论文部分内容阅读
摘要：以杭州地铁3号线香积寺路站～大关站盾构区间穿越桩基区域为施工背景，综合考虑软土地层及磨桩施工要求，对盾构机的刀盘、螺旋输送机、液压电机等配置进行针对性的设计，并结合工况条件，采用满堂弱加固预处理桩基区域，盾构机直接磨桩穿越桩基过程及穿越桩基完成后带压开仓检查更换盾构机刀盘及刀具，保证隧道正常掘进。
关键词：盾构区间、掘进、带压开仓、刀盘
1.工程概况
杭州地铁3号线香积寺路站～大关站区间盾构隧道右线全长875.120m，左线全长898.431m（含长链23.311m），隧道外径6.2m，内径5.5m。隧道穿越金诚地块，该地块原址建筑拆迁时未对φ377mm混凝土沉管灌注桩基础予以拔除。经探明，盾构穿越区域均为钢筋混凝土桩基，且金城地块已开挖至负二层结构底板位置，现场不具备拔桩条件。结合现场工况，采用合适加固方式对盾构机通过的桩基区域进行满堂弱加固预处理，采用盾构机直接磨桩，穿越桩基過程及穿越桩基完成后对盾构机刀盘及刀具进行检查更换，以保证穿越及后续掘进顺利进行。
2.盾构机选型及配置参数
综合考虑软土地层及磨桩施工要求，本区间选用1台海瑞克S1155土压平衡盾构机，1台中铁装备CREC6440H-620土压平衡盾构机掘进。两台盾构机相隔1个月在香积寺站大里程端头下井，分别始发掘进左右线，到达接收井后，解体吊出撤场。
3.施工准备
3.1 开仓位置
盾构穿越桩基过程及穿越桩基完成后根据盾构推进参数推测刀盘和刀具的钢筋缠绕和刀具磨损情况，综合判断后选定在左线K33+931.815、K33+984.216，右线K33+981.842三处对盾构机实施带压开仓换刀作业。
3.2 计划准备
为减小对区域上方建筑物影响，在盾构机到达之前，金诚地块需将穿越范围内结构中板施工完成，并具备围护结构型钢拔除条件，完成穿越区域的型钢拔除后再实施穿越。穿越金诚地块及穿越群桩磨桩阶段金诚地块底板及负二层侧墙和中板均已施工完成。根据盾构掘进施工情况确定气压开仓作业开始施工时间，编制气压开仓作业进度计划。结合实际施工及进度计划，做好开仓作业人员准备、设备工具和物资准备。
4. 关键技术措施
4.1 确定气压
根据盾构法开仓及气压作业技术规范，工作压力计算公式如下：
P=Pw+Pr=q×γ×h+k0×σz
式中，Pw—计算隧道开挖中心的水头压力，Pw =q×γ×h;
Pr—压力调整值，综合考虑不同地层条件、地面环境及开挖面;
q-经验数值，依据据土的渗透系数确定，黏土中取0.8～1.0;
γ-水的容重，取10KN/m3;
h-地下水位埋深;
k0-侧向土压力系数;
σz-地下深度Z处土层的自重应力，σz =Σγihi。
根据地质补勘，此处覆土为淤泥质土，其对应重度为γ1=17KN/m3，土层厚度为h1=5.4m。
根据上述计算公式计算得：
P=2.2bar。
正常停机后土仓压力为1.3bar，结合土压计算值，初步确定压气压力值为2.2bar，在此基础上可根据现场具体情况适当调整。
4.2 开仓前止水封堵及气体密闭措施
为保证开仓前止水止水封堵及气体密闭，采取如下措施：
（1）临近换刀位置的10环范围内加大同步注浆量，确保填充密实。
（2）为确保掌子面无后方来水，需在盾尾4～10环范围内通过注浆孔进行二次补浆，形成止水环。
（3）必要时通过盾构机勘探孔向盾体外侧压注聚胺脂，使成型隧道与掌子面、开挖仓及切口环到中盾压注聚氨酯位置所暴露的土体完全隔离。
4.3 压气前止水密封措施
