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1.概述
由于盾构施工工程地质的复杂性和多变性,决定了盾构机配备的刀具对地层的局限性.刀具在施工过程中的磨损是不可避免的,因此在盾构施工中更换刀具是必不可少的一项工作.而在地质情况不允许的情况下,地层加固就成了换刀施工成功与否的关键.换刀的方式主要有一下几种：
在自然围岩条件下换刀；在地层预加固的条件下换刀.如采取旋喷桩加固,搅拌桩、微型桩、袖阀管加固方式；在压缩空气条件下进行换刀作业（当盾构机在软岩、上软下硬及富水地段掘进时,由于地层自稳能力差,必须利用盾构机自身及配套设备来提供使地层稳定的支撑压力）.
由于在复合地层情况下很少有满足自身围岩条件下换刀的情况,所以大多数换刀必须经过地层加固后才可保证换刀安全进行；在市区内进行地铁施工时,进行地面加固也存在较多困难（如交通堵塞不便,征地困难等）.而带压换刀必须是舱内土体具有一定的气密性.否则加压过程中造成气体流失极易发生安全事故.
本文结合深圳地铁5号线翻身站～灵芝站盾构区间洞内加固换刀工法进行认真总结,为盾构穿越复合地层、高富水地层及长大隧道等不具备敞开式换刀作业的工程提供可靠参考依据,有效拓展盾构机的适用范围.
2.工程概况
翻身站～灵芝站区间盾构法隧道左线设计里程范围DK4+196.04至DK5+474.01,短链12.411m,长1265.559m；右线设计里程范围DK4+196.04至DK5+474.01,长1277.97m；区间设2个联络通道.结合区间地质详勘资料以及通过对区间右线地质补勘,确定在右线DK4+240～DK4+330范围内存在硬岩突起及球状风化岩,基岩突起约侵入隧道断面1～2.9m,部分岩石强度达到120MP左右,依据以往施工经验,盾构在硬岩段掘进10m左右,需对其刀具进行检查更换,故在进入80m孤石群前10m,需进行刀具检查更换,其里程位置为：DK4+252.由于线路处于创业二路正下方,地面不具备加固条件,经过我公司技术部门认真总结决定进行洞内加固换刀.
3.工程地质
从翻灵区间右线补勘图中可知,右线从里程DK4+240开始出现基岩突起及球状风化岩,在里程DK4+252位置处,地面以下4.67m为人工回填土,4.6～8.5m为砾砂层,8.5～13.27m为砾质粘性土,13.27～16.23m为中风化花岗岩,其侵入隧道高度为2.96m.
4.加固方案
施工封水环.首先在桥架及1号台车处施工二次注浆,防止隧道后面的水涌入土仓；要注意的是浆液凝固时间需尽量调短,二次注浆为传统施工工艺,利用气动注浆泵在当前掘进前10环及15环左右分别进行二次注浆,浆液采用水泥水玻璃双液浆,水灰比采用1∶1,同时利用水玻璃浓度来调整浆液凝固时间,注浆量由注浆压力控制,注浆压力达到3MP并稳定5分钟以上后停止注浆.
舱内土体改良.提前12小时拌制膨润土浆液,使其充分发酵,在距离停机0.3m时,通过膨润土泵系统注入膨润土浆液,转动刀盘充分搅拌,改良舱内及前方掌子面土体的状态,使膨润土浆液可起到护壁的作用.如加固后需要加压亦可增加土仓的气密性,避免加压后迅速泄压导致掌子面坍塌.
中盾外侧密封.利用中盾球阀向盾体外侧注入聚氨酯材料,形成密封,防止注浆过程中浆液流失到盾尾以后,避免浆液浪费；也可防止盾尾被浆液凝结,脱困时造成铰接油缸损坏.
注浆加固.将注浆锚管插入人舱上方4个超前注浆管（锚管应插入掌子面0.5m左右）,采用气动注浆泵向刀盘前方注入双液浆（水泥水玻璃双液浆）.利用水玻璃浓度调整浆液凝固时间,注浆压力达到2.0MP左右即可,注浆量可适当加大,但需时刻观察土仓压力变化,如果土仓压力迅速上升则说明浆液已大量流入土仓,此时停止注浆.
注浆过程中需定期转动刀盘防止刀盘被浆液固结住,注浆完成后需等强6小时方可开舱,双液浆凝结后可大幅度加强掌子面的稳定性,并可在掌子面上形成护壁,舱内加压后可避免气压快速泄露.
加固后开舱观察掌子面,如果效果较好直接进行常压换刀,如效果稍差可进行加压换刀,注浆后使土体气密性得到大幅度提升,也提高了带压换刀的安全保证；该方法成本低,效率高,并可使换刀的安全性得到大幅度提高.
5.总结
经过洞内超前注浆加固可为无地面加固条件或地质情况不满足带压换刀的情况提供出较为安全的换刀条件,且比地面加固成本低、工序简单、方便、不需中断地面交通,并大大的缩短了换刀的工期,为今后盾构在复合地层掘进的长大隧道施工起到一定的参考作用.