張瀚華

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢430000）

1 工程概況

成都地鐵17 號(hào)線鳳～溫區(qū)間，區(qū)間單線長(zhǎng)度約1.4 km。穿越密實(shí)卵石土。隧道坡度3‰，下穿地鐵4 號(hào)線隧道后在鳳溪河站和地鐵4 號(hào)線換乘。最小間距約3 m，穿越前進(jìn)行刀盤(pán)修復(fù)和查換刀工作，以確保順利下穿。本項(xiàng)目使用的盾構(gòu)機(jī)在成都富水砂卵石地層施工中多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)為國(guó)內(nèi)首次。比如，開(kāi)挖直徑為8.6 m、刀盤(pán)采用大開(kāi)口率（45%）、周邊圓弧過(guò)渡區(qū)域接近直角、帶式螺旋機(jī)排土，出土理念由以往的“先破碎再排除”更改為“整體直接排出”，顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知和理念，首次探索實(shí)屬不易?？招臉毒S護(hù)土體開(kāi)倉(cāng)的方法也是在復(fù)雜的地質(zhì)條件中刀盤(pán)、刀具磨損過(guò)快不得不采取的施工措施，此技術(shù)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

2 換刀和刀盤(pán)修復(fù)方案設(shè)計(jì)研究

采用降水條件下開(kāi)倉(cāng)檢查，同時(shí)輔以隔離樁（素樁）+空心樁加固處理，在刀盤(pán)進(jìn)入隔離樁樁體25 cm 時(shí)開(kāi)倉(cāng)，確保開(kāi)倉(cāng)位置盾構(gòu)機(jī)周邊土體穩(wěn)定。

2.1 隔離樁加固范圍

開(kāi)倉(cāng)位置先采用沖擊鉆施工隔離樁，用于對(duì)刀盤(pán)前沿掌子面加固，采用φ1.2 m 素樁（C25）4 根，φ1.8 m 空心（內(nèi)徑1.2 m）鋼筋混凝土樁（C25）3 根，單條隧道范圍內(nèi)布置7 根，從隧道中心線往兩側(cè)布置。樁底深入隧道底以下1 m。隔離樁避開(kāi)聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖邊緣1 m 以上。

2.2 隔離樁施工

1）打圍，安裝圍擋。在預(yù)加固里程范圍按施工所需場(chǎng)地大小安排施工打圍，并按要求設(shè)置安裝圍擋。

2）測(cè)量放線。根據(jù)地質(zhì)情況，嚴(yán)格按照方案的間距和位置放樣，確定鉆孔的中心位置。

3）施工順序。鉆孔樁施工及機(jī)具定位使用，護(hù)樁應(yīng)布置4 個(gè)點(diǎn)，4 個(gè)點(diǎn)采取對(duì)位十字相連確定樁基中心。按阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)1～7 號(hào)，逐一施工，在已灌注成樁鄰近樁位鉆孔時(shí)，施工間隔不小于36 h。

4）埋設(shè)護(hù)筒。要求孔口以下3 m 采用鋼護(hù)筒作為護(hù)壁。

5）化學(xué)泥漿護(hù)壁。3 m 以下范圍采用化學(xué)泥漿護(hù)壁。

6）成孔檢查和清孔。鋼護(hù)筒內(nèi)徑比鉆孔直徑大200 mm。清孔應(yīng)分2 次進(jìn)行。

7）混凝土灌注。導(dǎo)管受壓最大值的確定按照下式計(jì)算：

式中，P為導(dǎo)管可能受到的最大壓力，kPa；γc為混凝土拌和物的重度（取25 000 N/m3）；Hc為導(dǎo)管內(nèi)混凝土最大高度，m；γw為內(nèi)部液體重度（取11 000 N/m3）；Hw為內(nèi)部液體深度，m。最終計(jì)算得P=0.5 MPa。