准备压气前，一定要确保盾尾注入足够量的油脂以维持压气作业过程中土仓气压的稳定。为确保盾体气密性，向盾尾后三环管片注双液浆，在筒体四周注以膨润土代替水泥的惰性浓浆。
4.4 管路的连接
在置换土仓土体之前，为方便不同点位之间的管路连接，采用活动接头将同步注浆机与盾构机土仓壁上选定为回填通道的4点、8点及12点处平衡阀管路相连接，再连接同步注浆机与膨润土运输设备的管路。连接完毕后，仔细检查各管路之间的连接密封性。
4.5 土仓内通风换气措施设置
在土仓内人仓副仓壁设置加压阀及加压管路，土仓9点位仓壁设置泄压孔，通过调整加压孔注入空气量，和泄压孔排出空气阀门，调节仓内空气动态稳定，始终保持在2.2bar气压，同时保持仓内空气流通。
5. 带压进仓检查、清理及更换刀具施工作业
5.1 刀具的检查与记录
确定气体检测合格后，进行压气作业，当主舱与土仓气压相等后，打开主舱与土仓的密封门。确认仓内无异常以及掌子面稳定后，作业人员方可进入土仓进行作业。
进入土仓后，应先迅速对刀盘和刀具进行仔细的检查，同时在清洗刀盘过程中密切注意掌子面的稳定性及水位情况并将土仓内情况和需要更换刀具的情况，及时指定换刀方案。
5.2 刀具更换的标准
当滚刀磨损量超过25mm，边缘滚刀磨损量超过10mm时，即须换刀。
当刮刀上的合金堆焊层磨损较严重或崩齿较严重时，即须更换。
5.3 刀具更换
各项准备工作完成后，进行刀具更换作业：
①关闭主舱和准备舱的隔门，打开准备舱密封门，将材料及器具放入舱室内后关闭密封门，然后升压至主舱压力值;
②打开隔门，将材料及器具转移至主舱内; ③在更换刀具的过程中，根据需要通过人舱内的控制板转动刀盘或根据地质条件降低土舱中的土位;
④更换滚刀和刮刀时，先将待换的刀具拆下，然后更换新刀并固定在相应的刀座上。刀具更换后，应重新拧紧固定螺丝至要求的紧固扭矩。
5.4 检查与验收
刀具更换完成后，进行检查验收。在检查刀具时，同时检查刀具所在位置的刀盘的磨损情况，若发现刀盘磨损较大或者断裂则编制专项方案进行维修。
换刀作业及收尾复检工作完成后，进行刀盘试运转。盾构机试运转时，由负责换刀的人员进行复检，观察刀具的运转情况，确认合格后开始正式掘进;如刀具松动，进行复紧，复紧确认合格后，然后开始正式掘进。
5.5 注意事项
（1）管片拼装完成后，为防止长时间停机造成管片移动，管片与盾尾的空隙应楔入楔块以支撑最后拼装完成的管片。
（2）换刀作业过程中，密切关注刀盘前方及顶部土体的稳定性，发现异常，作业人员立即撤出，并关闭仓门。并向土仓内灌注膨润土维持土仓压力，等待下步处理。
（3）如换刀过程中需要使用乙炔+氧气切割或烧焊，必须向土仓内通气，以保证土仓内有新鲜空气，并准备好灭火措施。
（4）在检查及更换刀具期间提前进行地表沉降监控，并对金诚地块底板进行监测。
（5）制定檢查、清理及更换刀具施工作业安全保障措施及应急预案。
6. 结语
（1）针对实际工况条件，盾构机采用直接磨桩穿越群桩基础，综合考虑软土地层及磨桩施工要求，对盾构机的刀盘、螺旋输送机、液压电机等配置进行针对性的设计。
（2）盾构穿越桩基过程及穿越桩基完成后根据盾构推进参数推测刀盘和刀具的钢筋缠绕和刀具磨损情况，综合判断后适时对盾构机刀具进行带压开仓检查更换作业，为区间后续施工做准备。
（3）周围地表沉降监控及金诚地块底板监测数据表明，盾构掘进及带压开仓施工作业过程中，对地层的扰动在安全可控范围内，符合各项施工技术标准，为后续区间盾构掘进奠定了基础。
参考文献
[1]周斌.盾构开仓的重难点及解决办法[J].市政技术，2020（6）：166-170.
