富水砂卵石地层盾构刀具两幅检修技术

富水砂卵石地层盾构刀具两幅检修技术
邹建洲
【摘要】盾构在砂卵石地层施工过程中,刀具不可避免的会产生较大磨损,为了保证盾构的持续掘进能力直至完成区间施工任务,需要结合工程情况合理维修刀具.以北京地铁16号线肖家河站～西苑站区间盾构施工为例,盾构机下穿特级风险源前在联络通道处设置检修井.检修井采取倒挂井壁法施工,开挖到刀盘中心以下1 m处,接收后首先检修上半部分刀具,然后旋转180°再检修剩余部分刀具.采用这种刀具两幅检修技术,减小了富水砂卵石地层检修井降水施工风险,保证了工程的顺利进行以及周边环境的安全.
【期刊名称】《国防交通工程与技术》
【年(卷),期】2018(016)006
【总页数】4页(P70-72,57)
【关键词】土压平衡盾构;刀具检修;两幅检修
【作者】邹建洲
【作者单位】中铁十八局集团轨道交通工程有限公司,天津300222
【正文语种】中文
【中图分类】U455.39
1工程概况
北京地铁16号线肖家河站～西苑站区间北起农大南路与圆明园西路交叉口的肖家
河站，线路沿圆明园西路地下由北向南敷设，沿线穿过清河、肖家河高架桥、北五环下拉槽，最后拐入一亩园交通枢纽内的西苑站。

其中，区间BK17+064.500～BK18+ 918.009采用盾构法施工，区间长度约1 853.509 m，左右线线间距最小处为9 m，最大处为15.2 m。

衬砌采用预制钢筋混凝土管片，管片外径6 000 mm、内径5 400 mm，管片宽度1 200 mm、厚度300 mm。

本区间采用日立
土压平衡式盾构机施工，刀盘直径为6 180 mm，刀盘形式为辐条面板式，刀盘
开孔率54%。

盾构穿越地层情况为：进洞80 m以内，上部为黏土，下部为细中砂；始发80～1 100 m为全断面卵石⑦；1 100～1 850 m出洞之间，下部为卵石⑦，上部粉质
黏土⑥，粉质黏土随着向北掘进比例变大。

地下水的类型分别为上层滞水(一)、潜水(二)和承压水(三)。

盾构检修井开挖主要涉及地层自上而下分别是：杂填土①1层，中粗砂②4层，卵石②5层，卵石⑤，黏土⑥，粉土⑥3，粉土⑥2，黏土⑥，卵石⑦。

检修井位置处的水文地质情况为：地下上层滞水水位位于地表以下9.6 m，潜水水位位于地表以下16.4 m，承压水水头10 m。

检修井处地质状况见图1所示。

本段区间主要环境风险为区间垂直及平行下穿重要市政管线、下穿圆明园西路1#
人行过街天桥、下穿肖家河立交B、C匝道桥、侧穿肖家河辅路桥、下穿清河、下穿圆明园西路立交雨水提升泵站、下穿南水北调管道及北五环下拉槽。

其中，下穿肖家河立交B、C匝道桥直至南水北调管道及北五环下拉槽为400 m特级风险源。

图1检修井处地质分布图
2 刀具检修方案
根据以往砂卵石掘进施工经验，类似富水砂卵石地层盾构掘进里程950 m需进行
刀具检修。

为了保证检修工作的安全进行，检修前需要先开挖检修井，检修井一般开挖至刀盘底面以下；待盾构机接收后，在检修井内检修刀具；检修完毕后，回填
检修井并再次恢复掘进[1]。

