掌声高军广州地铁四号线小谷围～新造盾构区间隧道穿越珠江新造海段，右线采用德国海瑞克盾构机掘进，左线采用日本小松盾构机掘进。右线海瑞克盾构机历时７９天成功穿越珠江新造海段，而此时左线小松盾构机只掘进了６５８．５ｍ，还剩余９７７．８ｍ，相对于右线盾构机的掘进进度，左线盾构机的掘进进度严重滞后。并且左线小松盾构机由于受江底“上软下硬”地质的影响，虽然频繁换刀，刀盘仍然严重磨损（局部磨损达到７ｃｍ）；此时，若不及时焊接修复刀盘，不但掘进速度缓慢，甚至会磨坏刀盘，最终导致盾构机“死”在江底，前进不得，后退不能。若修复刀盘，必须具备敞开式开仓条件［１］，而左线新造海段地质情况揭示该区间地下水丰富、涌水量大、水压高，隧道洞顶为软弱地层，故不具备敞开式开仓修复刀盘的条件。本文正是针对这种地质状况，讨论如何在江底创造敞开式开仓条件，以修复刀盘、更换刀具。 １本区间工程概况
本区间隧道全长１７１８．０双线延米，主要由明挖始发井、两个盾构隧道区段、中间风井和一段矿山法隧道构成。两台盾构机分别从新造站明挖盾构始发井开始掘进，下穿５１０ｍ宽的珠江新造海，最后到达小谷围站盾构吊出井。
本区间隧道洞顶从上至下的地层主要为砂质粘性土〈５Ｚ－２〉、全风化混合岩〈６Ｚ〉以及强风化混合岩〈７Ｚ〉；隧道洞身范围内从上至下的地层主要
在江底修复盾构机刀盘实例
梁兴林
（广州市地下铁道总公司广州５１００３０）
摘要：小松盾构机在广州地铁四号线小新盾构区间段穿越珠江的过程中，虽然频繁换刀，刀盘仍然磨损严重，而江底的地质状况又不具备修复刀盘的条件，本文正是针对珠江江底这种特殊的地质条件，讨论如何在江底创造敞开式开仓条件，以修复刀盘、更换刀具。
关键词：盾构机；刀盘；刀具；敞开式开仓条件
ＴｈｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＥｘａｍｐｌｅｏｆＨｏｗｔｏＲｅｐａｉｒｔｈｅＣｕｔｔｉｎｇＷｈｅｅｌｏｆｔｈｅＳｈｉｅｌｄＭａｃｈｉｎｅ
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（ＧｕａｎｇｚｈｏｕＭｅｔｒｏＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００３０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｕｒｉｎｇｔｈｅＸｉａｏ－ｓｏｎｇｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｄｒｉｌｌｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＰｅａｒｌＲｉｖｅｒｗｈｉｃｈｐａｒｔｂｅｌｏｎｇｓｔｏＸｉａｏｘｉｎｓｅｃｔｉｏｎｗｏｒｋｓｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＭｅｔｒｏｌｉｎｅ４，ｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｗｈｅｅｌｏｆｔｈｅｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｈａｓｗｏｒｎｂａｄｌｙｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃｕｔｔｅｒｓａｒｅｒｅｐｌａｃｅｄｃｏｎｔｉｎｕａｌｌｙ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｇｅｏｌｏｇｙｂｅｌｏｗｔｈｅｒｉｖｅｒｃａｎ＇ｔｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｒｅｐａｉｒｉｎｇｔｈｅｗｏｒｎｃｕｔｔｉｎｇｗｈｅｅｌ．Ｂａｓｅｏｆｔｈｅｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｌｙｇｅｏｌｏｇｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂｅｌｏｗｔｈｅｒｉｖｅｒ，ｔｈｅｔｈｅｓｉｓａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｗｏｒｋｓｏｆｈｏｗｔｏｃｒｅａｔｅｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｏｐｅｎｉｎｇｔｈｅｃａｂｉｎｔｏｒｅｐａｉｒｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｗｈｅｅｌａｎｄｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｃｕｔｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｂｅｌｏｗｔｈｅｒｉｖｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ；ｃｕｔｔｉｎｇｗｈｅｅｌ；ｃｕｔｔｅｒ；ｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｏｐｅｎｉｎｇｔｈｅｃａｂｉｎ
梁兴林：在江底修复盾构机刀盘实例
广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ２００７年第１期
无人机管控为创造刀盘修复条件，从右线４９１～４９５环对左线相同位置的地层进行加固，采用钻机钻孔，施作水平袖阀管注浆［３］，对左线上部断面盾构机上部竖向２ｍ、横向左右各３ｍ范围内的软弱地层进行加固处理，纵向加固长度７．５ｍ。加固后，从右线４９５～４９７环左侧中部开挖截面为２ｍ×２ｍ的通道至左线，在左线中下部形成一个２ｍ×２ｍ的洞室，左线洞室一直施工至离盾构机计划停机处２ｍ位置（预留处理下部硬岩的条件），开挖通道以及修理洞室的位置如图２所示。待盾构机到达小洞室前２ｍ的加固区域进行降压试验［４］，试验成功后再人工开挖剩余部分，打通洞室，开始进行刀盘修补及更换刀具作业。 图２开挖通道及修理洞室平面图２．２刀盘修复施工方法
修复刀盘的施工工序如图３所示。
为砂质粘性土〈５Ｚ－２〉、全风化混合岩〈６Ｚ〉、强风化混合岩〈７Ｚ〉、中风化混合岩〈８Ｚ〉以及微风化混合岩〈９Ｚ〉地层。隧道地层软硬不均，变化频繁，且普遍为“上软下硬”的复合地层［２］。
隧道需要穿越的珠江新造海段较深，且深度变化较大，过新造海段的水深一般为５～１５ｍ，最深处可达１７ｍ，河床底部到隧道顶部最小覆土厚度为６．９ｍ，隧道上方覆土厚度一般为１０～１５ｍ，最大覆土厚度为２７ｍ。
２刀盘修复方法
２．１刀盘修复方案
２００５年５月１２日，当左线小松盾构机掘进到４８０环时（此时在江底已带压［２］换刀５次，共耗时近１００天），刀盘、刀具严重磨损，特别是刀盘磨损约７ｃｍ，修复刀盘、更换刀具迫在眉睫，而小松盾构机前方左线江底地质不具备敞开式开仓条件，故必须采取其它措施，满足开仓条件以便修复刀盘。
盾构机前方４８０环～５１０环段的开挖断面地层分布情况如图１所示：下部为８Ｚ中风化混合岩，９Ｚ微风化混合岩地层，上部为７Ｚ强风化混合岩
，
局部６Ｚ全风化混合岩，涌水量大，水压高。
图１加固区域及洞室段左右线地质纵断面图
图
３修复刀盘施工工序
（１）管片背后注浆加固
施工工序：打开管片吊装孔堵头→用冲击钻和凿子将吊装孔后部的砼打穿→钢管插入吊装孔内→双头连接闸阀安装到吊装孔上→连接注浆管路→开始注浆。
注浆位置：环号为４８６～５００环，对管片按时钟３：００和９：００（包括３：００和９：００）以上的吊装孔进行补充注浆，Ｋ块吊装孔不注浆。通道口前后各两环要求全环注浆。
注浆顺序：注浆按从后往前的顺序，每环管片注浆顺序为从下往上，左右对称，保证管片受力均匀。