[2] 易广俊.土压盾构机在掘进过程中常压开仓换刀的技术研究[J].建筑施工，2014（4）：435-437.
[3] 夏毅敏，卞章括，胡承欢等.复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法[J].机械工程学报，2014（21）：1-9.
关键词：盾构区间、掘进、带压开仓、刀盘
1.工程概况
杭州地铁3号线香积寺路站～大关站区间盾构隧道右线全长875.120m，左线全长898.431m（含长链23.311m），隧道外径6.2m，内径5.5m。隧道穿越金诚地块，该地块原址建筑拆迁时未对φ377mm混凝土沉管灌注桩基础予以拔除。经探明，盾构穿越区域均为钢筋混凝土桩基，且金城地块已开挖至负二层结构底板位置，现场不具备拔桩条件。结合现场工况，采用合适加固方式对盾构机通过的桩基区域进行满堂弱加固预处理，采用盾构机直接磨桩，穿越桩基過程及穿越桩基完成后对盾构机刀盘及刀具进行检查更换，以保证穿越及后续掘进顺利进行。
2.盾构机选型及配置参数
综合考虑软土地层及磨桩施工要求，本区间选用1台海瑞克S1155土压平衡盾构机，1台中铁装备CREC6440H-620土压平衡盾构机掘进。两台盾构机相隔1个月在香积寺站大里程端头下井，分别始发掘进左右线，到达接收井后，解体吊出撤场。
3.施工准备
3.1 开仓位置
盾构穿越桩基过程及穿越桩基完成后根据盾构推进参数推测刀盘和刀具的钢筋缠绕和刀具磨损情况，综合判断后选定在左线K33+931.815、K33+984.216，右线K33+981.842三处对盾构机实施带压开仓换刀作业。
3.2 计划准备
为减小对区域上方建筑物影响，在盾构机到达之前，金诚地块需将穿越范围内结构中板施工完成，并具备围护结构型钢拔除条件，完成穿越区域的型钢拔除后再实施穿越。穿越金诚地块及穿越群桩磨桩阶段金诚地块底板及负二层侧墙和中板均已施工完成。根据盾构掘进施工情况确定气压开仓作业开始施工时间，编制气压开仓作业进度计划。结合实际施工及进度计划，做好开仓作业人员准备、设备工具和物资准备。
4. 关键技术措施
4.1 确定气压
根据盾构法开仓及气压作业技术规范，工作压力计算公式如下：
P=Pw+Pr=q×γ×h+k0×σz
式中，Pw—计算隧道开挖中心的水头压力，Pw =q×γ×h;
Pr—压力调整值，综合考虑不同地层条件、地面环境及开挖面;
q-经验数值，依据据土的渗透系数确定，黏土中取0.8～1.0;
γ-水的容重，取10KN/m3;
h-地下水位埋深;
k0-侧向土压力系数;
σz-地下深度Z处土层的自重应力，σz =Σγihi。
根据地质补勘，此处覆土为淤泥质土，其对应重度为γ1=17KN/m3，土层厚度为h1=5.4m。
根据上述计算公式计算得：
P=2.2bar。
正常停机后土仓压力为1.3bar，结合土压计算值，初步确定压气压力值为2.2bar，在此基础上可根据现场具体情况适当调整。
4.2 开仓前止水封堵及气体密闭措施
为保证开仓前止水止水封堵及气体密闭，采取如下措施：
（1）临近换刀位置的10环范围内加大同步注浆量，确保填充密实。
（2）为确保掌子面无后方来水，需在盾尾4～10环范围内通过注浆孔进行二次补浆，形成止水环。
（3）必要时通过盾构机勘探孔向盾体外侧压注聚胺脂，使成型隧道与掌子面、开挖仓及切口环到中盾压注聚氨酯位置所暴露的土体完全隔离。
4.3 压气前止水密封措施
准备压气前，一定要确保盾尾注入足够量的油脂以维持压气作业过程中土仓气压的稳定。为确保盾体气密性，向盾尾后三环管片注双液浆，在筒体四周注以膨润土代替水泥的惰性浓浆。
4.4 管路的连接