本工程盾构机始发910 m后，连续下穿400 m特级风险源，下穿风险源前，计划在联络通道处(距离始发处850 m)设置一检修井。

因该处联络通道兼泵房，盾构掘进至该处埋深最大，左线覆土26.7 m，右线覆土26.5 m。

检修井处土的渗透系数为240 m/d，若检修井开挖至盾构底部32.7 m处，降水施工难度较大。

经方案比选，考虑将检修井开挖至刀盘中心以下1 m处，先检修上半部分刀具；检修结束后，将刀盘旋转180°，检修剩余部分刀具。

设计检修井净空东西长7 m，南北宽2.5 m，采用倒挂井壁式法施工。

检修井的结构设计如图2所示。

图2盾构检修井的结构设计图(单位：mm)
3检修井施工
盾构检修井位于隧道正上方园林绿地内。

经现场探坑探查，检修井及周边土体加固范围内无地上地下管线及建(构)筑物。

检修井护壁采用格栅钢架+网喷混凝土的形式[2,3]。

井口浇筑锁口圈，锁口圈宽1 500 mm，厚1 000 mm，伸入井内1 000 mm，采用C30混凝土浇筑。

向下分步开挖并架设格栅、挂网喷射混凝土，护壁混凝土为C20，喷层厚度为30 cm。

锁口圈下9 m范围内格栅间距0.75 m；从9 m处开始到28.15 m处格栅间距0.5 m；开挖至刀盘范围时，开始架设半榀格栅，并架设I25a型钢横支撑，直至开挖到检修井井底标高。

每榀格栅之间设置纵向连接筋，在井底以上5.6 m范围内连接筋采用纤维筋，连接筋长度0.75 m，格栅主筋为∅22 mm的三级螺纹钢。

在盾构掘进范围内对检修井底部土体进行深孔注浆加固，加固深度4.4 m。

检修井所处水位较高，盾构全部位于承压水层，施工影响范围内的地下水主要为第四纪松散沉积物孔隙水，分为上层滞水、潜水、承压水或层间水，赋存介质主要为卵石、圆砾、砂土和粉土。

检修井底部位于承压水水位之下，施工前需采取有效的地下水控制措施，并应采取有效的支护措施。

降水方案根据地下水流向和检修井要
求，在检修井周边设置32口井进行封闭降水，保证水位处于检修井底2 m以下。

位于潜水水位以下的砂层、土层的交界面可能存在少量降水时疏不干的剩余水体，侧壁土经地下水的浸泡软化，力学性质较低，在外力作用下容易发生坍塌，施工时务必切断地下水的补给来源。

为此，可采取以下施工措施：
(1)开挖至滞水层和潜水层时，在基坑的侧壁和底部范围内立即采取小导管注浆的
方法，使下部及四周的注浆加固体成为阻断外部水源向坑内渗入的屏障。

注浆采用∅32 mm×3.25 mm，L=2.0 m导管，水平倾角15°，呈间距为0.6 m×0.6 m的梅花形布孔(见图3)，而后注入水泥+水玻璃双液浆，注浆压力0.3～0.5 MPa。

待开挖至滞水层和潜水层以下2 m且土体无明显流水时，方可停止注浆施工。

图3微型桩设计图
(2)开挖至检修井底部时，在开挖面内垂直、斜向按间距0.6 m×0.6 m布孔，采用气动潜孔锤钻机施工孔径127 mm微型桩止水并且加固地层，同时为盾构机接收
及再次始发做准备。

图3为微型桩设计布置图。

本方案成孔最长孔深为10.8 m，为保证注浆效果及拔管的顺畅，注浆施工分两个
循环进行：第1次进尺5 m，孔内只注入水泥+水玻璃双液浆；第2次进尺6 m，搭接长度为1 m，孔内放置3根∅25 mm玻璃纤维筋后，再注入水泥+水玻璃双
液浆，注浆压力控制在1～2 MPa。

盾构到达前提前对检修井接收及始发端进行端头加固，并确保加固效果满足盾构机到达掘进要求。

由于检修井所处位置地下水水头较大，含水地层为卵石和圆砾⑦层等透水性土层。

为防止盾构掘进至检修井时，洞门范围内涌水、涌砂，盾构掘进拼装完成709环
停机后，检修井在向下挖掘土方的过程中若发现初支和前盾空隙内渗水情况严重，则在空隙边缘注入足量的聚氨酯浆液。