浆液拌制与注浆控制：注浆浆液为水泥－水玻
璃双液浆，理论的双液浆的配合比为１∶１。双液浆拌浆材料为普通硅酸盐水泥（Ｐ．Ｏ３２．５）和水玻璃（浓度３５Ｂｅ），浆液凝结时间为６０ｓ左右，注浆压力控制在３．０ＭＰａ（油压）以内。
施工过程控制：管片开孔应由小到大，如果发生大的喷水，要立即采取措施；注浆镀锌管尾端至少进入吊装孔内５ｃｍ以上，以便能安上堵头和以后进行堵水处理；必须保证注浆过程的连续性；每个孔
注浆结束后，应立即关闭吊装孔处的闸阀，待浆液初凝不冒浆时，取掉连接闸阀，然后把吊装孔内的水泥浆等清理干净，在堵头上加
２～３个膨胀胶圈后拧紧。
（２）袖阀管注浆加固施工
共布置５排计３８个钻孔，如图４所示。注浆采用Φ４５ｍｍ的袖阀管，布孔间距为１０００ｍｍ，排距为７００ｍｍ。浆液按水泥～水玻璃双液浆和单液水泥浆两种浆液拌制，压密注浆浆液扩散直径为
Φ５５０ｍｍ。
施工工序：钻孔布置→角度计算及钻机定位→开孔→钻孔的方向控制→（地质钻探）→下袖阀管→封口→注套壳料→等强→注浆。
施工顺序：钻孔和注浆都按Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ排的顺序进行（如图４所示），每排选取２～３个孔作为地质钻探孔，根据钻探结果对施工方案进行调整，钻孔每排可连续进行，但注浆时每排孔应按单双数错开进行，与钻孔保持一定距离。
钻孔控制：根据钻孔的位置计算角度，保证
图４洞内地层加固示意图
梁兴林：在江底修复盾构机刀盘实例
广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ２００７年第１期
钻机定位、开孔准确，钻孔过程中注意控制方向，保证孔底的偏差不大于１０ｃｍ。
下管、封口及注套壳料：分节（每节４ｍ）将袖阀管下入孔内，相邻两节袖阀管采用套箍联接。袖阀管接至孔后，用封口盖盖紧袖阀管管口，然后选用Ｃ１５细石混凝土或砂浆并掺加适量速凝剂进行封口作业。封口达到一定强度后，芯管下至孔底，低压注入水泥和膨润土的混合浆液作为套壳料。最后拆除芯管，必要时进行洗孔。
注浆控制：封孔后２４小时，再次下入注浆芯管。注浆浆液为水泥～水玻璃双液浆和单液水泥浆两种浆液。双液浆拌浆材料为普通硅酸盐水泥和水玻璃（浓度３５Ｂｅ），浆液凝结时间为８０ｓ，每步距注浆量为１６０Ｌ，注浆压力控制在３ＭＰａ（油压）以内。
施工过程控制：必须做好钻孔施工详细记录，以便了解岩层情况，调整注浆施工参数。注浆过程中，若出现每步距注浆量能满足设计要求，而注浆压力太低，可采用间歇注浆和减小浆液胶凝时间，同时增加浆量为设计量的两倍，以保证此段注浆效果；注浆过程中，若出现注浆压力能满足设计要求，而
注浆量不能满足设计要求时，认可此步距达到注浆要求。注浆过程中，注意观察附近的管片有无变形情况，出现异常应立即停止注浆。
（３）右线至左线通道施工
施工工序：管片加固→管片切割→通道口加固→钻爆→初支→出碴→支护。
钻爆控制：施工过程中控制好药量，防止突水等事故的发生。
（４）左线洞室施工
施工工序：钻爆→初支→出碴→支护→与刀盘贯通。
里程确认：敞开式开仓前，保证掌子面与刀盘间有２ｍ的间距。
（５）刀盘破损区域的修复及更换刀具作业
２００５年５月３１日右线水平加固、洞室及掌子面封闭工作已施工完成，小松盾构机已到达既定位置，减压试验也已成功，掌子面稳定，已具备敞开式修复刀盘条件。
２００５年６月１日０点开始了刀盘破损区域的修复工作，至２００５年６月５日１８点完成了刀盘
破损区域的修复工作。刀盘修复工作内容如下：
①恢复三个受损区域（９＃－１１＃、１０＃－１２＃、１３＃－１５＃中心刀区域）的２４把齿刀座及相应的齿刀座支撑，并对这些刀筒进行焊接加强（见图５）。
图５小松盾构机刀盘、刀具布置图
②焊接加强了１７＃、１８＃滚刀筒。
③焊接修补三个受损区域（１７＃、１８＃、２２＃滚刀区域）的面板、辐板。
④新增焊接２２把贝壳刀。