在置换土仓土体之前，为方便不同点位之间的管路连接，采用活动接头将同步注浆机与盾构机土仓壁上选定为回填通道的4点、8点及12点处平衡阀管路相连接，再连接同步注浆机与膨润土运输设备的管路。连接完毕后，仔细检查各管路之间的连接密封性。
4.5 土仓内通风换气措施设置
在土仓内人仓副仓壁设置加压阀及加压管路，土仓9点位仓壁设置泄压孔，通过调整加压孔注入空气量，和泄压孔排出空气阀门，调节仓内空气动态稳定，始终保持在2.2bar气压，同时保持仓内空气流通。
5. 带压进仓检查、清理及更换刀具施工作业
5.1 刀具的检查与记录
确定气体检测合格后，进行压气作业，当主舱与土仓气压相等后，打开主舱与土仓的密封门。确认仓内无异常以及掌子面稳定后，作业人员方可进入土仓进行作业。
进入土仓后，应先迅速对刀盘和刀具进行仔细的检查，同时在清洗刀盘过程中密切注意掌子面的稳定性及水位情况并将土仓内情况和需要更换刀具的情况，及时指定换刀方案。
5.2 刀具更换的标准
当滚刀磨损量超过25mm，边缘滚刀磨损量超过10mm时，即须换刀。
当刮刀上的合金堆焊层磨损较严重或崩齿较严重时，即须更换。
5.3 刀具更换
各项准备工作完成后，进行刀具更换作业：
①关闭主舱和准备舱的隔门，打开准备舱密封门，将材料及器具放入舱室内后关闭密封门，然后升压至主舱压力值;
②打开隔门，将材料及器具转移至主舱内; ③在更换刀具的过程中，根据需要通过人舱内的控制板转动刀盘或根据地质条件降低土舱中的土位;
④更换滚刀和刮刀时，先将待换的刀具拆下，然后更换新刀并固定在相应的刀座上。刀具更换后，应重新拧紧固定螺丝至要求的紧固扭矩。
5.4 检查与验收
刀具更换完成后，进行检查验收。在检查刀具时，同时检查刀具所在位置的刀盘的磨损情况，若发现刀盘磨损较大或者断裂则编制专项方案进行维修。
换刀作业及收尾复检工作完成后，进行刀盘试运转。盾构机试运转时，由负责换刀的人员进行复检，观察刀具的运转情况，确认合格后开始正式掘进;如刀具松动，进行复紧，复紧确认合格后，然后开始正式掘进。
5.5 注意事项
（1）管片拼装完成后，为防止长时间停机造成管片移动，管片与盾尾的空隙应楔入楔块以支撑最后拼装完成的管片。
（2）换刀作业过程中，密切关注刀盘前方及顶部土体的稳定性，发现异常，作业人员立即撤出，并关闭仓门。并向土仓内灌注膨润土维持土仓压力，等待下步处理。
（3）如换刀过程中需要使用乙炔+氧气切割或烧焊，必须向土仓内通气，以保证土仓内有新鲜空气，并准备好灭火措施。
（4）在检查及更换刀具期间提前进行地表沉降监控，并对金诚地块底板进行监测。
（5）制定檢查、清理及更换刀具施工作业安全保障措施及应急预案。
6. 结语
（1）针对实际工况条件，盾构机采用直接磨桩穿越群桩基础，综合考虑软土地层及磨桩施工要求，对盾构机的刀盘、螺旋输送机、液压电机等配置进行针对性的设计。
（2）盾构穿越桩基过程及穿越桩基完成后根据盾构推进参数推测刀盘和刀具的钢筋缠绕和刀具磨损情况，综合判断后适时对盾构机刀具进行带压开仓检查更换作业，为区间后续施工做准备。
（3）周围地表沉降监控及金诚地块底板监测数据表明，盾构掘进及带压开仓施工作业过程中，对地层的扰动在安全可控范围内，符合各项施工技术标准，为后续区间盾构掘进奠定了基础。
参考文献
[1]周斌.盾构开仓的重难点及解决办法[J].市政技术，2020（6）：166-170.
[2] 易广俊.土压盾构机在掘进过程中常压开仓换刀的技术研究[J].建筑施工，2014（4）：435-437.
[3] 夏毅敏，卞章括，胡承欢等.复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法[J].机械工程学报，2014（21）：1-9.