富水砂卵石地层土压平衡盾构带压换刀技术探索
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摘要：富水砂卵石地层是一种非常复杂的地质条件，进行地铁建设时难度较大。盾构带压换刀是可行有效的作业方式。与常压条件下更换刀具相比，带压换刀需要精确测量和计算压力值，确保设备和系统稳定性，刀具需要不断更换，操作时，各部门人员要紧密配合。
中图分类号： P619.22 文献标识码： A
随着城市化进程加快，地铁建设成为缓解城市交通拥堵的首选基础设施。在地铁建设中，盾构施工是主要的施工方法之一，特别适用于在地质条件较差、环境复杂的城市地铁建设。富水砂卵石地层就是一种非常复杂的地质条件，尤其在城市中，地面以上遍布高楼建筑，在这样的条件下地铁施工难度很大，特别是掘进刀具易磨损，需要频繁更换。在城市车水马龙而且是富水砂卵石地层的条件下，进行盾构带压换刀，成为地铁建设者亟待解决的难题。
一、作业前的检查准备工作
富水砂卵石地层的自稳定性低，水位较高，在这样的地层条件进行换刀，需要在时间较短、安全可靠的环境下进行，因此要求对换刀和加固效率高，而且有效可靠，对地面交通影响小。更换刀具的方式大致分为有两种，一种是常压下换刀，一种是带压换刀。常压下直接换刀、降水加固换刀、气压加固换刀等方式不适宜采用。既要降低地下水位，又要对地层进行加固措施，对于富水砂卵石地层来说，带压换刀技术是可行而且有效的。这种技术在压气环境下进行刀具检查和更换，并对刀盘进行检查，清除泥饼。在洞内完成地层加固，对地面影响小，加固效果好，成本较低，换刀方便易行。
施工人员要首先对开挖面的土层进行加固处理，保证周围地层以及土仓能够具备极高的气密性，然后利用压缩机加压空气注入土仓，慢慢将土仓内的土置换出，把土压置换成气压。压气能够有效阻止涌水，避免坍塌的发生，增强开挖面稳定性，同时能够在围岩缝隙中排水，加强了粘土层砂质土的牢固性。土仓内的气压要计算合理，这样才能平衡刀盘前方的水压和土压。只有达到平衡状态才能使开挖面稳定可靠，才能避免地下水下渗进入。建设人员在土仓内进行检查、更换刀具等各种操作。
与常压条件下更换刀具相比，带压换刀需要精确测量和计算压力值。要首先明确压力下限，结合相关技术规范以及一定的安全系数，按照低值进行加压。为了保护工人身体健康，提高工作效率，加压幅度不可过大。在具体操作中，应该根据当地覆土的厚度、地下水深度、地层的渗透性以及隧道的弯曲度，来确定压气的压力。气体压力需要保持稳定，可以从土工和机电等方面进行。为了判断土体中空气散失情况，推断注进膨润土之后对气体渗透性的影响，在带压换刀前要在作业地点附近对压气现场进行试验。获得试验数据后，对施加压力时空气压缩的气体变化进行计算，算出损失量，并据此来评判挖仓时注入膨润土后的防气体渗透的效果。如果试验表明该地层符合条件，才可进行带压换刀。按照膨润土的产品特性和质量情况，结合实验中所配置的比例，还要进行粘度试验，保证膨润土能够更好地加强地层的气密性。对注浆的浆液进行适当的配比，明确注浆时需要的压力和数量，通过锥入度试验保证浆液在地层与管片的缝隙中能够全部填满，这样才能够做到不使气体有所泄漏。做好以上步骤后，要对带压换刀的地点进行更多的监测。在开挖时，要确保严格执行操作程序和参数，严格执行土压换气压的程序，保证膨润土和注浆液的体积和压力。在此基础上，对体积、压力、出渣数量、成分等主要数据要详细记录在案，按照规范和实际情况填写作业日志和施工记录。同时还要注意检查带压换刀地点的地面上市政管网是否有漏气，并判断其漏气对施工造成的影响，以便及时采取措施保证安全。如果确实有漏气现象并且难以有效改变情况，应该停止带压换刀的作业。
二、带压换刀的技术要点
在进行带压换刀操作时，负责机电的人员要与工程部门人员紧密配合，对施工人员进行指导规范，对人员、机器、设施等进行河里的安排配置。在作业之前要对盾构和配套系统进行仔细地检查，如果有问题要及时修复。密切注视压力表，检查土仓的密闭性。认真排查膨润土和注浆运输、制备等系统的安全隐患，检查水电气管是否存在破损、不通畅等情况。为了预防意外，还要配备自动发电机组，防止突然断电，避免压力不稳定。另外，还要检查空气压缩系统是否正常工作，出气阀是否完好无损，还要配备备用的空压机。当挖掘仓内土压被置换成气压且压力值到达设定水平后，并不要急于作业，要先观察一段时间，以观察土仓内的气压是否已经稳定。进仓作业之前，各种起重、切割等工具要进行检查，以防出现工具损坏拖慢作业效率。要确保各种设备功能正常，包括照明、供水、供气、通信、通电等系统正常。
在富水砂卵石地层，进行土压平衡盾构带压换刀要特别注意换刀之前和换刀时的技术操作。如果注浆系统不能正常运转，发生管路不通、浆泵无力等情况，要对浆泵进行全面清洗，同时疏通管路。在掘进时，还要对盾体周围和刀盘前方的膨润土管路进行检查，然后再进行注浆。而且保证三台空压机稳定工作，还要有一台柴油空压机处于准备状态。同时为保证换刀时人员安全，呼吸器要能够较好地工作，阀门正常，进气管处于打开状态。在预定换刀点前，盾构机的周围要及时注入膨润土，预留出发酵时间。盾构机的速度以25mm/min为宜，刀盘转速在1-1.5rpm为宜。用盾构刀盘上方的注浆孔注入膨润土浆。盾构机到达换刀点的时候停止前进，刀盘不要停止，而是继续转动，膨润土泥浆也继续注入，大约5分钟后，刀盘停止转动。然后加压，开始气压土压的置换过程，期间要分阶段排土，分阶段加压，不可一次性完成。随着土碴的不断输出，要对土仓压力的变化和地表漏气状况保持观察，做好因压力达不到条件而重新注浆或推进的准备。如果土仓中的压力两个小时没有变化，可以继续出土，这表明压力是符合条件的。出闸只在主仓进行。为了让救护人员能够从副仓进入主仓，副仓不需要加压。土仓与主仓要保持压力的平衡，才能打开主仓和副仓闸门进入。要利用自动加气系统使土仓的压力维持在恒定标准，采用先比例后积分的控制方式调节参数。带压换刀完成后后，人员以及机器要及时出仓，然后继续掘进作业，气压平衡逐步转换到土压平衡。由于砂卵石地层稳定性较高，在刀具更换后要继续盾构掘进，控制出土量，逐步加大土压使气压减小直至达到平衡状态。
结语：
以带压换刀的方式在富水砂卵石地层进行作业可以有效降低地下水位，使地层加固，对周围影响较小，成本较低，具有很鲜明的优势。但是这种作业要技术水平要求较高，要先确定好气压值下限，保持压力稳定，利用膨润土泥浆控制气压，防止漏气和渗水。为了解决刀具磨损严重的问题，要频繁换刀。同时为了保护人员和设设备安全，需要进行严格仔细的检查管理，严格执行规范技术流程。
参考文献：
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