刀梁焊接處，刀盤扭腿與回轉(zhuǎn)中心面板及刀盤結(jié)構(gòu)連接處均出現(xiàn)裂紋，扭腿焊縫處裂紋長(zhǎng)度25～30cm,寬度約1mm，大圓環(huán)處的裂縫為貫穿性裂縫，裂縫從圓盤內(nèi)圈延伸至外圈，長(zhǎng)度約40cm,寬度約5mm，深度約7cm。經(jīng)開倉檢查，情況如下。

刀箱磨損

泡沫管損壞

滾刀磨損

刀盤裂紋

經(jīng)綜合考慮地層情況、盾體上部覆土厚度及盾構(gòu)開倉作業(yè)條件驗(yàn)收專家論證會(huì)議判定區(qū)間右線刀盤所處地層穩(wěn)定，掌子面無坍塌風(fēng)險(xiǎn)，修復(fù)均采用常壓開倉作業(yè)。

三、刀盤刀具修復(fù)

（一）靜力破碎工藝

掌子面與刀盤之間間隙小，且斷面中心巖石嵌入中心刀箱，考慮掌子面圍巖強(qiáng)度高，常規(guī)風(fēng)鎬施工困難，采用靜態(tài)爆破法為修復(fù)創(chuàng)造作業(yè)面，然后進(jìn)行刀盤刀具修復(fù)。

為保證人員安全，采用SCA 破碎劑靜態(tài)爆破圍巖，空間開挖總尺寸3m 寬、3m 高、2m 深（深度指向掌子面方向）根據(jù)土倉施工作業(yè)面特點(diǎn)，爆破順序分步從區(qū)域1 至區(qū)域3，從外向內(nèi)分兩層打孔，每層孔深1 米，每次打、鉆孔埋藥1 m2區(qū)域范圍。如圖所示先對(duì)1 區(qū)域A 組孔裝藥破碎，依次分別推遲12～24h，對(duì)B、C…孔裝藥破碎。

掌子面開挖空間側(cè)視圖、正視圖 靜態(tài)破碎斷面布孔圖

（二）刀盤刀具修復(fù)

1.刀盤結(jié)構(gòu)修復(fù)。（1）刨除中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、加強(qiáng)筋板，對(duì)磨損刀梁進(jìn)行打磨或火焰切割，打磨完后測(cè)量磨損刀梁各部位剩余寬度。（2）通過測(cè)定數(shù)值現(xiàn)場(chǎng)校核每塊鋼板下料尺寸，并進(jìn)行局部修整。（3）運(yùn)送結(jié)構(gòu)鋼板至洞內(nèi)，并復(fù)核好平面度、位置及尺寸。

2.新滾刀刀箱定位和焊接。（1）需根據(jù)刀盤總圖明細(xì)表，分別采購相應(yīng)數(shù)量中心雙聯(lián)滾刀刀箱及安裝所需螺栓。（2）在拼焊中心滾刀刀箱時(shí)，短中心刀箱可以在地面拼焊完成，由人倉運(yùn)入土倉內(nèi)部，長(zhǎng)中心刀箱需在土倉內(nèi)部完成拼焊。（3）考慮土倉作業(yè)環(huán)境，滾刀刀箱定位時(shí)，可根據(jù)刀箱背部進(jìn)行定位，具體根據(jù)刀盤已安裝滾刀刀箱，使重新定位滾刀刀箱背部與已安裝滾刀刀箱均處于同一平面；針對(duì)中心滾刀刀箱，若刀盤中心結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生變形，則可以根據(jù)舊刀箱位置做標(biāo)記定位，或者通過工裝或重錘線，使單刃滾刀刀箱安裝新刀后，該刀尖與中心滾刀刀箱安裝新刀刀尖處于同一平面。