4刀具检修
在盾构推进至盾构到达范围时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系。

考虑到本检修井的南北净空2.5 m，日立刀盘中心刀直径450 mm，刀盘厚度535 mm，确保在换刀时正常旋转，停机位置需
要将切口端与检修井内南侧对齐，这样既保证刀盘前有足够的维修空间，也不影响刀盘旋转。

盾构机刀盘距离停机里程小于10环时，在掘进过程中，专人负责观测换刀井洞口初支的变化情况，始终保持与盾构机司机联系，及时调整掘进参数，掘进速度控制在20 mm/min以下，推力控制在6 000～8 000 kN，并适当降低土压，缓慢均
匀地切削土体，以确保到达端墙的稳定，防止地层坍塌。

在盾构机刀盘距洞门掌子面2环时，应尽量出空土仓中的碴土，掘进速度控制在10 mm/min以下，减小
对洞门及端墙的挤压，以保证凿除洞门混凝土施工的安全。

盾构机到达检修井后，开始检修、换刀。

根据盾构刀具实际磨损情况，利用刀具检测工具(自制卡规)和钢板尺详细检测，记录每把刀具实际磨损情况。

检测、记录完成后，更换磨损量较大的刀具，并记录更换刀具的编号。

更换结束后，工作人员全部撤离检修井，刀盘旋转180°到达更换剩余刀具位置，再进行其它刀具的检修更换，直至所有刀具检修更换完毕。

5检修井回填施工和盾构机再次掘进
刀具检修完工后，拆除脚手架，清除检修井内的杂物、机具、管线等。

检修井进行部分回填施工时采取分层回填的措施，并用振动式打夯机夯实，边角处采用人工夯实，保证回填土压紧密实。

回填至5、6榀开洞格栅之间后，开始由下至上逐榀人工凿除喷射混凝土，并拆除检修井北侧墙洞门的工字钢开洞格栅，每拆除一榀格栅就立即回填一层碎石并夯实。

破除洞门施工时，在保证安全施工的前提下尽量加快施工速度，减少检修井初支背后原状土体的暴露时间。

拆除全部工字钢开洞格栅后，继续回填至隧道洞门以上4 m的位置，回填过程中逐步拆除井内支撑及楼梯、平
台等。

待盾构机离开检修井20环以上且隧道洞口不再向外冒出水泥浆后，开始开挖检修井内隧道上方回填的碎石，并施作混凝土盖板。

盖板钢筋与西侧墙预留钢筋连接，南北两侧采用植筋的方式与检修井结构连接。

植筋钢筋的布置形式与西侧墙预留钢筋相同，植筋深度为28 d。

混凝土盖板浇筑前，应先留置好预埋管线的洞口，并对下方回填的土方注浆填充密实后再行浇筑。

6 结束语
盾构刀具检修后，盾构机顺利通过400 m特级风险源，在计划工期内完成了区间隧道的施工任务，保证了施工安全，产生了良好的经济和社会效益。

采用检修井对盾构刀具两幅检修与采用完整检修井全刀具检修相比，具有成本低、周期短、简便快捷的特点；与开仓换刀相比，有作业风险小、简单直观、可对刀具进行较全面检查与修复等优点，适用于富水砂卵石地层开挖深度较大、降水施工困难的盾构刀具检修工况。

参考文献
【相关文献】
[1]王南昌，李广华，海占权.盾构机刀盘非典型性故障分析及应对措施研究[J].施工技术, 2016,
45(S1): 218-221
[2]郝丁，刘飞.人工挖孔在盾构检修井中的应用[J].建筑技术, 2013, 44(09): 810-813
[3]杨保琦，赵晓坤.盾构检修井快速施工方法探讨[J].铁道建筑技术, 2011(S1): 72-73。