浅谈盾构在薄弱地层开仓换刀前的洞内注浆及换刀施工

　　〖摘要〗盾铁隧道在掘进的过程中,由于盾构机刀盘及刀具的磨损，令盾构机掘进速度变慢，这就须开仓更换刀具。开仓换刀一般是选择在稳定地层进行，但有时也被迫在薄弱地层开仓。本文介绍某盾构隧道在薄弱地层开仓换刀前进行洞内注浆、超前注浆及换刀施工的过程。
　　〖关键词〗盾构隧道，薄弱地层，洞内注浆，开仓换刀
　　
　　1.工程概况
　　某盾构隧道埋深12.6m，地面环境为密集村屋。地质情况为：隧道顶部至地面地层分别为<1>人工填筑土1.6m，<2-1B>淤泥质土层2.3m，<2-2>淤泥质粉细砂层8.7m；洞身地层地质情况为<2-2>淤泥质粉细砂层3.6m，<8>层中风化岩2.4m。
　　由于盾构掘进十分困难，掘进速度仅为5mm/min，初步叛定刀具磨损严重，导致掘进困难，决定在此处对刀具进行检查，根据刀具检查实际情况决定是否换刀。由于此处地质条件非常差，隧道中上部为<2-2>淤泥质粉细砂层，容易坍塌，根据此情况采取：先将土仓充填满砂浆固结，然后对刀盘前方地层进行超前注浆加固的方式对刀盘周围土体加固，保证加固过程中的安全。
　　2.处理措施
　　2.1土仓内注浆
　　仓内注浆有两个目的：其一为固结仓内及刀盘开口，封堵可能存在的空腔，确保能顺利开仓；其二为包裹住主轴承，防止超前注浆压力太大对主轴承密封造成危害。通过盾构机土仓壁的球阀向仓内注水泥砂浆，通过顶部球阀泄水。注浆过程中保证土仓压力在2.0bar-3.0bar之间，避免压力太小地面出现沉降，压力太大对主轴承密封不利。浆液配比(m3)：水泥：膨润土：砂＝500kg：300kg：800kg，初凝时间4个小时，注浆量约20m3，注浆过程中反转螺旋机，确保螺旋机不被水泥浆凝固，否则很难清理。
　　2.2盾构超前注浆
　　盾构机设置有12个超前地质钻孔，其中底部2个，中部4个，顶部6个，超前地质钻孔的外插角为11度。通过顶部6个超前注浆孔，向前方打超前导管，导管长度7m，砸入深度6.5m，导管到达刀盘前方1.0m,由于土体密实，导管砸入困难，必须先用风枪打出孔后再将导管砸入，风枪钻杆最长为6m。
　　导管采用Ø42钢管，间隔100mm进行打孔，孔直径10mm，梅花状布置，开孔范围为导管前端1m。注浆浆液为1：0.8～1：1水泥浆液。注浆机上压力控制在1.5Mpa左右，压力达到后观察30min，如压力下降就继续进行注浆，待压力不再下降后关闭导管后方的球阀。
　　2.3检查整个注浆效果
　　（1）首先检查仓内浆液凝固情况，判断能否开仓
　　先打开土仓壁上的两个球阀，利用粗细10mm左右的钢筋向土仓内砸入，根据砸入的情况判断凝固的情况。然后再打开土仓门上方的球阀，同样的方法检查仓内凝固的情况，看是否还有水流出。如两个条件均满足，则可进行开仓工作。开仓前通知第三方检测人员进行土仓内气体检测，检测结果土仓内气体符合相关规定，则可以进行开仓工作，否则严禁开仓。
　　（2）检查前盾侧壁注浆情况
　　打开盾体上两侧的球阀，与上诉方法相同，检查注浆后侧壁土体情况，看是否还有未凝固的砂层，是否还有地下水流出。如两个条件均满足，表明侧壁加固效果也比较好。
　　（3）盾构机刀盘前方加固效果
　　待土仓门打开后，先进行土仓清理。待清理到刀盘开口后，利用风钻进行打孔，检查注浆后刀盘前方土体的固结情况和渗水情况。如两个条件均比较好，则清仓工作可以继续，做好刀盘开口的防护工作，能保证开仓的安全。
　　2.4清仓和检查更换刀具
　　清仓利用扬鎬、铁锹，采用编织袋装土，人工送上皮带机，再由皮带机送往碴土车。清仓顺序由上至下，切口环及开口处水泥浆保留。如凿除过程中部分地方过凿，立即采用快硬水泥封堵。
　　一边凿除，一边进行刀具的拆除和更换工作，凿出一把，更换一把。对于难于安装的刀具，先拆除，待仓清理完成后转动刀盘再更换。每更换一把刀具，要对刀具周边空隙采用纱布封堵。
　　每检查一把刀具，根据刀具磨损情况，要对刀盘整个情况由有经验的施工组进行分析。该项工作由总工负责组织，工区长、盾构司机、技术人员参与分析，及时判断其他刀具情况及下一步采取的措施。
　　
　　3.施工监测
　　为确保安全，防止地面沉降，施工过程中24小时监测，并进行深层土体监测。监测结果及时上报监理，对监测数据进行评估，及时判断换刀施工是否安全，能否继续进行。如沉降达到警戒值（单日沉降10mm，累计沉降30mm），则启动相应应急预案。
　　4.应急措施
　　1、在地面刀盘10米范围内设置警戒线，派专人监视警戒范围。
　　2、准备好注浆材料及设备，当深层土体监测结果出现沉降时，马上进行注浆，防止地面出现塌陷。
　　3、准备若干个土袋，当地面出现塌陷时，马上用土袋进行回填，防止地面塌陷进一步扩大。
　　4、地面建筑物出现异常情况的处置开仓期间，紧密监测，力保把沉降量控制在允许范围之内。一旦发生大沉降，马上疏散受沉降影响区域内的人员，会同有关单位及专家商量处理办法。
　　5、当发现正面土体有坍塌的现象，施工负责人立刻命令施工人员撤离土仓，关闭仓门，马上进行砂浆回填，建立土仓压力，同时加强地表监测。
　　5.结束语
　　在盾构施工过程中，由于地层的影响及盾构机刀盘刀具的磨损，避免不了要开仓检查，特别是遇到在薄弱地层开仓，加固处理务必处理好，否则，难免造成地面塌陷、威胁土仓内作业人员人身安全等事故。本文所提及隧道洞内注浆处理是针对地面无法进行地层加固，且工期较短的一种方法。
　　参考文献：
　　[1]张风祥.傅德明.杨国祥.项兆池等.盾构隧道施工手册.人民交通出版社.2005.6
　　[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用.中国建筑工业出版社.2004.11
　　[3]程骁.张风祥.土建注浆施工与效果检测.同济大学出版社.1998.1