复杂地质中盾构带压换刀施工技术探析

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1、复杂地质中盾构带压换刀施工技术探析冯宏朝王少鹏摘要随着城市地铁的快速发展，盾构隧道施工以其开挖速度快、对地面建筑物影响小、节能环保等优点得到广泛应用。当盾构机在软弱土层、砂层、卵石、上软下硬等特殊复杂地质中进行刀具检查更换存在重大安全风险，本文结合深圳地铁7号线西丽湖～西丽区间带压换刀施工的具体工程实例，分析总结土压平衡盾构机在复杂地质中检查、更换刀具的方法，经实践证明该技术可降低施工安全风险、提高施工效率，保证工程的顺利贯通，为类似工程建设提供借鉴。关键词复杂地质土压平衡盾构机带压换刀施工技术1前言在盾构机掘进施工中，由于刀盘

2、旋转，通过刀具在地层中不断切割土体而前进，不同的地质刀具会发生不同程度的磨损，当磨损量过大时，将造成盾构无法掘进，需要根据情况开仓进行刀具检查和更换。人员进仓作业，一般分为两种方式，即带压开仓和常压开仓。常压开仓在围岩自稳性良好或土层加固良好，不易发生透水、坍塌的地层中进行。而当地面加固条件受限，且地层自稳性较差，无法进行常压开仓时，为保证人员、设备的安全，同时在计划时间内快速、安全地实现开仓作业的目的，借鉴国内以往类似地层刀具检查更换的经验，采取了带压进仓进行作业。2工程概况深圳地铁7号线西丽湖站～西丽站（简称西西区间）左线长

3、度1662.077m，右线长度1752.073m，采用直径6250mm复合式土压平衡盾构机进行掘进施工。西西区间位于深圳市南山区，台地地貌，地形稍有起伏，地面高程一般为EL13.10～EL28.00m。该段区间隧道穿越地质主要为粗砂、砾砂、砾质粘性土、砂质粘性土、粉质粘土，以及全、强、中、微风化花岗岩和全、强风化花岗片麻岩等地层。受区域构造影响，部分基岩节理裂隙发育，中、微风化花岗岩均较破碎，地下水丰富，水位均高于隧道顶部，总体地质条件较差。3施工前准备3.1开仓换刀点位置选择盾构施工前，分析区间地质状况，根据刀具磨损与地质关系

4、，初步拟定主动开仓换刀点，一般将主动换刀点选择在地质自稳性良好的岩石地层中进行常压开仓检查，必要时也可根据地面情况对地层进行注浆加固，采取常压开仓检查处理。当盾构掘进过程中出现刀具磨损探测器报警、油缸推力增大、掘进速度减慢等异常情况时，判断刀具可能存在磨损，需进行开仓检查刀具时，一般需尽量避开粗砂、砾砂、淤泥层、上软下硬等自稳性较差的地层，选择透水性较小的粉质粘土、砂质粘性土、花岗岩或花岗片麻岩中进行带压开仓。当无法避开时，需根据情况采取泥膜护壁、盾壳后部止水等辅助方法保证地层保压能力，进行带压开仓作业。本文选取西西区间盾构在隧

5、道埋深13m，盾构掌子面地层主要为砾砂和砾质粘性土，隧道以上为砾砂、砾质粘性土、杂填土的复杂地质，采用带压换刀方法为例进行阐述。3.2人员准备带压进仓前，选择有类似工作经验的专业人员（一般需要具有潜水员证）进仓，仓外人员主要包括操仓员、值班工程师、机电工程师、安全员、物资供应人员，盾构操作手为主要辅助人员，电瓶车司机、调车员负责材料、机具等供应。操仓员应具备高压氧仓专业医生资格，且具有相应盾构操仓经验的人员负责，每班必须有1名机电工程师负责技术指导、1名值班工程师现场管理。3.3主要物资准备带压开仓前，需准备好各类开仓作业所需要

6、的各种物资和设备，见表3-1。表3-1带压进仓作业工具及材料一览表序号名称规格单位数量备注1风动扳手2500N台12开口扳手46、50mm把各23重型套筒M36、M46、M50个各24撬棍1m、0.6m根各25手摇葫芦1T个46钢丝绳8×1500MM根67锤头8磅把18防水电筒充电式把49钢丝钳200mm把210照明灯24V盏411对讲机个312风、水管￠20mm×20根213工兵锹把214分离式千斤顶套115气体监测仪台216各类刀具若干17医疗用品套1应急物资18防毒面罩副4应急物资19氧气呼吸瓶个1应急物资20内燃空压机1

7、3m3台1应急设备21医疗仓台1应急设备3.4人气仓调试带压开仓前，由专业机电工程师对盾构机的风、水、电、通信、保压系统进行检查，确保各系统工作正常，并就各系统的工作原理和操作方法向进仓作业人员、操仓员、相关辅助人员进行培训，使作业人员熟悉设备操作方法及当发生异常情况时的应对措施。3.5开仓前主要辅助施工方法（1）当盾构掘进至预定开仓位置前15m需加大同步注浆量，提高注浆压力，一般每环注浆量7～10m3，同步注浆压力为0.3～0.4MPa，确保管片壁后间隙能够有效填充；（2）当盾构掘进至预定开仓位置前7.5m调整好盾构姿态，尽量

8、减少纠偏，刀盘转速适当降低，减少刀盘对开挖面土体的扰动；（3）盾构掘进至预定开仓位置时，通过同步注浆泵向土仓注入高黏度膨润土浆，膨润土为提前24h拌制的400目以上钠基浆液，泥浆配合比为膨润土：CMC：纯碱：水=180：2：1：900，粘度为120S，储备浆液不