摘要：随着技术的不断进步，我国轨道交通的快速发展，地铁盾构法施工作为最安全，最有效的施工工艺。在盾构法施工中，硬岩地层掘进时，常会出现盾构刀具磨损严重等情况。所以，施工中难免会出现开仓换刀的情况，在开仓换刀过程中如何避免施工风险。
关键词：盾构施工；注浆加固；开仓换刀
1 概述
该论文根据成都地铁7号线、3号线、9号线的施工经验编写，对砂卵石地层常压开仓换刀过程进行分析，并提出施工中风险及处理措施。
在盾构施工中，掘进参数是整个盾构施工控制的重点。由于在砂卵石地层中掘进对盾构刀具有较大磨损，刀具磨损超过一定范围后，对盾构机掘进参数有着重要的影响。所以在成都盾构隧道施工中，每1.2km的隧道中要进行1-3次的开仓换刀作业。开仓换刀作业已成为成都地铁盾构施工中不可缺少的施工作业。
2 施工风险分析
（1）降水施工不理想，在地下水作用下掌子面出现失稳；
（2）常压开仓施工过程中，存在因突然断电、水泵故障，停止降水造成地下水位上升，导致掌子面涌水涌砂及地面沉降。
（3）恢复掘进后土仓压力不稳，掘进速度低，出渣量超标，造成地面下沉。
（4）仓内有害气体对仓内作业人员造成伤害。
（5）盾尾通过换刀位置后未及时进行二次补充注浆，造成地面沉降超限。
3 降低施工风险的处理措施
3.1 开仓换刀点降水施工
在开仓换刀位置左右两侧3-4m处，打设2-4口降水井（具体数量、深度根据换刀位置隧道埋深及实时水位高低确定）进行降水施工。在降水过程中，需准备发电机及水泵等应急物资，确保地面正常降水。
3.2 开仓换刀区域地面加固
开仓换刀区域采用钻孔袖阀管注浆方式进行加固，加固区域为停机刀盘正上方4m×9m范围内，共布置21个孔。孔径Φ80mm，深度6-8m（具体深度根据实际地勘报告确定，只需加固地表松散杂填土即可），梅花型布置，孔横向间距1.5米，孔沿线路方向排距1.5米， 通过注浆对刀盘上方土体进行加固，使开仓换刀位置地面稳定无沉降。
打孔注浆步骤如下：
1 布孔：通过测量放出需要进行加固的平面范围，对孔位进行梅花形布置。
2 钻孔：注浆孔采用回转式地质钻机成孔，孔径为Φ120mm，钻孔垂直度误差小于1%，采用钢管护壁。
3 插入袖阀管：袖阀管采用内径Φ80mm的塑料管，每隔50cm钻一组射浆孔，外包橡皮套，插入钻孔，管端封闭，下管时管内充满水。
4 浇注套壳料：套壳料为泥浆，要求收缩性小，脆性较高，早期强度高。套壳料的作用是封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液流窜，套壳在规定的灌浆段范围内受到破碎而开环，逼使灌浆浆液在一个灌浆段范围内进入地层。施工时应防止孔口泥浆等杂物进入袖阀管内，确保施工质量。
5 注浆：待套壳料有一定强度后，在袖阀管内放入带上下止浆塞的注浆器进行分段灌浆。每段注浆时，首先加大压力使浆液顶开橡皮管，挤破套壳料，即开环，然后浆液在进入地层，达到设计要求后进入下一序列注浆孔。灌浆初期可先凭经验预估的压力灌浆，然后根据吸浆情况以及对地表的观察，视有无冒浆或抬动变形情况，再做压力调整。灌浆的施工机具采用专用灌浆泵。
6 注浆主要参数:
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备注：注浆的各项参数应根据实际注浆情况进行调整。
3.3 水位观测孔布设