3.新制刀盤噴口，定位和焊接。（1）新制損壞掉落刀盤噴口。（2）定位并焊接固定刀盤噴口，同時(shí)管路與噴口焊接，管路焊接完后，需焊接直徑10mm 的鋼板對(duì)管路進(jìn)行保護(hù)。（3）安裝倉內(nèi)軟管、軟管保護(hù)L型馬凳及兩半扣。

4.攪拌棒修復(fù)。（1）刨處原攪拌棒。（2）對(duì)刀盤及攪拌棒焊接部位進(jìn)行打磨，對(duì)攪拌棒進(jìn)行定位、焊接。

5.刮刀刀座定位、焊接。（1）對(duì)刮刀刀座及刀盤上安裝位置進(jìn)行打磨，確保焊接面露出金屬光澤。（2）按照刀盤結(jié)構(gòu)總圖刮刀布置位置對(duì)刮刀刀座進(jìn)行定位、焊接。

6.刀盤裂紋修復(fù)。（1）先修復(fù)扭腿裂紋-副梁裂紋-大圓環(huán)裂紋-刀箱板裂紋-刀箱和刮刀座裂紋,再鉚焊扭腿加強(qiáng)板-加強(qiáng)環(huán)筋-刀箱加強(qiáng)板-管路蓋板-切割攪拌棒。（2）裂紋修復(fù)探傷合格后，再鉚焊加強(qiáng)筋板。并按上述順序焊接，防止因焊接應(yīng)力造成裂紋擴(kuò)展，焊縫對(duì)稱返修，過程中需旋轉(zhuǎn)刀盤到合適焊接位置。（3）焊縫氣刨沿著裂紋方向，將裂紋清除干凈，氣刨深度要多于裂紋深度3～5mm，根部刨成圓角，防止焊接時(shí)出現(xiàn)未熔透或夾渣現(xiàn)象，裂紋刨除后用著色或磁粉探傷檢測(cè)裂紋是否清除完全，若還有裂紋，則按上述要求反復(fù)操作，直到裂紋清除干凈。（4）焊接，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊絲：THY-51B，φ1.2；平焊、橫焊：I=180～270A，U=26～33V，L=15～20L/min，V=20～45cm/min；立 焊：I=140～170A，U=18～25V，L=15～20L/min，V=10～25cm/min；焊接注意事項(xiàng)：焊前對(duì)焊接區(qū)域20mm 范圍內(nèi)進(jìn)行打磨清理，不允許存在油污、銹等其它雜質(zhì)；焊前預(yù)熱，預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)100mm，預(yù)熱溫度100～150℃，采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行溫度檢測(cè)；焊接過程中必須進(jìn)行層間清理，層間溫度不高于250℃。焊后保溫棉保溫緩冷。（5）焊后探傷，要求扭腿焊縫和大圓環(huán)焊縫進(jìn)行UT（超聲檢測(cè)）和MT（磁粉檢測(cè)）探傷，其余焊縫進(jìn)行MT 探傷，并符合相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。（6）刀盤裂紋修復(fù)具體做法如下。根據(jù)實(shí)際需求，將刀盤旋轉(zhuǎn)至合適位置，旋轉(zhuǎn)刀盤時(shí)人員必須離開土倉內(nèi)。刀盤扭腿及刀箱焊縫裂紋修復(fù)時(shí)按照裂紋方向開約35°的坡口，并且坡口兩側(cè)必須打磨干凈，然后按照要求焊接并探傷。

①在扭腿與環(huán)梁底座增加4 塊鋼板，注意焊接面清潔。

②增加一整圈環(huán)筋，注意焊接過程的定位與焊接面清理。

③大圓環(huán)開裂處按圖現(xiàn)場(chǎng)開坡口，按照工藝要求焊接。

④滾刀刀箱底部加強(qiáng)板按照如圖所示焊接增加。

⑤由于刀盤攪拌棒彎曲變形，可現(xiàn)場(chǎng)割除150mm 長(zhǎng)度，防止與螺旋機(jī)干涉。

⑥現(xiàn)場(chǎng)管路蓋板掉落的，需新制蓋板并重新安裝。