盾构施工填仓换刀施工技术

盾构施工填仓换刀施工技术
【摘要】随着全国交通运输产业的高速发发展，城市地下轨道交通工程建设也得到了前所未有的发展，而城市地下交通施工多面临地质复杂、埋深浅、城市管线、构建筑众多等特点，而盾构施工能很大程度上解决以上问题，尤其是复合式土压平衡盾构在全国城市地下轨道交通工程中得到广泛应用。

青岛地铁四号线九静区间通过对盾构土仓进行浆液置换渣土，浆液凝固后形成有效安全防护的形式，确保开仓换刀时土仓的安全稳定，后进行刀具检查和换刀作业施工。

在保证施工安全的前提下，完成对磨损和损坏刀具的检查和更换，保证了盾构机的顺利有效持续推进。

【关键词】盾构施工；复合式；土压平衡；埋深浅；填仓；换刀。

一、工程概况
青岛地铁四号线九静区间位于青岛市崂山区九水东路站至静港路站之间。

九静区间右线起止里程:YDK23+383.450～YDK24+463.400，全长1079.95m。

二、施工情况
九静区间右线隧道拱顶埋深约8.5m，掘进至219环时掘进参数发生变化，推力由9000KN增加至15000KN，速度0～2mm/min，扭矩900KNM左右，参数无明显变化。

从出渣和渣样来看均为小碎石，掌子面为微风化凝灰岩，初步判断刀盘刀具磨损，无法正常掘进，计划常压进仓换刀。

三、施工方案
3.1地面预注浆加固方案
预处理孔位布置3个分区，A区在刀盘
前方5m×12m区域，深度由拱顶以上5m至
微风化凝灰岩层；B区在盾体两侧3m，刀盘
后5m区域，深度由拱顶以上3m至微风化凝灰岩层；C区在盾体正上方，深度由
拱顶以上5m至拱顶以上0.75m；注浆采用袖阀管注浆，孔距1.5m，梅花形布置，扩散半径0.75m。

图4.1.1-1注浆孔位布置平面图
3.2砂浆置换施工方案
3.2.1砂浆置换施工工艺流程
管片壁后注浆止水→盾体及刀盘保护→土仓内砂浆置换→开仓清理仓内砂浆
→清理仓内砂浆更换刀具→关仓恢复掘进。

3.2.2盾构停机操作
将铰接油缸处于释放状态，将铰接油缸释放到100mm的行程以上，确保砂浆
置换完成后，盾构机可以后退100mm左右的距离，在掌子面及刀盘间形成100mm
的砂浆保护层。

3.2.3施工准备
1.二次注浆封环
为避免成环管片背后来水涌入土仓造成砂浆置换失败，需在管片背后进行整
环双液注浆形成止水环，截断管片背后来水,注浆环号选定在盾尾倒数5～6环。

2.盾体及刀盘保护
（1）通过盾体径向注浆孔向盾壳周围注入水玻璃、烧碱和外加剂浆混合液，防止盾体被浆液抱死。

水玻璃：烧碱:外加剂=1:1:0.1的比例拌制，注入量不小
于3m³。

注浆完成后应通过盾体径向孔检查注入质量。

（2）在注入水玻璃、烧碱和外加剂浆混合液后，在再通过盾体径向注浆孔
注入盾尾油脂1桶，加强盾构后部的止水效果。

（3）在浆液储存罐内拌制膨润土泥浆，并通过同步注浆系统注入，防止盾
尾被浆液抱死、同步注浆管路被浆液堵塞。

（4）通过刀盘密封系统注入一定量的EPE油脂，防止刀盘主轴承密封受损。

3.2.4土仓内砂浆置换作业
（1）泥浆加注
仓内碴土较多时或有泥饼形成时，为保证砂浆置换成功，应在砂浆置换之前
向土仓内注入膨润土泥浆，提高仓内积土的流塑性。

泥浆采用钙基膨润土：水
=1:3的比例搅拌均匀，粘度要求达到70″-80″通过同步注浆管从中隔板3、9
点处球阀注入。

仓内碴土较少且流塑性良好情况下，直接注入砂浆。

（2）砂浆置换
为了确保开仓安全，通过砂浆置换碴土的方式将土仓填充固结。

砂浆置换以
等量、恒压的原则进行，一边通过螺旋输送机出土一边通过同步注浆管从中隔板2、10点球阀位置注入砂浆。

为达到仓内充分填充，同时人工易于清理的目的，
砂浆置换过程分为三个阶段：
（3）第一阶段
采用配比为水泥50kg、砂420kg、粉煤灰375kg、膨润土100kg、水500kg
的砂浆，在保证土仓1#土仓压力0.8bar时，该阶段以0.8r/min的转速连续转动
刀盘。

