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摘要：文章主要通过工程实践，针对广州市轨道交通六号线某标段盾构区间施工中填仓换刀工艺技术要点进行了分析，旨在确保工期对填仓换刀的效率及节省填仓换刀的时间。
关键词：盾构区间 ， 填仓换刀，施工工艺 ， 技术要求
Abstract: the paper mainly through the engineering practice, according to guangzhou rail transit line 6 a shield construction section of interval TianCang change the tools technology main point to carry on the analysis, is intended to ensure that the sword of TianCang change time efficiency and save TianCang change the tools of time.
Keywords: shield interval, TianCang change the tools, construction technology, technical requirements
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
广州市轨道交通六号线某标段盾构区间，共2个区间，区间隧道穿越地层较为复杂，隧道穿越地层主要为<5H-2>、<6H>、<7H>、<8H>、<9H>地层。实际掘进过程中左右线穿越了球状风化体孤石段、上软下硬复合地层、全断面微风化花岗岩共900米，其岩石单轴抗压强度高达119.5MPa。掘进期间先后经历了40余次常压作业、18次带压作业、6次填仓换刀作业、更换刀具500余把；3次压气仓内处理孤石，累计停机换刀时间达5个月。
2 施工技术难点及要求
该区间地质条件复杂，孤石、上软下硬等复合地层约占掘进总里程的24%，在前期掘进过程中遭遇到孤石等復杂地质条件，由于停机位置环境特殊不能采取常压、气压速度较快的换刀方式而采用填仓换刀。第一次填仓换刀技术运用不是很熟练换刀时间长达16天，对工期影响较大。为确保工期对填仓换刀的效率提出了更高的要求，需进一步分析、研究缩短填仓换刀的时间。
3 施工的应用现状分析
3.1工艺流程
填仓换刀是常压下掌子面不能自稳和不能采用气压换刀的情况下向土仓内注入三种强度逐渐增大的惰性水泥砂浆来封水、稳定掌子面，等强后采用人工将仓内砂浆清理出来使仓内具有一定的空间，然后在常压状态下进行刀具更换的施工方法。换刀期间重点做好盾体、螺旋机的保护措施。填仓换刀施工工艺如下：
填仓等强 清仓 换刀清仓恢复掘进。
3.2填仓换刀时间的确定
填仓换刀时间的确定如表1所示。
表1填仓换刀时间统计表
根据表一填仓换刀时间表格所述，得到以下几方面的结论：
（1）右线第一次填仓换刀我们采用强度较低的50、80、110水泥砂浆填仓，清仓时三点位置出现局部流泥水，进行二次注浆加固花费时间3天。
（2）根据经验教训右线第二次填仓换刀采用强度较高的110、150、200水泥砂浆填仓，清仓时土仓局部砂浆强度较高清仓速度较慢，换刀完成后清仓恢复掘进花费3.5天。
（3）填仓换刀为常压换刀，平均换刀效率为3-4把/天，远低于平时的换到效率（8-12把/天）。
3.3填仓技术参数
填仓技术参数如表2所示。
表2填仓技术参数统计表
根据分析，填仓技术参数的控制对填仓换刀的整个过程是至关重要的，水泥砂浆的注入量、浆液强度的选择、置换出土量、终止压力、注浆时间间隔等。通过分析对比优化填仓参数尽可能的缩短填仓时间。
4 原因分析
综上所述，对填仓、清仓时间较长、换刀效率较低的原因只要包括以下几点：
4.1填仓时间较长
（1）关键施工技术运用不当。通过将施工记录与方案技术交底要求对比，现场施工与方案、技术交底要求基本一致，满足施工要求；
（2）注浆间隔时间较长。填仓注浆分三阶段进行（置换、上强度、加固掌子面），每阶段间隔时间为2小时，每阶段中每车注浆（7m³/车）时间为1小时。经分析，根据水泥砂浆的初凝时间（45分钟），注浆间隔时间较长，有很大的空间可以缩短时间（约6小时），提高效率。
（3）垂直、水平运输不够紧凑。对垂直运输、水平运输设备进行分析，右线填仓期间两台龙门吊、两台电瓶车可供施工能够达到6m³/ 2小时的运输能力。
4.2 清仓时间较长
（1）渣土外运速度较慢，清仓方法不够合理；经对清仓过程中清土、运输的条件、设备进行分析，制作了一些适合仓内施工的工具以及渣土外运过程中施工的滑移铁板。因此仓内清土、外运的速度能够达到10m³/天。清仓期间进行渣土外运的滑移铁板滑移铁板如图1。
图1清仓期间进行渣土外运的滑移铁板
