装配式盾构刀盘检修井施工技术

郑 君 杨 斌 张 琳

（1.广州科技职业技术大学，广东广州 510550；2.中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

北京地区卵石地层具有卵石粒径大、颗粒级配不均匀、颗粒间无内聚力、内摩擦角大、流塑性极差、磨蚀性强等特点。盾构在此类地层中掘进，摩阻力大、刀盘扭矩大，易造成刀具的严重磨损。因此，进行土压平衡盾构换刀技术研究对于加快工程进度，降低工程风险是非常有必要的。项目采用装配式盾构刀盘检修井技术，具有安全性、快速、成本低、环保、适用范围广的特点。

1 工程概况

3#区间风井位于南环铁路以南，京开高速公路辅路东侧的海子公园园区范围内，出地面风亭位于新发地中心幼儿园西南侧，风井所处位置现状为海子公园园区范围绿地，3#区间风井场区作为盾构机始发基地。3#区间风井长约129 m，为明挖地下二层框架结构，南侧兼作盾构接收井，北侧兼作盾构始发井。

风井采用明挖法施工，覆土厚度约4.445 m，盾构井宽31.5 m；标准段宽25.88 m，基坑深约24 m。围护结构形式为Ф800@1 500钻孔灌注桩+Ф800×16 mm钢管支撑。

磁各庄站-草桥站区间3#区间风井、3#区间风井-草桥站前盾构接收井及联络通道等，盾构区间采用2台外径9.1 m的土压平衡盾构机同时施工。本区间共设置2处检修井，分别是7-1与7-2。7-1、7-2盾构检修井深24.68 m，平面形状为类椭圆形，采用倒挂井壁法施工，内净空为3 m×3.6 m，盾构区间左右线各开挖一个竖井。右线7-1检修井位于道路绿化隔离带内。左线7-2盾构检修井位于京开辅路东侧新发地桥北公交站附近，北侧2 m位置有一天桥，边上有两棵树木。装配式盾构刀盘检修井施工工艺，用于定点对盾构机刀盘进行整体检修并更换磨损严重的刀具。

2 总体施工方案

由于盾构掘进速度较快，在区间隧道掘进到达检修井位置前，需要根据设计位置先期进行检修井的施工工序。盾竖井周边场地平整完成后，先进行施工准备（围挡施工、临建施工），竖井锁口圈施工，竖井锁口圈施工完毕后进行垂直运输设备的安装与调试。吊车等按照安全技术规范等相关要求进行报验后进场，调试后进行竖井施工。

（1）盾场地临时设施主要是临时生产设施，包括加工房、库房、施工用电、工地消防、渣土堆放、吊车停放区、注浆作业机械停放区等，施工总平面图严格按照设计要求进行布置，明确划定功能分区。场地优先满足临时弃土堆放、材料库房、场内便道等生产用地。为确保顺利、高质高效地完成施工任务，根据施工进度计划，合理、有计划地进行调动工人，选用有经验的工人和领工员，并在施工期间对所有施工作业人员进行集中培训、标识，特种作业人员坚持持证上岗制度，确保其满足上岗要求。

（2）常规段每榀结构高度为0.96 m，盾构段每榀结构高0.55 m，开挖至设计深度，拼装施工钢封底。遇软弱松散地层，每隔一榀在波纹板腹部打设长2 m的DN32、t=2.75 mm锁脚锚管与水平向成30°，锁脚锚管需注浆。

（3）一次回填，自井下往上，每架设一层钢支撑，安装一层对应的挡土板。

（4）施工材料为工字钢#22a；M20、M22螺栓，强度等级8.8；H型钢，尺寸为200 mm×200 mm；波纹板，尺寸为150 mm×50 mm，厚度3、5 mm；方钢管，尺寸为110 mm×110 mm×6 mm、140 mm×140 mm×8 mm。

3 施工步骤

3.1 锁口圈梁施工

锁口圈梁轮廓尺寸1.2 m×0.5 m（深），波纹板护栏高1.2 m，便于挡水、挡土。波纹板护栏取代以往的混凝土挡墙，具有结构稳定、连接快捷、后期拆除简便的特点。

3.2 土方施工

土方开挖过程中，架设铅垂仪（钢丝）放线，并用钢尺进行定向辅助测量。

3.3 井壁支护

（1）圈梁施工浇筑完成后，拼装预制圈梁及护栏。

（2）架设第一层腰梁开挖土体，每榀开挖深度0.55 m，及时架设一榀波纹板，将其与第一道钢腰梁连接紧固。

（3）拼装第二道钢腰梁，波纹板采用错缝拼装安装。

（4）及时架设内支撑。

（5）后续施工过程重复步骤。

（6）纵向剖面上对结构尺寸采用了不同的型号，沿深度方向设置了常规段、加强环、盾构段，加强环部位采用连续钢腰梁错缝拼装对接，盾构段施工过程与常规段相同。

施工中如遇到易坍塌的粉细砂地层、软弱易变形地层、松散土体开挖后易剥离地层，需要隔榀打设锁脚锚管，锁脚锚管进行注浆。

3.4 井内照明

井内施工时采用探照灯进行井内照明，探照灯采用角钢固定在圈梁上，灯头正对井内进行照明，并根据现场实际施工需要安装36 V低压照明灯。注浆间隔距离依据地层条件确定，对于粉黏等自稳性较好地层，每隔2 m进行一次注浆，对于粉细砂等软弱地层，需要进行同步注浆。