8）注意事項(xiàng)。導(dǎo)管接縫位置充水15 min 不漏水即為合格。單樁的灌注時(shí)間不能超過(guò)2 h。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)提前聯(lián)系好商品混凝土供應(yīng)商。單節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度不得超過(guò)4 m，以2～3 m 為宜。在澆筑過(guò)程中用測(cè)繩對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行試探，根據(jù)能接觸到的混凝土部位計(jì)算目前混凝土澆筑的高度，再根據(jù)孔內(nèi)已安裝的導(dǎo)管長(zhǎng)度和應(yīng)插入混凝土內(nèi)導(dǎo)管的長(zhǎng)度2 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，決定是否可以拔導(dǎo)管。

2.3 空心樁施工

為檢查刀盤(pán)外緣磨損情況，且在外緣磨損較嚴(yán)重的情況下具備刀盤(pán)修復(fù)的安全作業(yè)條件，擬在盾構(gòu)隧道的兩側(cè)及中間各施工1 根φ1.8 m 的空心鋼筋混凝土檢查樁。中間空心部分直徑1.2 m，鋼筋籠主筋采用φ25 mm 螺紋鋼，沿圓周均布14 根，箍筋采用φ10 mm 圓鋼，間距20 cm。盾構(gòu)機(jī)穿越段選用相應(yīng)直徑的玻璃纖維筋，與螺紋鋼采用卡扣連接。

φ1.8 m 檢查樁成孔方法與隔離樁施工相同，成孔后清孔，下放鋼筋籠澆筑混凝土。在樁基混凝土開(kāi)始初凝時(shí)采用旋挖鉆從樁中心鉆孔形成1.2 m 直徑的空心。旋挖鉆定位采用和成孔時(shí)相同的方法，確保鉆桿中心與樁中心重合。鉆孔過(guò)程中向樁孔內(nèi)補(bǔ)入清水以防止塌孔。

2.4 進(jìn)樁和填倉(cāng)

1）開(kāi)倉(cāng)前停機(jī)保壓。當(dāng)隔離樁強(qiáng)度達(dá)到20 MPa 及以上時(shí)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)切入隔離樁，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)進(jìn)入隔離樁30 cm。

2）填倉(cāng)處理。修復(fù)完成后方可采用惰性漿液進(jìn)行填倉(cāng)，土倉(cāng)內(nèi)填滿以后上部壓力控制在0.02～0.04 MPa。惰性漿液的配合比：中粗砂700 kg∶Ⅱ級(jí)粉煤灰370 kg∶鈉基膨潤(rùn)土360 kg∶水500 kg。

2.5 復(fù)推參數(shù)控制

復(fù)推時(shí)，充分考慮填倉(cāng)時(shí)注入惰性漿液的量，減少注水；控制掘進(jìn)速度不小于40 mm/min、推力25 000～30 000 kN、扭矩8 000～10 000 kN·m。

推進(jìn)時(shí)注意控制土倉(cāng)內(nèi)情況，復(fù)推第一環(huán)，土倉(cāng)土位控制在整體高度的1/3 位置，避免由于干燥和改良效果不好而堆積，刀盤(pán)扭矩過(guò)大而調(diào)停。異常調(diào)停會(huì)造成嚴(yán)重后果，如刀盤(pán)電機(jī)剪切銷(xiāo)斷裂失效，如果無(wú)法有效處理堆積的砂卵石土?xí)?dǎo)致異常開(kāi)倉(cāng)。

2.6 刀盤(pán)修復(fù)

2.6.1 刀盤(pán)修復(fù)準(zhǔn)備

將刀盤(pán)外周需安裝保徑刀區(qū)域內(nèi)的耐磨板（120 mm×120 mm×10 mm）碳刨拆下，然后將碳刨處打磨平整；刀盤(pán)其余2 處輻條No.2、No.8 安裝合金保徑刀時(shí)，將需安裝區(qū)域內(nèi)的耐磨板先參照此方法碳刨拆除并將碳刨處打磨平整。

2.6.2 刀盤(pán)修復(fù)方案

在圖1 標(biāo)識(shí)“●”位置處（共10 處）安裝2 道圓環(huán)保護(hù)刀。因?yàn)榈侗P(pán)出廠時(shí)保護(hù)刀數(shù)量不足，采用HARDOX×400 耐磨鋼板，在砂卵石中磨損很快，8 m 盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周保護(hù)刀走過(guò)的路程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小盾構(gòu)機(jī)，因此，必須增加帶合金的保護(hù)刀，合金耐磨性能優(yōu)于耐磨鋼板，更換保護(hù)刀后此部位可正常使用至施工結(jié)束。