（2）仓内工作环境较差（照明设施不到位、仓内泥水较多）；
（3）换刀人员分配不合理。由于对换刀人员操作技术要求较高，将换刀熟练的人员分为一组，个别小组三人全部为换刀不熟练人员换刀效率大大降低。
（4）切口环处清理量过大。对前三次清仓程度进行分析，由于切口环局部清理量较大（特别是3、9点位），凝固浆液剩余厚度100-200mm，水土压力将凝固浆液冲开。冲开后在采用二次注浆等措施去封堵耽误时间较长、影响整体工期。
4.3 换刀效率低
仓内浆液凝固强度较高或过低。对右线第二次填仓浆液配比及清仓情况分析，填仓采用110kg、150kg、200kg水泥用量的水泥砂浆，清仓过程中土仓下部、土仓壁上部浆液强度较高，清理过程中速度较慢、耽误时间，同时也存在强度较低封水效果不好的情况。经分析合理的选择浆液的强度配比在后续的清仓过程中节约时间的空间很大，如图2。
图2右线第二次填仓换刀仓内强度高的水泥砂浆
5 解决填仓换刀施工工艺问题的对策
通过对以上的原因分析，应采取以下有效的解决对策：
（1）制定合理的注浆间隔时间参数。通过总结前三次的换刀经验对填仓方案、技术交底进行优化。将每阶段间隔时间缩短到1小时；每阶段中每车注浆时间缩短到0.5小时，填仓注浆阶段可节约时间6小时左右。
（2）选择合理的浆液强度。根据停机前的掘进情况，地层为岩面较高的上软下硬地层，硬岩占30%~40%，地层含水量较大，渣土含砂量为20%~30%。采用80#、110#、200#强度较高的水泥浆液砂浆。同时并利用盾构机在、超前注浆孔进行辅助超前导管注浆加固。
（3）科学、合理地分配换刀人员。将换刀人员均匀分配，一组三人，每组两个熟练工和一个新手配合，使每组都具有较强的换刀能力。
（4）清仓过程中做好切口环浆液的预留。一是做好切口环封堵的技术支持及施工准备工作。二是对后三次清仓过程中派管理人员24小时进行监管，切口环预留300~500mm，防止因水土压力的影响出现涌水、涌泥、涌砂现象，避免二次加固。
表三换刀时间与目标时间对比表
6 结论
综上所述，通过对填仓换刀法在盾构区间施工中应用的原因与对策分析，得到了以下的结论：
（1）由上表可知由于各项措施落实到位、施工过程安全、有序，右线第三、第四、第五次填仓换刀填仓时间、清仓时间、换刀时间以及最终换刀时间均到达目标要求，填仓换刀时间有所缩短。
（2）填仓换刀技术的熟练运用，为华南地区复杂不良地质条件下盾构掘进施工过程中填仓换刀积累了成功经验及长远发展奠定了基础。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：盾构区间 ， 填仓换刀，施工工艺 ， 技术要求
Abstract: the paper mainly through the engineering practice, according to guangzhou rail transit line 6 a shield construction section of interval TianCang change the tools technology main point to carry on the analysis, is intended to ensure that the sword of TianCang change time efficiency and save TianCang change the tools of time.
Keywords: shield interval, TianCang change the tools, construction technology, technical requirements
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
广州市轨道交通六号线某标段盾构区间，共2个区间，区间隧道穿越地层较为复杂，隧道穿越地层主要为<5H-2>、<6H>、<7H>、<8H>、<9H>地层。实际掘进过程中左右线穿越了球状风化体孤石段、上软下硬复合地层、全断面微风化花岗岩共900米，其岩石单轴抗压强度高达119.5MPa。掘进期间先后经历了40余次常压作业、18次带压作业、6次填仓换刀作业、更换刀具500余把；3次压气仓内处理孤石，累计停机换刀时间达5个月。
2 施工技术难点及要求
该区间地质条件复杂，孤石、上软下硬等复合地层约占掘进总里程的24%，在前期掘进过程中遭遇到孤石等復杂地质条件，由于停机位置环境特殊不能采取常压、气压速度较快的换刀方式而采用填仓换刀。第一次填仓换刀技术运用不是很熟练换刀时间长达16天，对工期影响较大。为确保工期对填仓换刀的效率提出了更高的要求，需进一步分析、研究缩短填仓换刀的时间。
3 施工的应用现状分析
3.1工艺流程
