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1、富水砂卵石地層中盾構換刀技術研究李博1蘇華友1段浩2（1.西南科技大學四川綿陽621000；2.中煤邯鄲中原建設監(jiān)理咨詢有限公司河北邯鄲056031；）摘要：由于成都地鐵主要穿越地層為砂卵石地層，砂卵石對盾構機的刀具磨損較為嚴重，需要及時、頻繁的更換刀具。目前采用的換刀方式主要有常壓進倉換刀和帶壓進倉換刀兩種。本文通過對成都地鐵的幾種盾構換刀方案進行探討，得出適合成都地鐵的換刀技術。關鍵詞：砂卵石盾構帶壓換刀加固1概述成都富水砂卵石地層對盾構法施工來說是一個挑戰(zhàn)，盾構刀盤刀具面臨切削破碎大粒徑卵石甚至孤石，刀具的磨損和更換在
2、所難免，根據(jù)前期施工數(shù)據(jù)，平均140m左右就需更換一次刀具；盾構本體耐磨性能在長距離不間斷推進過程中將受到嚴峻考驗，如何保證及時更換磨損過量的刀盤刀具及本體耐磨材料，保證刀盤的切削能力和耐磨性能，是盾構法施工成功的關鍵。2地層條件及地層失穩(wěn)機理2.1地層條件砂卵石地層是一種典型的不穩(wěn)定地層，顆粒直接膠結能力差，結構松散，受擾動后極易失穩(wěn)，造成地層位移坍塌。從而給人員和財產(chǎn)造成很大的損失。（1）地層對外界的擾動敏感。原狀圍巖在不擾動的情況下能保持較好的穩(wěn)定狀態(tài)，特別是在無水的情況下，這一點在成都的基坑開挖工程中已經(jīng)得到很好的驗
3、證；（2）單個巖塊強度高。據(jù)試驗數(shù)據(jù)，單個卵石塊的單軸抗壓強度可高達150~170MPa；（3）圍巖的內(nèi)摩擦角Φ大。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，內(nèi)摩擦角在不改良的情況下有40°。2.2地層失穩(wěn)機理在盾構機刀盤轉動的同時，對地層有一定擾動，在刀盤的前方和上方形成松散帶，在換刀過程中松散的渣土不可避免的要進入土倉，就會在刀盤的前上方造成地層損失。由于該地層的內(nèi)摩擦角Φ較大，因此，有一定的拱效應，并在拱效應的作用下，該地層損失進一步向地表轉移，最終反應到地表，造成地表塌陷。3換刀方案的選取目前常用的換刀方式是常壓進倉換刀。也就是對盾構機前方土體
4、進行加固后，再常壓進倉換刀。這樣的換刀方式，因為前方土體已加固，換刀人員的安全有保障，但是需對換刀位置進行圍蔽，給城市交通帶來不便，另外對成都砂卵石地層進行加固效果不是很好，因此合理選擇加固方案成為換刀的一個難題。除了采用常壓進倉換刀，還可采用帶壓進倉換刀的方式。但帶壓進倉換刀面臨的難題是：成都的砂卵石地層富水性較好，土體不夠穩(wěn)定，由于土層透氣性較強，加壓時不易保壓，帶壓進倉操作人員的安全得不到很好的保證。結合成都地鐵換刀效果，雖然帶壓進倉換刀的效率較低，但它不需對地表進行加固，不用在地面圍蔽，對城市交通的影響小，便于控制換
5、刀過程中地表的沉降，地表不易塌陷。因此，在成都地鐵施工過程中，應主要選用帶壓換刀的方式。3.1換刀位置的選擇換刀方式確定后，就得合理選擇換刀位置。換刀位置的選擇主要考慮以下幾個因素：（1）自己分析詳勘地質報告和補充地質勘察成果，了解清楚擬換刀位置的地質條件，包括巖層、巖層的穩(wěn)定性、水文地質特征等，以便選擇一個地質條件相對較好的換刀位置。（2）擬換刀位置的地面條件擬換刀位置的地質條件選定后，還應對其地面條件進行詳細調查，包括：換刀位置是否有管線穿過、其埋深條件如何、是否需要改遷或保護等；換刀位置是否需要進行交通疏解，若需要，應
6、及時與交通管理部門協(xié)調溝通，取得認可；換刀位置是否有相鄰建（構）筑物，與相鄰建（構）筑物的距離關系，是否需要保護，如需保護還應與建（構）筑物的產(chǎn)權單位聯(lián)系，取得諒解或同意等。簡言之，就地面條件而言，換刀位置選擇的原則，就是盡量避開建（構）筑物、管線、交通繁忙的道路。（3）刀盤、刀具的磨損情況由于成都地鐵盾構隧道基本都在砂卵石地層中施工，對盾構機刀具、刀盤的磨損較大。應仔細分析盾構掘進參數(shù)，判斷刀具、刀盤的磨損情況，必要時可通過氣壓倉觀察刀具、刀盤的磨損情況。一旦發(fā)現(xiàn)刀具、刀盤磨損嚴重，應盡早確定換刀，以免帶來不可預知的后果。
7、（4）經(jīng)濟性與安全性的平衡對刀盤、刀具的更換，在考慮其經(jīng)濟性的同時，也不能忽視安全性。換刀距離的選擇需要掌握經(jīng)濟性和安全性的平衡，目前來說，更多的要考慮安全性的問題。通過對以上因素的綜合分析，結合成都地鐵特有的地層條件和選用盾構機的固有條件，可以確定相鄰兩次換刀距離控制在150m左右為宜。3.2加固方式的選擇3.2.1盾構對加固方式的要求地鐵施工，尤其是市區(qū)施工，對換刀加固有以下幾點要求：（1）費用低由于沙卵石掘進中，刀具磨損嚴重，必須頻繁的檢查和更換刀具。這就要求加固成本經(jīng)濟。（2）加固效果良好加固既要保證土倉內(nèi)作業(yè)工人的
8、安全，又要控制地表變形。因此，必須要有良好的效果，保證掌子面土體的穩(wěn)定性，防止其坍塌。（3）效率高，施工周期短加固方法必須高效，以減少對盾構施工進度的影響。（4）盡量不占用地表減少對市民生活的影響，爭取做到不擾民施工。3.2.2現(xiàn)有加固方式目前，在成都地鐵對換刀位置的加固方式主要有以下幾種