⑤恢复四路泡沫管路输送泡沫功能。
郭杰自杀
⑥更换１７＃－２３＃滚刀、４把齿刀、１４块边刀区域的方形刮板。氨溶于水的喷泉实验
⑦清洗所有刀孔，确认所有滚刀能转动。
３刀盘修复成果
冰点特稿
（１）恢复了刀盘破损、受损区域原有的功能，即此区域的软土切削、排土屑（碴）、碴土改良、滚刀刀体保护等功能，同时对此区域的刀盘结构进行了加强（指被磨损的刀筒）。
（２）焊接过程中的防潮、防锈、清理、清洁、焊接次数、保温降温是严格按照二氧化碳保护焊的工艺进行的，焊缝质量可靠。
（３）刀盘磨损区域的结构强度得到了加强，但不可能恢复到出厂刀盘的受力要求。
（４）整个焊接工作达到了预期目的。
（５）小松盾构机修复刀盘后顺利地完成了剩余新造海段盾构施工，
确保了地铁四号线大学城专线按时开通的目标。
建设部发布行政审批制度
《建设事业“十一五”重点推广技术领域》的通知为加强“十一五”建设科技推广工作，充分发挥科技对建设事业发展的支撑和引领作用，根据《建设领域推广应用新技术管理规定》（建设部令第１０９号）和《建设部推广应用新技术管理细则》（建科［２００２］２２２号），建设部组织编制了《建设事业“十一五”重点推广技术领域》（以下简称“重点推广技术领域”）并发布了通知，通知要求各级建设主管部门应当紧密围绕重点推广技术领域，结合本地的实际，对推广应用新技术支撑本地区“十一五”建设事业发展进行规划布局；积极引导和组织重点技术领域技术的优化集成研究，组织编制省、自治区、直辖市建设领域技术公告，逐步形成适合在当地推广的完整技术体系，整体提升相关领域的技术水平；加强相关技术经济政策和法律法规的研究和制定，整合各类相关资源，营造推广应用新技术的良好环境和市场氛围，大力推进重点推广技术领域在本地区的实施工作。各有关科研院所、大专院校、生产企业和勘查设计、施工安装、监理、质量安全监督、房地产开发等单位，以及各科技推广机构、科技中介机构，应当紧紧围绕重点推广技术领域，充分发挥市场主体积极性、能动性和科技进步主体的有效作用，对本单位“十一五”期间的技术创新和科技进步工作做出全面安排，有计划地组织加强本单位的推广应用新技术工作，努力提高本单位的技术创新能力和科技进步水平。 建设事业“十一五”重点推广技术领域包括：
一、建筑节能与新能源开发利用技术领域
（一）建筑外围护结构保温隔热技术与新型节能建筑体系
重点推广：墙体、屋面、楼（地）面、建筑门窗、建筑幕墙保温隔热技术，建筑遮阳技术和新型节能建筑体系。
（二）供热采暖与空调制冷节能技术
重点推广：新型高效采暖空调与制冷技术，供热设备、空调制冷设备、输配管网节能技术，温度控制与计量技术，供热采暖与空调制冷系统综合节能技术。
（三）可再生能源与新能源应用技术
重点推广：太阳能、浅层地能、生物质能及其它能源利用技术。
４结语
在江底修复小松盾构机刀盘需要冒很大的风险，总结这次工程实例有两点体会：
（１）针对不同地区地质特点，盾构机的选型是非常重要的。相对于左线掘进的日本小松盾构机，右
线采用德国海瑞克盾构机更适合在广州复合地层中掘进。左线采用小松盾构机施工，不但严重滞后了合同工期，而且经济损失严重，教训是极其深刻的。
（２）应加强盾构机刀盘的硬度和耐磨性，且刀具的布置要合理，刀具伸出刀盘表面的高度要适当加大。
参考文献
［１］张凤祥，朱合华，傅德明．盾构隧道［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４．
［２］竺维彬，鞠世健．复合地层中的盾构施工技术［Ｍ］．北京：中国科学技术出版社，２００６．
［３］程骁，张凤详．土建注浆施工与效果检测［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９８．
［４］程骁，潘国庆．盾构施工技术［Ｍ］．上海：科学技术文献出版社，１９９０．
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建设信息
