盾構開倉換刀施工技術研究

摘要：以農業東路站至心怡路站區間的盾構開倉換刀施工為依據，通過對現場地形地質環境的分析，從降水施工開始對前期施工準備工作進行了詳細論述，在此基礎上對盾構開倉換刀技術進行探討，可供類似施工提供參考。

關鍵詞：盾構施工;開倉換刀;降水施工

0" "引言

當前城市地下空間建設迅猛發展，因對安全性要求較高等原因，盾構法在各種施工方法中脫穎而出，成為當前人們廣泛使用的施工方法[1]。在以盾構法進行施工時，盾構機是其中最為重要的工具。而作為其關鍵的部件，盾構機中不同型號的刀盤針對的地質條件有所不同，在具體施工時常常需要根據不同的地質環境更換所使用的刀具。

1" "工程概況

農業東路站至心怡路站區間位于鄭東新區，區間起于擬建農業東路站，先后下穿祭城路及其綠化帶、熊耳河，往東下穿東風東路、熊耳河路、鄭和小區、東至盛和街擬建心怡路站。線路在DK13+749處下穿在建的愛東居小區裙樓（原主樓）的C25素混凝土樁群，左線下穿長度38m、右線下穿長度50m。影響盾構區間的素樁左右線影響共計324根。

原刀盤配置的撕裂刀和切刀無法保證切削大量的CFG樁群[2]。若初裝刀安裝滾刀，會影響刀盤開口率，不利于前期軟土地層掘進，有結泥餅風險。因此，根據軌道公司批復的《5標盾構機選型及適應性評估方案》專家意見，需在合適位置把撕裂刀換成滾刀，保證盾構機順利破除樁群。在掘進施工過程中，先使用撕裂刀進行軟土部分掘進施工，待靠近素樁群時在加固區更換滾刀，破除素樁群。

本區間換刀位置選擇左線第646環、右線第650環。加固區的地層主要為砂層、黏質粉土為和粉質粘土，砂層擾動后自穩性差，地面為臨時停車場，且10m范圍內沒有建筑物。熊兒河路距離加固區20m，來往車輛較少，具備地面加固條件。據此確定為地面采用攪拌樁加固后常壓換刀。盾構機刀盤進入加固區3.5～4.5m范圍時停機，地下水位必須降至隧道底部1m以下，經檢查滿足要求后開倉換刀。

2" "降水施工

根據該工程地質剖面，本次盾構推進范圍內的地層主要為黏質粉土、細砂及粉砂，其初始水位標高取79.70m，實際降水過程中，考慮將本次加固范圍內的水位降至盾構底以下，降水幅度為15.1m，安全水位埋深為64.6m。

降水井設置的深度除了需要考慮井損之外，還需確保抽水時的水力梯度滿足要求。考慮到地層性質、降水幅度要求，降水井布置為完整井，井深為30m考慮，濾管埋深為12～21m、23～29m。

2.1nbsp; "降水井數量設計

在現有資料條件下，考慮降水幅度為15.1m。如前所述，降水井井深設計為30m，為完整井?；又型暾克縌的計算公式如下：

2.2" "施工控制

降水施工前應確定靜水位，并通過相應的抽水試驗對降水效果進行檢驗。同時確保項目各項電路狀態，確保降水施工的連續性[3-4]。降水井基本上是在本工程降水完全結束后，在井內用黏土進行回填至管口，最后用鋼板進行管口封閉，并焊接牢固，完成降水井封井。

3" "換刀施工

3.1" "施工監測

為對地表沉降進行控制，在對刀具進行更換時需增設地面監測點，具體如圖1所示。

監測預警值為70%的控制基準，應加強對超出預警值斷面的監測，并通過相應措施對其進行控制。監測控制基準：地表沉降≤30mm，地表隆起≤10mm。

3.2" 開倉操作流程

開倉操作流程如圖2所示。

3.2.1" "施工準備

開倉前需對施工人員進行相應培訓及技術交底。按照圖紙對加固體進行取芯，判斷加固體強度是否滿足圖紙要求。通過觀測井檢查水位是否已經下降到管片底部以下3m。對地面初始值進行測量，并監測開倉全過程。為確保施工安全，在施工前應進行清場工作。盾構機臨近換刀加固區，掘進速度和土倉壓力與平時基本一樣，掘進速度稍微減慢，以減小盾構機對加固土體的擾動，由原來正常段的20～30mm/min減至10～20mm/min;

為提高隧道穩定性，應使用能夠在較短時間內就能凝固的漿液進行同步注漿施工[5]。為避免出現堵塞現象，在停止推進后應將膨潤土注入圍巖。采用二次雙液注漿注射盾尾管片，以產生止水環箍，避免出現水流通道。