在圖1 標(biāo)識(shí)“▲”位置處（共8 處）安裝一道圓環(huán)保護(hù)刀。安裝刀盤(pán)（No.2、No.8）輻條處的合金保徑刀。安裝刀盤(pán)（No.3、No.5、No.11）輻條處的圓環(huán)保護(hù)刀。此處加裝保護(hù)刀的原因同上，只是考慮成交錯(cuò)分布，既可以保證效果，又合理節(jié)約了一定數(shù)量的保護(hù)刀，因此，采用交錯(cuò)布置的方式焊接處理。

在刀盤(pán)外圈擋板位置，將部分擋板割除，完成后打磨切口處，可堆耐磨焊將此部位加強(qiáng)。在刀盤(pán)邊緣刮刀與擋板間隙內(nèi)焊接擋塊填充，完成后在擋塊上堆耐磨焊加強(qiáng)；擋塊的寬度按實(shí)際測(cè)量尺寸確定，若測(cè)量尺寸小于10 mm 無(wú)須補(bǔ)板。此處為刀盤(pán)的最薄弱環(huán)節(jié)，最容易磨損且惡化[1]。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)時(shí)挖掘后堆積的土體會(huì)擠壓至這個(gè)部位，此大開(kāi)口刀盤(pán)在圓弧過(guò)渡處呈90°略帶圓弧狀，不同于常規(guī)的大圓弧過(guò)渡刀盤(pán)，渣土堆積到此為止后十分不易進(jìn)入進(jìn)渣口排出，刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)和被擠壓使砂卵石密實(shí)摩擦，此處磨損損壞的程度會(huì)遠(yuǎn)比其他部位嚴(yán)重。因此，必須增加耐磨性能，通過(guò)焊接擋板并加焊耐磨層來(lái)實(shí)現(xiàn)。這解決了迎土面的耐磨問(wèn)題。

在擋塊上方安裝圓環(huán)保護(hù)刀。此處安裝的保護(hù)刀和土體的接觸面同上述保護(hù)刀一致，可以認(rèn)定是上述保護(hù)刀的補(bǔ)充，是處理邊緣刮刀外周的特殊保護(hù)形式。保護(hù)刀可保護(hù)此處，在刀盤(pán)和周邊被擠壓過(guò)的砂卵石摩擦過(guò)程中更不易磨損，充分發(fā)揮合金保護(hù)刀的耐磨特性。

圖1 刀盤(pán)修復(fù)示意圖

3 采用空心樁施工的意義

不同于以往常規(guī)做法，空心樁的結(jié)構(gòu)和尺寸決定了人員在其中可以自由上下和轉(zhuǎn)身；30 mm 玻璃纖維筋混凝土護(hù)壁，可以抵抗刀盤(pán)前方和周邊土體的擠壓和剪切，8 m 級(jí)刀盤(pán)比6 m 級(jí)刀盤(pán)在開(kāi)倉(cāng)作業(yè)時(shí)更不利；頂部為鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)，可以保證樁的整體性良好，保證樁不會(huì)土體被切斷；空心部位直通地面，可以保證空氣流通，新風(fēng)順暢地進(jìn)入土倉(cāng)內(nèi)，土倉(cāng)內(nèi)熱量也會(huì)隨空氣流通排出，從而降低溫度；保護(hù)刀等材料和工具可通過(guò)空心樁吊裝到位；焊割設(shè)備可通過(guò)空心樁接至地面電源或氣瓶；復(fù)推后通過(guò)空心樁快速填充盾體上部因復(fù)推擾動(dòng)超方導(dǎo)致的空洞，避免地面塌陷。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。采用空心樁法開(kāi)倉(cāng)，周邊土體穩(wěn)定安全，刀盤(pán)被保護(hù)刀加強(qiáng)后，刀盤(pán)磨損得到有效控制。因此，空心樁法開(kāi)倉(cāng)和刀盤(pán)修復(fù)技術(shù)是有效可行的，使后續(xù)工程得以順利完工。