含砾砂岩地层下盾构隧道掌子面工作洞开挖技术

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-0638

作者简介：陈先锋（1988—），男，本科，助理工程师，研究方向为深基坑、长大隧道施工技术研究。

摘  要：盾构机刀盘发生磨损会导致盾构掘进困难，严重影响施工效率。刀盘修复作业需要在盾构隧道掌子面位置开挖工作洞，为人工修复刀盘提供站立行走的操作空间。本文以深江铁路SJSG-1标段盾构项目为例，提出一种盾构隧道掌子面工作洞开挖技术，重点阐述了作业人员进仓流程、掌子面工作洞开挖技术、洞门凿除施工注意事项等技术要点，为后续盾构机施工提供借鉴。

关键词：盾构机  进仓作业  掌子面工作洞  开挖技术

中图分类号：U455.43

盾构机是一种大型隧道施工设备，目前已被广泛应用于地铁、水利、矿山等领域[1]-[2]。盾构机穿越复杂地层过程中容易发生刀盘磨损现象，严重影响施工效率[3]-[4]。目前国内外对盾构机刀盘检修方法主要包括带压进仓检修[5]和常压进仓检修[6]。其中，常压进仓是对刀盘前方的掌子面进行加固后，打开仓门，人员通过人仓直接进入土仓内进行刀盘检修[7]。当盾构施工地层自稳性好、掌子面稳定时，刀盘修复作业流程主要为掌子面工作洞开挖、刀筒保护圈刨除打磨、定位焊接、镗孔施工、边缘刮刀修复等。其中，掌子面工作洞开挖工序需要破坏围岩原有的稳定结构，危险性较高，需要提出相应的施工技术，以确保施工人员的安全。

本文针对刀盘修复作业中的掌子面工作洞开挖工序开展研究，从作业人员进仓、掌子面工作洞开挖、洞门凿除施工注意事项等角度，提出了全断面含砾砂岩地层下盾构隧道掌子面工作洞开挖技术。

1  工程概况

深江铁路起自深圳枢纽西丽站（不含），终至江门站（含），正线全长116.12 km。珠江口隧道工程作为深江铁路全线控制性工程，采用“两端盾构+中间矿山”组合工法进行施工，线路全长13.69 km。本工程所属的SJSG-1标段设计里程为DK39+905～DK44+420，盾构段全长3 590 m，盾构始发依次穿越为：软土300 m，上软下硬540 m，全断面含砾砂岩1 820 m（含20 m风化槽），全断面花岗岩930 m，其中全断面花岗岩范围中需穿越F1断裂带及F1分支断裂带共计17条，断裂带影响范围约490 m。

盾构机已进入全断面含砾砂岩地层1 670 m，隧道埋深57.01 m。地层呈棕红色，泥质含砾砂状结构，厚层状构造；泥质、铁质胶结，岩质软，仅局部发育高角度裂隙，裂隙间多充填方解石。盾构机刀盘发生磨损，具体如图1所示，需要在掌子面位置开挖工作洞，为人工修复刀盘提供操作空间。

2  盾构停机及掌子面概况

2.1停机位置

计划于进入断裂带前1320环处停机，里程为DK43+440，该处位于全断面含砾砂岩地层，该地层自稳性好，掌子面稳定，无渗漏水及掉块情况。

2.2降水降压试验

打开连通阀，将前仓与气泡仓连通，逐步将液位降至-2 m，分阶段降低气泡仓压力，每次减压0.5 bar，维持时间不少于10 min，观察液位上涨情况，直至压力降至0。打开气泡仓后隔板中部球阀进行放浆，观察水流量不超过20 m?/h，水流量未增加即满足常压开仓要求。

2.3有害气体检测

人员进仓前通过有害气体检测仪对仓内气体进行检测，气体检测合格后方可进行施工，并按照要求做好记录。有害气体检测标准如表1所示。

3  作业人员进仓

人员完成各项准备工作后，通过人仓进入气垫仓，严格按照以下流程进行施工作业。

3.1 安装高压水管

人员进仓后，确定A23穿仓件位置，使用M30开口扳手或活动扳手拆下堵头，堵头型号为16S液压接头，连接好气动扳手的高压气管，保证连接处无漏水。A23选取两个通道接高压水管。

3.2 安装气动扳手

确定A23穿仓件位置，使用活动扳手安装气管，连接好气动扳手后测试扳手性能及工作状态，同时确保连接处无漏气。

在安装水管和气管管路过程中注意对接头螺纹的保护，如果螺纹连接困难，及时与仓外人员沟通，更换新通道，禁止强行破坏性连接。

3.3  确认通道仓门及平台

沿气垫仓左侧爬梯经过1处平台和1处垂直爬梯到达掘进方向11点位置作业平台域。

3.4  安装通风机及水泵

将仓内仓外3台通风机安装到位，每间隔1 h对仓内进行一次气体检测，有异味时加密至每30 min一次，并形成记录。根据实际情况，将水泵放置于气泡仓底部，电缆和排水管通过盾构机隔板上面的阀门连接，不影响仓门的正常关闭。当汇水量突然增大时，立即撤出人员，启动环流排浆泵，关闭仓门后保压。