3.2.2" "操作流程

一是出渣降壓。將渣土以螺旋輸送機的方式進行排渣，將土倉內渣土出至刀盤中心向下30cm后，停止出渣。

二是開倉前壓風排氣及氣體檢測措施。利用刀盤孔，采用泡沫管路進行送風，并將出氣閥門打開將氣體排出，如圖3所示。監測所排出的氣體，在滿足要求后即可打開倉門。檢測標準參照表1。

2.2.3" "安全措施

開倉后需采用風管通風，30min后再對氣體進行檢驗。在檢驗倉內氣體時還需對其掌子面進行控制，在確保安全的條件下即可對土倉的其余項目進行檢測。在確保空氣標準以及掌子面情況保持穩定之后即可進倉。

為確保施工安全，在盾構掘進至擬定換刀停機位置前2環，量測區間水位滿足要求后，方可繼續掘進，逐漸降低土壓。同時停止膨潤土和泡沫，時刻觀察出渣土樣干濕度情況，直至干濕度滿足開倉要求后，方可停機進行換刀作業[6]。

為確保土倉內部保持平衡的氣壓，應在打開減壓球閥后再打開倉門。開倉前應先打開土倉預留球閥，通過球閥流水、流沙情況，判斷艙內土體水文、地質穩定情況。確保其符合要求之后再將螺栓拆除，最后將壓板打開。在該過程中需對倉內壓力情況進行嚴格控制。開倉過程中若出現涌水等異常情況，應立即停止開倉，關閉倉門，恢復掘進，待重新建立穩定的開挖面后，方能再次開倉。

2.3" "刀具安裝更換

此次換刀為將撕裂刀換成滾刀，需完成撕裂刀拆除及滾刀安裝。刀具的更換要求作業人員必須是經過培訓并技術合格的人員，必須嚴格按照操作規程操作。為了確保刀具能正確的安裝和緊固，在安裝新刀之前，對刀座進行徹底的清潔和檢查。換刀順序為先換邊刀再換正面刀。

在土倉壁面上焊接45°角鋼焊接，并在角鋼上搭設環刀平臺。具體流程為：用夾具夾緊需更換的撕裂刀;使用導鏈掛住撕裂刀，松掉自鎖螺帽;移走墊圈，移去楔形塊，使用裝配桿將撕裂刀撬出，如有必要，握住楔形塊螺桿;將撕裂刀拉出刀箱， 移走撕裂刀;將滾刀運至更換點;安裝之前，清潔滾刀底座，檢查是否有變形;裝入楔形塊，上緊墊片及自鎖螺母，上緊保護蓋帽，拆掉滾刀夾具。

完成換刀之后，依次旋轉刀盤至對應位置，完成所有刀具更換。在刀盤旋轉時，作業人員應提前撤出土倉，待刀盤轉到指定位置后再進入倉內作業。土倉門關閉之前，需對所更換器具表進行檢查，確保無雜物遺留。螺旋輸送機前部可以露出，在換刀完畢后檢查螺旋輸送機前部的機械狀況，記錄螺桿上耐磨塊和輸送機圓倉壁的磨損情況。

2.4" "施工控制

在盾構機停機后，盾尾注入膨潤土漿液，避免造成漿液將盾尾密封刷固結。利用此段時間，對盾構機進行一次全面的檢查以及維護，包括盾構機油樣檢查、主軸承潤滑油更換、注漿泵檢修、拼裝機維護等。通過這次檢查維護，使盾構機達到理想的工作狀態，為后期順利施工打下基礎?，F場交接班，并做好記錄。加強地面監測工作，同步監測相關變形情況，直至盾構機恢復掘進，盾構停機位置地面有專人巡視路面，并做好記錄。在刀盤、螺旋輸送機檢查及運作正常后，方能開始恢復正常的推進作業。

4" "結語

為適應城市化進程的發展需要，地下空間的開發將成為主要的方向。隨著技術的不斷成熟，盾構法得到越來越廣泛的應用。本文以農業東路站至心怡路站區間為研究背景，針對該工程項目前期準備的降水施工以及盾構機的開倉換刀施工進行了詳細的論述，為后續類似施工提供參考意見。

參考文獻

[1] 周斌.盾構開倉的重難點及解決辦法[J].市政技術，2020，38（6）：166-170.

[2] 王旭，趙慧芳，谷建軍，等.超大直徑盾構常壓刀盤制造工藝研究[J].建筑機械化，2020，41（7）：29-31.

[3] 高建強.盾構氣壓開倉換刀作業監理控制要點研究[J].廣東土木與建筑，2020，27（6）：94-96.

[4] 李江龍.地鐵盾構隧道填倉換刀施工技術研究[J].山西建筑，2020，46（4）：129-131.

[5] 吳斌暄.大直徑泥水平衡盾構機常壓換刀技術研究[J].隧道與軌道交通，2019（2）：27-30+60.

[6] 劉坤，李培栓，鄭寧山.地鐵盾構帶壓開倉換刀施工監理控制要點[J].建設監理，2019（6）：80-83.