为实时掌握降水情况，故在停机开仓换刀区域设置两个水位观测孔（静水位+动水位），隧道旁3-4m处打设一个水位观测孔，孔深为隧道底部2m（静水位）。另外在降水井成井施工时，在井壁管上捆绑水位管，以便在换刀期间更直观的观测地下水位的降水状况（动水位）。
开仓换刀期间每1小时观测一次水位，并做好相应记录。根据两个水位观测孔的水位变化情况，确定刀盘土仓内是否存在涌水风险。
3.4 管片止水环施作
盾构机到达换刀点停机时，为了减少盾构机外壁后方来水，故对盾构后方管片进行止水环施作。对脱出盾尾后的一环管片进行开孔注浆，注浆浆液采取双液浆（水玻璃:纯水泥浆=1:1），整环开孔5个，开孔点位为邻接块与大三块的吊装孔（K块不开孔注浆），注浆压力控制在0.2～0.4Mpa,注浆量控制在0.3～0.5m3，注浆量根据现场实际情况作调整。
3.5 气体检测
通过螺旋机出闸口和人仓板上的球阀对土仓内气体进行检测，并经气体检测仪进行气体检测合格后方可进行后续施工。仓门打开后，气体检测人员携带气体检测仪器和防爆手电，首先对人仓以及土仓顶部附近左下和右下方空气进行检测，全面检测完毕且判断地层稳定，空气质量合格，经现场负责人复核确认。开仓换刀期间随时检测仓内气体情况，发现异常，仓内人员及时撤离。
3.6 开仓检查及仓内通风
气体检测合格后，首先检查土仓压力在通风过程中是否发生变化，土仓内水位情况是否异常，掌子面是否稳固，在开仓前对人仓空气质量再次进行检测，检查人仓紧急关闭措施是否到位，合格后方可打开仓门进行换刀作业。
土仓内通风：全面检测完毕且判断地层稳定，空气质量判断安全后，维保人员进仓，安设安全灯具和打开通风口处仓内盖板，引入风管进行通风，开始空气循环。
3.7 刀盘切口处理措施
打开仓门后，先用钢板将刀盘切口焊接封堵，防止在换刀过程中掌子面坍塌，危及人身安全。在钢板焊接过程中需持续通风，保证仓内空气质量。开仓后，进仓作业人员不得超过2人，人仓位置处安排一人观察掌子面情况，发现异常后，确保在紧急情况下，仓内人员能安全撤离。
3.8 恢复掘进后注浆加固
恢复掘进后必须对脱出管片进行二次注浆（每两环注一次），补充开仓换刀区域的土体损失。
注浆孔选择点位为每环的上部吊装孔，孔位可根据实际情况进行适当调整。由于出现注浆未饱满的部位多在隧道上方，因此注浆孔点位应选择在3点和9点之间的上半环。在小半径曲线段掘进时，二次注浆孔位宜选择在曲线外侧，以克服盾构机的水平分力。
注浆过程中根据注浆效果，适当调整注浆压力。注浆施工时应记录每一个孔的每次注浆压力、注浆量和注浆时间等基本参数。
注浆压力控制在0.2~0.4Mpa。
注浆施工控制标准：施工控制标准，主要以压力控制为主，每次注浆量和总注浆量为施工控制手段。
盾构机推进过开仓换刀区域10m后进行地面钻孔注浆，采用钻孔袖阀管注浆，注浆区域为停机刀盘正上方3m×6m范围内打设2-4个注浆孔，打设深度：隧顶上方3-5m，通过注浆对开仓换刀上方松散土体进行填充，保证开仓换刀区域地面安全。
3 总结
为保证在砂卵石地层中常压开仓换刀的顺利进行，应在施工前提前筹划，根据地层情况避开不良地质，选择最佳开仓换刀区域。并提前计划打设降水井，确保开仓区域水位在隧道底部以下，并做好应急预案，确保开仓换刀顺利快速进行。
论文作者:钟勇
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月第5期
论文发表时间:2020/4/30
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