隧道股份上海城建国际工程有限公司 印度区域新德里三期CC-05标
摘要：盾构机在上软下硬的复合地层中掘进施工，刀具的易损而需要开仓换刀，因顶部覆土及掌子面沙土自稳性差，气密性差，水位高等不良因素，气压作业极易失败进而导致更严重的后果。本文结合了印度德里地铁CC-05标段在上软下硬复合地层中采取水泥填仓换刀工艺的成功案例，论述了在复合地层中水泥填仓换刀的一些要点及关键技术。
关键词：海外工程；地铁隧道施工；盾构法；复合盾构机；气压作业；水泥填仓换刀
1.工程概述
印度新德里 Jama Masjia 至Delhi Gate区间复合地层隧道掘进工程总长度为2138米，主要穿越中、微风化地层、强风化地层、上软下硬复合断面地层，富水砂层及孤石地段，石英含量高达85—95%，顶部覆土深度9.5—11.5m，以粉砂杂合回填土为主，地下水位6.35—14.2米，地下水量在100m3/D—500m3/D，岩石抗压强度最大为184Mpa；地面危房林立，管线分布错综复杂，施工工况极为复杂。
当盾构掘进至+310环即里程CH5758.32时，此时盾构成功穿越了近300米的上软下硬地质的危房建筑物群，刀具整体处于磨损较大的状态，渣土主要以粉沙土为主，但已开始发现基岩瓜子片，含量约为10%，覆土以粉沙土为主，标惯N=5-15，地下水位在盾构上方1-2米，盾构顶力1300—1500T，刀盘正常掘进扭矩2500-3500kn.m，偶尔出现卡刀盘的情况，掘进进尺1-2mm/r，此时基本判定盾构前方底部存在1-2m范围的基岩面，刀具状况极不理想，盾构已无法继续掘进施工，必须开仓换刀。
2.气压开仓工况概述
依据地下水位及土体情况，依据平衡作业气压计算所得，此次气压开仓换刀所需平衡气压为0.4-0.6bar，舱内预计设定平衡气压为0.6bar。
当舱内压力维持0.6bar且持续30分钟之后，舱内压力突变到0，供气量到220m3/h，初步判定盾体周边存在漏气通道，即刻回填膨润土填仓，并在距离盾尾20米处的联络通道开挖面发现了漏气点，地面开始沉降反应，沉降量在2mm/h，在舱内回填保压完毕之前累计沉降量到达8mm。
在保压一天之后，继续尝试过两次气压开仓，但都因为之前舱内突然失压导致盾构顶部土体已开始松塌，地面沉降累计至16mm，无法完成气压力的建立及渣土排放的动态平衡，估算在盾构上方已形成约20m3左右及盾体周边10m3左右的一个空洞，经由多方商讨，决定采用水泥填充实现常压开仓换刀的目的。
3.膨润土水泥填仓换刀工况概述
3.1 土仓注浆加固
3.1.1 土仓内连续注入水泥浆置换膨润土
第一步
转动刀盘，转速0.5rpm，正、反转各一圈；盾体铰接伸缩动作一次；记录好刀盘的扭矩及铰接力；
第二步
A.同步注浆管连接在土仓壁将舱内膨润土置换，刀盘适当转动；
B.拌浆站设定浆液配比（0.7m3，3天后强度到达1.5MPA）：
水泥：粉煤灰：膨润土液：水 = 210kg：220kg：580kg：20kg
膨润土配比：膨润土：水 = 100kg：800kg
A.舱内顶部1#压力控制0.8—1.0bar；
B.如实记录好浆液的注入量与排出量；
C.置换完成之后，取小样；
第三步
A.舱内浆液置换完成之后，地面拌制新的浆液配比进行舱内置换，预计方量3方（5槽），刀盘适当转动；
B.拌浆站设定浆液配比（0.7m3，3天后强度到达3MPA）：
水泥：膨润土液：水 = 550kg：450kg：50kg
膨润土配比：膨润土：水 = 100kg：800kg
A.舱内顶部1#压力控制0.8—1.0bar；
B.如实记录好浆液的注入量与排出量；
C.置换完成之后，刀盘转动一圈并取小样；
第四步
A.舱内浆液置换完成之后，关闭螺旋机闸门，P1、P2持续注浆，预计方量18方（26槽）；刀盘依据排渣情况适当转动；
B.拌浆站设定浆液配比（0.7m3，三天后强度到达3MPA）：
水泥：膨润土液：水 = 550kg：450kg：50kg
膨润土配比：膨润土：水 = 100kg：800kg
A.舱内顶部1#压力控制1.5—2.0bar；最终停在2.0bar不变；
B.如实记录好浆液的注入量与压力值以及地面隆起情况；
第五步
A.清理螺旋机筒内水泥浆，预计6方膨润土；
B.检查前盾&中盾球阀是否有水泥浆包裹；
第六步：测温
A．注浆结束后，利用电子测温仪测量土仓壁各区域、前盾、中盾的温度，土仓隔板温度在持续三天升温之后开始稳定。
B．若发现中盾或尾盾出现温度升高的情况，及时注入膨润土稀释；
第七步：检查整个注浆效果
检查仓内浆液凝固情况，判断能否开仓。
3.2 换刀作业程序
A.换刀班组在接受换刀工作后，必须明确所需更换刀具的编号及换刀步骤。清一个刀口位置，换一把刀。刀具安装未完成之前，不允许转动刀盘，顶部泥浆帷幕决不允许破坏；
B.为了安全以及作业方便，可在土仓壁上安装换刀用的站人平台；
C.为了装刀工作的顺利进行，拆下的螺栓、垫圈、螺母、压块等必须集中放置在铁皮工具箱里；
D.滚刀的挡圈必须朝向刀盘圆心；刀具安装好后必须确保锁紧螺栓及拉杆；
4.结语
风险一：掘进施工风险难控制，刀具易损伤
这种地段掘进施工风险性极高，盾构覆土N值小，水位高，地层漏气量大，此段不仅需建立平衡压力，还需面对上软下硬的工况，刀具损伤概率非常大，既希望能匀速通过，同时也希望刀具能有更长的寿命去让我们顺利而有序的通过这种地层，上软下硬的地层施工是需要保证一定的进度下尽可能控制好刀盘的扭矩进而达到互利的效果；单纯有速度而刀具损伤过快，这个风险也很大；单纯控制扭矩而没有速度，这个风险也非常大，轻则超挖，重则大面积塌方，所以两者是需要结合起来控制；
风险二：开仓条件差，水土易流失且气密性差导致舱内失压或是塌方
因为顶部覆土N值小，且均为粉沙地层，地下水位高，土体极为松散，水土流失量难以控制且地层漏气量大，气压换刀作业过程中极易因为刀盘的扰动或是水土流失及土体漏气量的增加而导致舱内突然失压，进而导致顶部土体坍塌，甚至舱内都无法完成有效的平衡气压力的建立就已经出现沉降甚至塌方。
所以在此类地层中需预前做好换刀加固地点及降水工作，提高土体的自稳性及气密性，以便施工过程中能有效规避风险，提高功效。
在这种地段做水泥填仓换刀，需采用超细水泥，让水泥浆液更充分的渗透到沙土的缝隙当中，改变土体的水流渗透通道及提高土体的稳定能力，进而实现常压或是气压环境下的换刀作业。
论文作者:曹金伟,庄燕杰
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：盾构论文; 浆液论文; 地层论文; 舱内论文; 气压论文; 膨润土论文; 刀具论文; 《基层建设》2016年10期论文;