基于砂漿置換的軟巖段盾構刀具檢查更換技術

田先玉

(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100023)

1 引言

軟土地層自穩能力差，盾構施工保壓、換刀困難。關于盾構換刀和刀具修復有很多成功的案例研究，王迎新結合施工實例，提出了小型樁帷幕和內部袖閥管注漿相結合的施工方法，在深圳地鐵2 號線成功實施，安全實施了常壓進倉換刀作業[1]。段浩等經過多種換刀方案對比研究，提出了適用于富水砂卵石地層的盾構換刀施工方案[2]。吳瓊根據廣州地鐵工程地質特點，建議采用新型的混合泥漿，通過其硬化支撐開挖面，成功解救了廣州地鐵換刀易涌水的難題[3]。蘇周勃根據廣州地鐵9 號線施工經驗，總結了適用于無地面加固條件的砂土地層土壓盾構快速換刀技術[4]。何昌連結合南京地鐵施工案例，詳細總結和介紹了一種有效解決富水上軟下硬條件下的砂漿護壁盾構換刀技術[5]。楊志勇等詳細分析了主動和被動換刀的優缺點，結合無水砂卵石特點，建議采用主動換刀方式，這樣可以有效縮短工期，提高施工效率[6]。王住剛等結合西安地鐵施工案例，對帶壓進艙換刀技術開展了研究，總結了盾構帶壓進倉換刀施工關鍵技術，實現了地鐵安全施工[7]。譚順輝等討論了大直徑盾構刀盤設計、常壓換刀、主驅動伸縮擺動及可靠密封系統等方面的針對性設計，對超大直徑盾構的研究應用和推廣提出了可供參考的建議[8]。

雖然關于盾構換刀的研究較多，但是考慮盾構施工面臨的環境不可預見性，如何實現常壓安全換刀一直都是施工現場重視的重點。本文結合某地鐵施工案例，總結了砂漿置換在富水砂卵石地層盾構換刀和刀具修復的施工關鍵技術，對該技術的推廣應用具有較大幫助。

2 工程概況

蘭州市軌道交通1 號線一期TJI-5 標段迎門灘站～馬灘站區間隧道，該區間從迎門灘站始發后，沿銀安路方向推進后下穿黃河，下穿黃河段長度約404m。該區間管片外徑6.2m，內徑5.5m，區間左線長1 907.577m，右線長1 906.567m，線路最小曲線半徑340m，最大縱坡22.03%。

3 施工工藝流程及關鍵技術

3.1 總體施工方案

砂卵石地層換刀施工常出現保壓困難、掌子面涌水坍塌等問題，常用換刀風險高、難度大。砂漿置換可以通過向土倉內注入砂漿混合液，漿液凝固后可以有效固結刀盤開口和倉內掌子面存在的空腔，起到穩定掌子面的目的。漿液硬化強度達到設計要求后，可以采用人工方式將土倉內的渣土清理干凈，然后進行常壓換刀，保證換刀操作方便和掌子面安全。

3.2 施工工藝流程

施工流程見圖1。

圖1 施工流程圖

3.3 施工技術

3.3.1 置換前的準備工作

置換之前需要進行盾尾補充注漿，通常采用水泥水玻璃雙液漿來封堵管片外部可能存在的滲水通道，保證倉內安全。通常注漿壓力不應超過0.3MPa。

3.3.2 砂漿置換填倉注漿

通過螺旋機排渣和土倉壁上的球閥進行砂漿注入工作。在這個過程中，盡量保持工序的銜接，確保上部土壓波動控制在0.3bar 以內，減少掌子面前方土體塌陷的風險、壓力太大對主軸承密封的不利影響。

置換漿液采用配比為水泥∶膨潤土∶砂＝250kg ∶200kg ∶650kg，初凝時間為10h，通過相似條件實驗數據，注漿完成后24h 開倉，效果良好。注漿量根據倉內情況確定，經驗數據一般為30m3左右，在漿液灌注過程中要不停翻轉螺旋機，確保螺旋機不被凝固的漿液鎖死，導致后期清理困難。

注漿可以通過漿液凝固來固結刀盤開口和封閉倉內存在的空腔，為后續順利開倉做準備；同時灌注的漿液可以有效包裹住主軸承，對主軸承承擔后期一定的注漿壓力提供緩沖層，保護主軸承的密封性。砂漿置換效果如圖2 所示。

圖2 砂漿置換效果

3.3.3 清倉換刀

注漿結束48h 后，通過土倉壁上3 點、9 點、倉門旁的球閥，利用鋼筋砸入的情況和難易程度，判斷注漿效果是否滿足開倉要求。

待倉門打開后，通過人工采用洋鎬、鐵鍬的方式進行渣土清理和外運。考慮施工的便利和安全性，清倉按照由上至下的順序開展，但是要保留開口處和切口環的水泥漿，以防鑿除過多。如果鑿除超過要求，需要及時補充封堵，確保掌子面的封閉和穩定性。刀具更好要做到隨拆隨換，不可一次拆掉過多。

3.4 質量要求

填倉砂漿強度不宜過高或過低，強度控制在0.3MPa。通過在砂漿中添加膨潤土，使刀盤開口和開挖面即能得到較好的支撐、具有一定的穩定性，又便于后期人工清理。砂漿初凝時間10h，注漿過程中反轉螺旋機，確保螺旋機不被水泥砂漿凝固[9]。

4 施工效果

采用砂漿置換進行開倉換刀施工，減少了氣壓換刀時掌子面不穩定的安全隱患。保證了無法常壓、氣壓換刀情況下的盾構換刀工作。采用常壓換刀平均用時約15d，一次換刀綜合成本高達36 萬元，而采用砂漿置換倉內渣土之后進行換刀施工，所耗費的材料主要為水泥、膨潤土砂子等，一次換刀綜合成本僅6.2 萬元。

5 結語

在實際施工中，采用砂漿置換的新技術換刀，保證施工進度，減少了氣壓換刀的作業風險，取得了一定的施工成果，為上軟下硬、滲透系數大燈地層常壓開倉換刀施工積累了寶貴的經驗。

1）突破了盾構在上軟下硬、黏土等特殊不穩定地層、地層滲透系數大、不具備氣壓作業條件下的常壓進倉作業。

2）在洞內施工，不需要地面加固，同時施工擾動較小，可以有效控制地表沉降，保證建構筑物安全。

3）克服了帶壓作業因刀具嚴重損壞無法正常拆卸而采取的動火作業，提高了施工效率，避免了帶壓作業的施工風險。

4）相對于地面加固技術需要耗時1～2 個月進行加固，進行拆、臨遷和交通疏解，縮短了施工工期，功效高。

5）可操作性強。采用的材料為膨潤土、水泥漿和砂，皆為通用建筑材料；采用的注漿設備為盾構通用配置的注漿罐和注漿泵；作業環境為自然常壓環境；作業步驟簡單，一般性工程人員簡單培訓后即可實施。