岩溶地层中盾构填仓常压换刀技术研究

2022-10-26

0 引言

近年来, 随着轨道交通建设的快速发展, 盾构工法也得到了前所未有的推广。但盾构机由于其自身局限性, 受地层条件影响较大。在掘进一定时间及距离后, 刀具不可避免的会出现一定程度的磨损, 如不及时进行检查更换, 将影响掘进效率, 甚至会缩短盾构机的使用寿命。目前常用换刀方式主要有两种:常压开仓及带压开仓, 常压开仓主要适用于地层条件稳定、地下水较少情况下, 带压开仓主要适用于地层条件不好, 常压开仓风险大的条件, 填仓工法作为一种辅助手段, 可以显著地提高常压或带压开仓成功概率。本文通过具体工程实例, 详细阐述了填仓流程, 对后续类似地层盾构施工提供了经验。

1 工程概况

1.1 工程概况

广州地铁九号线某区间位于岩溶地层, 详勘及补勘结果揭示岩溶发育强烈, 溶 (土) 洞见洞率约为43%。右线盾构机在掘进至628环时, 参数出现异常, 此时刀盘前端里程为YDK12+373.77, 地面上方为交通繁忙的十字路口, 人流、车流众多。

1.2 地质情况

经实际钻孔勘探, 刀盘位置地质情况从上往下依次为<1>、<3-1>、<3-2>、<4N-2>、<9C-2>地层。结合施工图纸判断, 隧道范围内地层为<3-2> (约0.7m厚) 、<4N-2> (约4.3m厚) 、<9C-2> (约1m厚) 地层, 地质柱状图如下:

2 填仓必要性及技术难点分析

2.1 填仓前盾构机工作状态

2.2 填仓的必要性

(1) 经前期开仓检查, 发现部分刀具刀体已炸裂, 无法实施正常更换, 需进行明火作业, 而带压开仓条件下动用明火难度高、风险大, 实施困难。

(2) 由于前期带压换刀已持续近36小时,

在旋转刀盘过程中, 泥膜已有破坏。刀盘12点位、3点位、9点位都出现不同程度的流沙, 一旦发生坍塌, 将对换刀人员的人身生命安全造成威胁。

(3) 刀盘上方地面为交通繁忙的十字路口, 无地面施工条件。

(4) 如开仓不成功导致塌方, 对地面交通安全造成影响;

综上, 采用填仓方式将土仓及流沙部位回填后, 采用常压换刀的方法对刀具进行更换。

2.3 技术难点

根据土仓、周边地层及地面情况, 此次填仓换刀需主要风险有以下几点:

(1) 填仓过程如操作不当将会导致刀盘及盾体被填充浆液裹住, 无法转动, 所以要做好盾构机脱困预案。

(2) 施工过程中如遇仓内塌方, 如何保证地面交通安全。

(3) 如何控制注浆压力等参数, 确保仓内填充密实, 达到填充效果。

(4) 填仓完成后, 工人进仓作业, 如何保证掌子面稳定, 从而确保施工安全。

3 填仓流程

本次填仓的流程:气换泥浆→带压填充空隙→回填土仓 (仓内注入砂浆→补充注入单液浆) →常压清仓→常压换刀→恢复掘进。

详细操作步骤如下:

(1) 使用同步注浆机, 将水泥砂浆 (配合比水泥:砂:水=400kg:300kg:470kg) 从12点位的球阀向土仓内加注, 同时打开3点和9点位的球阀缓慢释放空气和泥浆, 直至排出砂浆, 再用1点位的球阀缓慢释放空气, 排出砂浆前及时关闭Samson系统。用水泥砂浆置换空气时, 将仓压保持在0.6~0.7bar, 注约30方浆填满土仓后, 停止注砂浆。

(2) 待砂浆初凝后 (约12-24小时, 通过泄压孔处钢钎确定砂浆强度) , 使用二次注浆机 (气动泵) , 将水泥浆 (水泥:水=1:1或1:0.8) 从10点位的球阀向土仓加注, 打开人闸位置的球阀缓慢释放土仓内空气。直至2点位球阀流出浆液后, 继续注水泥浆, 并实行分级加压, 直至将仓压维持在2.0bar左右, 停止注水泥浆 (中途如果地面冒浆, 间隔一段时间后继续注浆, 直至仓压满足要求) 。

(3) 土仓回填完成, 24小时后开始, 每隔2小时通过泄压孔处判断浆液凝固强度, 待浆液凝固后 (约72小时) , 开始常压换刀。

(4) 回填土仓完成后, 常压条件下进人清仓。由于掌子面上部为流沙, 因此先把土仓清理干净, 此时需注意不凿开口及切口环, 并用厚度30mm的木板挡住开口位置, 木板用槽钢等卡住, 保证刀盘面的砼完整性, 从而保证常压换刀的可能, 然后从下往上进行刀具更换。

5 结论

在岩溶地层中, 采用填仓常压换刀可以降低开仓风险, 显著提高开仓效率, 本次成功开仓也为同类地层盾构开仓提供了借鉴。

摘要：盾构法施工由于其自身局限性以及不同地层地质、水文情况影响, 不可避免的要经常进行开仓换刀, 以保证盾构机正常掘进。尤其在岩溶地层中, 如何选择合适、有效的开仓方式, 将极大的影响开仓成功的效率。文中结合具体工程实例, 详细分析了在岩溶地层中如何选择填仓常压换刀方式进行开仓换刀并详细说明了具体的换刀流程, 结果表明在岩溶地层中选择填仓方式进行换刀是可行的。

关键词：岩溶,盾构,填仓,换刀