3.5 注浆加固

注浆间隔距离依据地层条件确定，对于粉黏等自稳性较好的地层，每隔2 m进行一次注浆，对于粉细砂等软弱地层，需要进行同步注浆，长度2 m。

3.6 检修井封底

当挖至设计标高时，进行基底清理整平，铺设垫层，封底钢板采用预制钢板，现场进行组装。

3.7 检修井回填

检修井分两次回填，第一次回填是为了满足盾构机推进到竖井过程中的安全，保证盾构顶进过程中结构的安全稳定，第二次是盾构刀盘检修完成后，回收所有支护结构并回填竖井。含水量一般以手握成团、落地开花为适宜，气候干燥时须采取加速挖土、运土地、平土和碾压过程，以减少土的水分散失。填料为碎石类土（充填物为砂土）时，碾压前应充分洒水湿透，以提高压实效果。

4 施工计划

4.1 施工风险管理的内容

风险管理的主要内容包括风险识别、估计、评价以及风险规划和控制。

4.2 自身风险

检修井断面内净空3.0 m×3.6 m，竖井进行深孔注浆加固，加固范围为盾构机垂向上下各3 m，盾构掘进方向支护结构外6 m。竖井开挖过程中用钢腰梁、波纹板、立柱及时封闭成环。环境风险如表1所示。

表1 环境风险 单位：m

4.3 工程总体特点

（1）作业操作空间窄小。

结合工程设计文件、管线调查结果及地质工程资料，对检修井所在现场进行踏勘后可知，本检修井施工区域狭小，附近管线较为密集。支护结构内净空为3 m×3.6 m，可供施工人员操作的空间有限，内部架设钢支撑、立柱后，空间将进一步缩小。由于井内空间有限，在进行土体提升及机具吊装时，施工人员经常会处在吊物下面进行作业，而具有受到掉落物体砸伤的危险。另外，作业人员上下井爬梯频率极高，具有失稳发生坠落的危险。

（2）作业环境复杂。

由检修井地质剖面可知，施工过程中可能会遇到非饱和黏土、粉质黏土、夹砂、砂卵石的黏土层、黄土层，开挖过程中可能会出现管涌。随开挖深度的增加，可能会出现缺氧及遇到有毒有害气体。

（3）风险重难点。

本工程附近管线分布较多，受工程影响较大的有雨水管、燃气管、上水管等，对临近风险源的控制是本工程的重点和难点。7-2检修井邻近雨水管线和中压燃气管线，确保开挖支护过程中的管线安全质量是施工中的重点和难点。雨水管边缘距离0.85 m，埋深3.3 m，小导管注浆加固，长2.2～5.5 m；燃气管边缘距离2.8 m，埋深1.6 m，小导管注浆加固，长0.85～2.6 m，燃气管边缘距离3.8 m，埋深2.1 m；小导管注浆加固，长0.85～2.6 m；京开辅路，7-2井位于京开高速东侧京开辅路与非机动车道之间，深孔注浆加固；严格控制开挖量，及时进行支护。

4.4 检修井及管线相对位置布置

（1）雨水管线。

环境风险等级为二级，管底埋深5.2 m，管线施工的方法为明挖法，开挖边线与管线间距离为1.3 m。

（2）燃气管线。

环境风险等级为二级，管底埋深2.6 m，管线施工的方法为明挖法，开挖边线与管线间距离为3 m。

（3）上水管线。

环境风险等级为二级，管底埋深2.5 m，管线施工的方法为明挖法，开挖边线与管线间距离为3.8 m。

5 结语

运用装配式盾构检修井施工技术为常压动火检修刀盘提供作业竖井，适用于检修井提前施工，盾构机到达后施工效率较慢。装配式腰梁+波纹板+型钢对称及锁脚锚杆护壁形式结构稳定性强，施工减少开挖工程数量，降低工程成本，对周边地表及建筑物沉降影响非常小，避免了盾构机长时间停机、工期延误带来的隐性成本增加，为盾构刀盘检修井修建提供了切实有效的施工方法。施工过程中钢结构支护代替以往混凝土锚喷支护，可有效抑制扬尘，装配式腰梁、波纹板及型钢对称后期拆除后仍可回收利用，满足可持续发展和绿色施工的理念。