3.5  拆除舱门螺栓

使用气动扳手与M46套筒拆卸仓门的15颗螺栓（拆除螺栓采用对角顺序分别拆除，螺栓拆除按照图2中标识1-2-3…-14-15顺序拆除）。使用铁锤松动4个仓门压块（压板按照下图中A-B-C-D顺序松动）。

仓门螺栓规格型号为M30×90-8.8级全螺纹螺栓。拆卸过程中如拆卸困难，先将附近螺栓装回，再进行拆除，或使用M46敲击扳手与铁锤进行辅助拆卸。

3.6  检查开挖面

掘进完成后此时主驱动总伸出30 cm，然后将刀盘进行缩回30 cm，刀盘处于完全收回的状态，距离掌子面30 cm，通道距离1号刀盘主臂距离46 cm。

打开仓门后，首先重点观察开挖仓开挖面情况，仔细排查开挖面是否有渗漏、渗水、流砂、起皮、皲裂、脱落等不稳定情况，如果发生任何一种不稳定情况，立即关闭仓门回到仓外，将仓内情况实时报告给管理人员。如果开挖面无任何异常，则继续下一步工作。

3.7  开挖仓通风

如无涌水涌沙等情况，则将仓门完全打开进行气体浓度检测。在进行观察通风30 min后，无异常，同步打开前闸门，则可进行常压作业。

4  掌子面工作洞开挖

4.1  工作洞尺寸与位置设计

盾构机停机位置为DK43+440，掌子面工作洞开挖之前先查看掌子面地质情况，看围岩是否完整有无裂隙，拱顶有无裂隙及掉块等。由于掌子面作业空间有限，不满足人员工作要求，故在掌子面开挖尺寸高度约2 m（水平中心线向下2 m），深度约0.6 m，长8 m（半径范围超出刀盘外周1 m）。开挖流程为先进行小导洞开挖再进行小导洞两侧开挖，小导洞尺寸为2.5 m×2 m×0.6 m，导洞两侧延伸区域为3 m×2 m×0.6 m。具体正立面图及侧立面图如图3所示。

工作洞位于掘进方形左侧中线刀盘前方。停机时将辅臂停在90°位置。工作洞位置示意图如图4所示。

4.2 工作洞中心小洞施工

受掌子面空间限制，刀盘辅臂结构内存在隔板且辅臂隔断未到刀盘中心，故先在辅臂隔断内开挖工作洞，小洞顶部需要做成弧形。考虑人员高度为1.8 m，施工人员及机具站位体积为1.5 m，故开挖尺寸为2.5 m×2 m×0.6 m（高×宽×深）的小洞，可满足后期要求。

为方便开挖，现场在辅臂内采用Φ48 mm×3 mm钢管搭设钢管架，钢管架搭设高度为2 m，与刀盘形成可靠连接。钢管架间距按1.2 m×1.2 m×0.9 m进行搭设，高度方向搭设两排，钢管架采用卡扣进行连接，确保钢管架整体稳定性，支架满铺脚手板，并挂设安全防护网。施工作业全过程配搭安全帽、防滑鞋及安全带，确保施工作业安全。

4.3 工作洞小洞外扩

小洞完成后，施工场地扩大，人员可站立在开好的2.5 m×2 m×0.6 m（高×宽×深）的小洞内进行钻孔外扩，外扩施工两侧采用同步施工，每侧外扩3 m。

5  洞门凿除施工注意事项

（1）搭设脚手架时按照脚手架施工规范进行施工。

（2）凿除过程中须有专人旁站。密切注意凿除作业面土体情况，如有异常须马上撤离作业区所有人员，并马上报告。

（3）破除时，及时检查掌子面的土质情况与设计是否一样。如不一样，及时反映并采取相应对策。

6  结论

本文以深江铁路SJSG-1标段盾构项目为例，提出了一种全断面含砾砂岩地层下的盾构隧道掌子面工作洞开挖技术，对盾构停机位置进行了降水降压试验和有害气体检测，从安装高压水管、安装气动扳手、确认通道仓门及平台、安装通风机及水泵、拆除舱门螺栓、检查开挖面和开挖仓通风等角度分析了作业人员进仓流程，阐述了掌子面工作洞尺寸设计、工作洞中心小洞施工、工作洞中心小洞施工、洞门凿除施工注意事项等技术要点，为后续盾构机施工提供借鉴。

参考文献

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