砂浆在保证恒压下注入量不少于35m³，出土量不超过30m³。

（4）第二阶段
采用配比为水泥80kg、砂420kg、粉煤灰375kg、膨润土100kg、水500kg
的砂浆，加注砂浆使土仓压力达到1.5bar，该阶段以0.8r/min的转速每间隔
1min转动1次刀盘，该阶段不出土。

当土压达到1.5bar后，回收千斤顶，并缓
慢转动刀盘，把盾构后退8cm。

（5）第三阶段
采用配比为水泥100kg、砂420kg、粉煤灰375kg、膨润土100kg、水500kg
的砂浆，加注至土仓压力达到1.5～1.8bar，该阶段以0.5r/min的转速每间隔
10min转动1次刀盘，该阶段不出土。

（6）土仓置换效果检查
1）首先检查仓内浆液凝固情况，判断能否开仓。

方法如下：
先打开中隔板上的两个球阀，利用φ10mm左右的钢筋向土仓内砸入土仓中，根据砸入的情况判断凝固的情况。

然后再打开土仓门上方的球阀，用同样的方法
检查仓内凝固的情况，看强度是否达到2mpa，同时观察是否有水流出。

如两个条
件均满足，则可进行开仓工作；如果未凝固，可继续等强；如果有水流出，则继
续注浆加固。

2）检查前盾侧壁注浆情况，方法如下：
打开盾体上两侧的球阀，与上述方法相同，检查注浆后侧壁土体情况，看是
否还有未凝固的砂层，是否还有地下水流出。

如两个条件均满足，表明侧壁加固
效果也比较好。

3）盾构机刀盘前方加固效果，待土仓门打开后，先进行土仓清理。

待清理
到刀盘开口后，利用风钻进行打孔，检查注浆后刀盘前方土体的固结情况和渗水
情况。

如两个条件均比较好，则清仓工作可以继续；如果加固效果较差，则在刀
盘开口的处增加木模版或焊接钢板的防止，进行防护，能保证开仓的安全。

3.2.5清仓
清仓利用扬鎬，铁锹，采用编织袋装碴，人工送上皮带机，再由皮带机送往
碴土车。

清仓顺序由上至下，先在仓内开出一V型槽并将螺旋机前闸门清理出来，剩余碴土利用螺旋机出土。

清仓过程中必须保留刀盘切口环及开口处水砂浆保护层。

3.2.6刀具检查及更换
1.检查刀具的步骤
1）刀具外观检查检查刀盘上所有刀具螺栓是否有脱落现象；刀圈是否完好，有无断裂及弦磨现象；刀体是否有漏油现象；挡圈是否断裂或脱落，若挡圈脱落，还应检查刀圈是否发生移位。

2）刀具螺栓的检查用手锤敲击螺栓垫，观其位移来辨别螺栓的紧固程度，
或一边敲击一边用手感觉其振动情况来辨别螺栓的紧固程度。

3）刀具检查的同时，对每刀具进行编号，记录刀具的磨损量，并提供刀具
检查报告。

2.换刀作业
刀具更换的原则是先易后难，螺栓拆除采用风动扳手，螺栓紧固采用扭矩扳手，确保刀具安装质量。

4.2.7盾构恢复掘进
刀具更换完成后，值班机修检查刀具更换质量，清理换刀工具，对刀盘开口
的支撑钢板进行割除处理。

利用风镐清理刀盘切口环处的砂浆保护层。

盾构操作
手反复旋转刀盘，使刀盘脱困。

盾构机脱困后，调试泡沫系统及刀盘密封系统及
螺旋机系统，确定正常后，向土仓内注入一定的膨润土，恢复掘进。

恢复掘进时，采用小推力、刀盘低转速进行掘进，保护刀具，待刀具刃口磨
出时，恢复正常掘进。

参考文献：
[1] 《地铁盾构隧道填仓换刀施工技术研究》李江龙
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