土壓平衡盾構隧道內更換尾刷技術

劉雷

摘 要：文章以石家莊地鐵1號線二期工程東莊站-會展中心站區(qū)間為背景，重點闡述為保證順利穿越滹沱河主河道所采用的隧道內盾尾刷更換技術，從地質實地勘察、技術難點分析、施工方案制定、應急搶險措施等幾方面進行探討，證明在隧道內更換盾尾刷是可以安全實現(xiàn)的，可為類似工程的盾尾刷更換技術提供參考。

關鍵詞：盾尾刷 注漿 隧道工程

1.工程概況

東莊站～會展中心站區(qū)間以東莊站為起點，下穿滹沱河、新城大橋后到達會展中心站。區(qū)間起訖里為：K26+748.620～K30+186.000，線路總長3435.18m。線路軌頂標高36.810～51.779m，結構覆土厚度為9.54m～22.8m，線路平面有四處曲線，曲線半徑分別為400、450、600和1200，線路縱向坡度呈“W”字型坡。

區(qū)間在K28+290～K28+760處下穿滹沱河主河槽，穿越段長度470m。穿越范圍區(qū)間滹沱河現(xiàn)況水深約1.6～3.5m，歷史最高水深約為8.15m～8.65m；滹沱河河床設置有復合防滲層，其構造依次為：2.5m厚細砂，0.3m厚壤土，膨潤土防水毯，0.2m厚壤土鋪墊。

區(qū)間穿越滹沱河段隧道拱頂?shù)貙訌纳现料轮饕獮椋孩?素填土；②1粉細砂；④1粉質粘土；盾構開挖范圍內主要地層為：④1粉細砂；④4粉質粘土；⑤1粉質粘土；⑥1細中砂；⑥2中粗砂含卵石；⑥3卵石。

2.隧道內跟換盾尾刷的原因分析及技術準備

2.1尾刷更換原因

由于盾構區(qū)間總長3435.18m，滹沱河正處于區(qū)間中心位置，盾構機到達河床位置掘進1440m，且均為 400m、600m的小曲線半徑施工，此種工程概況對盾尾刷傷害極大，為保證后續(xù)施工安全故決定位于區(qū)間1381.2m處停機更換盾尾刷。

2.2地質實地勘查

為進一步確定尾刷更換位置進行地質勘查，尋求含水量低的位置進行停機更換，確保施工安全。本次勘察鉆孔最大深度60m，深度范圍主要賦存有一層地下水，地下水類型為潛水，具體如下：地下水埋深37～39.5m，水位標高25.78～32.56m，含水層為中粗砂含卵石層。依據(jù)地勘結果，范圍內無地下水作用，故決定此處更換盾尾刷。

2.3技術難點分析

（1）盾構機長時間停機由于盾構自身過重，可能致使盾構整體下沉，從而導致成型管片出現(xiàn)錯臺甚至無法拼裝連接。如對盾構外緣直接加固可能導致盾構機整體被水泥漿固結無法再次掘進。

解決方案：首先通過中盾超前注漿孔針對盾構外緣與土體連接處進行克泥效注入，調整配合比致使盾體外緣形成柔性滑膜。然后對盾體外側50～200cm注入水泥漿，從而既滿足土體的加固效果又滿足盾體外緣光滑可移動。

（2）針對土壓平衡盾構而言，長時間停機會致使土倉內水分流失，從而降低土倉壓力使土倉內土壓無法與開挖掌子面壓力保持平衡最終造成開挖面失穩(wěn)，導致地表下沉或坍塌。

解決方案；通過土倉泡沫注入孔注入高分子長鏈液體，根據(jù)刀盤前方壓力實時控制液體注入量，從而滿足土壓平衡。

（3）管片拆除過程中推進千斤頂回收，盾構機向前推進力喪失，如土壓反作用力大于盾體與土體之間的摩擦力必然導致盾體后移，從而土倉土壓降低易出現(xiàn)掌子面坍塌風險。

解決方案：首先將盾構機設備橋與盾體液壓部分鎖死，使設備橋與盾體成為不可拉伸的剛性結構，再將設備橋與管片剛性連接使盾構機與隧道管片形成整體，最終滿足盾無法前后移動的需求。

（4）管片拆除再拼裝后由于操作誤差可能導致拼裝管片與成型管片存在不同軸或失圓狀況，從而使兩環(huán)管片無法對接成功，最終形成質量事故。

解決方案；首先對未拆除管片進項實地測量，測出管片底標高、頂標高及橢圓度。拆除管片后根據(jù)測量結果計算拼裝位置，在盾尾內壁焊接定向卡銷，保證再次拼裝時管片不會超限初步滿足連接需求。其次管片對接前使用低強度、高韌性材料將兩環(huán)管片的16個螺栓孔進行連接，從而保證最終管片連接成功，見圖1。

3.施工方案制定

（1）管片壁后止水環(huán)施工

停機位置選定后使用超細水泥溶液與水玻璃溶液比例融合，雙向自下而上通過管片注漿孔緩慢逐個注入，確保雙液漿注入充分且連接成環(huán)（注入環(huán)為盾尾后第二環(huán)、第六環(huán)）。最終起到盾尾止水、止?jié){、加固的作用。

（2）盾構機與隧道管片連接。首先將設備橋與中盾的油缸鎖死，然后將設備橋與管片螺栓進行焊接作業(yè)，保證抗拉強度大于設計土壓力。

（3）盾體外地層加固（可與（2）同時進行）。首先通過中盾六路超前注漿孔進行克泥效注入，保證盾體外壁填充即可。再次將盾構外部注入水泥漿保證盾構不發(fā)生下沉事故。

（4）土倉填充。通過泡沫系統(tǒng)對土倉進行高分子長鏈液體注入，并實時監(jiān)控土倉內土壓力保證土倉壓力略高于前方土體壓力即可。

（5）管片拆除。中交天和盾構機采用拼裝機加長工裝對管片自上而下進行拆除（提前設計將封頂塊拼裝至隧道上方），如圖2所示。

（6）盾尾刷更換。為保證更換后達到最佳效果，我方選擇更換兩道尾刷，從而使第一道油脂倉能發(fā)揮到最大功效。圖3為盾尾刷更換后效果圖。

（7）管片連接。通過測量定向與螺栓孔連接的方式利用千斤頂拼裝模式相對、緩慢、等長的方式進項管片連接。最終完成整套盾尾刷更換工藝。

4.應急搶險措施

（1）應急材料準備。管片拆除存在一定流沙風險，故管片拆除前應在隧道內將應急材料準備齊全，如海綿、木方、消防斧、棉被、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、弧形鋼板等。

（2）應急演練。人員安排：①尾刷更換過程中帶班領導全程現(xiàn)場跟蹤；②操作人員根據(jù)應急步驟分為：堵漏組與注漿組。模擬險情：假設管片拆除過程中某點位出現(xiàn)流沙，堵漏組立即使用海綿、棉被等對流沙處進行填塞，且在填塞縫隙處注入聚氨酯，暫行封堵漏點。注漿組根據(jù)漏漿點位將環(huán)氧樹脂由管片注漿孔注入，確保壁厚填充飽滿。同時拼裝手將管片重新拼裝，將風險消除。

5.結束語

綜上所述，通過石家莊地鐵1號線二期工程東莊站-會展中心站區(qū)間雙線4次更換盾尾刷初步經驗的總結，證明在施工準備周全、技術要求滿足的前提下可以實現(xiàn)隧道內更換盾尾刷，且滿足安全生產需求。

參考文獻：

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