填仓换刀是常压下掌子面不能自稳和不能采用气压换刀的情况下向土仓内注入三种强度逐渐增大的惰性水泥砂浆来封水、稳定掌子面，等强后采用人工将仓内砂浆清理出来使仓内具有一定的空间，然后在常压状态下进行刀具更换的施工方法。换刀期间重点做好盾体、螺旋机的保护措施。填仓换刀施工工艺如下：
填仓等强 清仓 换刀清仓恢复掘进。
3.2填仓换刀时间的确定
填仓换刀时间的确定如表1所示。
表1填仓换刀时间统计表
根据表一填仓换刀时间表格所述，得到以下几方面的结论：
（1）右线第一次填仓换刀我们采用强度较低的50、80、110水泥砂浆填仓，清仓时三点位置出现局部流泥水，进行二次注浆加固花费时间3天。
（2）根据经验教训右线第二次填仓换刀采用强度较高的110、150、200水泥砂浆填仓，清仓时土仓局部砂浆强度较高清仓速度较慢，换刀完成后清仓恢复掘进花费3.5天。
（3）填仓换刀为常压换刀，平均换刀效率为3-4把/天，远低于平时的换到效率（8-12把/天）。
3.3填仓技术参数
填仓技术参数如表2所示。
表2填仓技术参数统计表
根据分析，填仓技术参数的控制对填仓换刀的整个过程是至关重要的，水泥砂浆的注入量、浆液强度的选择、置换出土量、终止压力、注浆时间间隔等。通过分析对比优化填仓参数尽可能的缩短填仓时间。
4 原因分析
综上所述，对填仓、清仓时间较长、换刀效率较低的原因只要包括以下几点：
4.1填仓时间较长
（1）关键施工技术运用不当。通过将施工记录与方案技术交底要求对比，现场施工与方案、技术交底要求基本一致，满足施工要求；
（2）注浆间隔时间较长。填仓注浆分三阶段进行（置换、上强度、加固掌子面），每阶段间隔时间为2小时，每阶段中每车注浆（7m³/车）时间为1小时。经分析，根据水泥砂浆的初凝时间（45分钟），注浆间隔时间较长，有很大的空间可以缩短时间（约6小时），提高效率。
（3）垂直、水平运输不够紧凑。对垂直运输、水平运输设备进行分析，右线填仓期间两台龙门吊、两台电瓶车可供施工能够达到6m³/ 2小时的运输能力。
4.2 清仓时间较长
（1）渣土外运速度较慢，清仓方法不够合理；经对清仓过程中清土、运输的条件、设备进行分析，制作了一些适合仓内施工的工具以及渣土外运过程中施工的滑移铁板。因此仓内清土、外运的速度能够达到10m³/天。清仓期间进行渣土外运的滑移铁板滑移铁板如图1。
图1清仓期间进行渣土外运的滑移铁板
（2）仓内工作环境较差（照明设施不到位、仓内泥水较多）；
（3）换刀人员分配不合理。由于对换刀人员操作技术要求较高，将换刀熟练的人员分为一组，个别小组三人全部为换刀不熟练人员换刀效率大大降低。
（4）切口环处清理量过大。对前三次清仓程度进行分析，由于切口环局部清理量较大（特别是3、9点位），凝固浆液剩余厚度100-200mm，水土压力将凝固浆液冲开。冲开后在采用二次注浆等措施去封堵耽误时间较长、影响整体工期。
4.3 换刀效率低
仓内浆液凝固强度较高或过低。对右线第二次填仓浆液配比及清仓情况分析，填仓采用110kg、150kg、200kg水泥用量的水泥砂浆，清仓过程中土仓下部、土仓壁上部浆液强度较高，清理过程中速度较慢、耽误时间，同时也存在强度较低封水效果不好的情况。经分析合理的选择浆液的强度配比在后续的清仓过程中节约时间的空间很大，如图2。
图2右线第二次填仓换刀仓内强度高的水泥砂浆
5 解决填仓换刀施工工艺问题的对策
通过对以上的原因分析，应采取以下有效的解决对策：
（1）制定合理的注浆间隔时间参数。通过总结前三次的换刀经验对填仓方案、技术交底进行优化。将每阶段间隔时间缩短到1小时；每阶段中每车注浆时间缩短到0.5小时，填仓注浆阶段可节约时间6小时左右。
（2）选择合理的浆液强度。根据停机前的掘进情况，地层为岩面较高的上软下硬地层，硬岩占30%~40%，地层含水量较大，渣土含砂量为20%~30%。采用80#、110#、200#强度较高的水泥浆液砂浆。同时并利用盾构机在、超前注浆孔进行辅助超前导管注浆加固。
（3）科学、合理地分配换刀人员。将换刀人员均匀分配，一组三人，每组两个熟练工和一个新手配合，使每组都具有较强的换刀能力。
（4）清仓过程中做好切口环浆液的预留。一是做好切口环封堵的技术支持及施工准备工作。二是对后三次清仓过程中派管理人员24小时进行监管，切口环预留300~500mm，防止因水土压力的影响出现涌水、涌泥、涌砂现象，避免二次加固。
表三换刀时间与目标时间对比表
6 结论
综上所述，通过对填仓换刀法在盾构区间施工中应用的原因与对策分析，得到了以下的结论：
（1）由上表可知由于各项措施落实到位、施工过程安全、有序，右线第三、第四、第五次填仓换刀填仓时间、清仓时间、换刀时间以及最终换刀时间均到达目标要求，填仓换刀时间有所缩短。
（2）填仓换刀技术的熟练运用，为华南地区复杂不良地质条件下盾构掘进施工过程中填仓换刀积累了成功经验及长远发展奠定了基础。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。